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02- 模块化编程-002 DS1302数码显示时间与日期

article 2024/11/7 6:38:14

1、数码显示时间日期的电路

 

2、电路原理简介

电路组件与功能

  1. 单片机（ PIC16F887）：

    • 作为系统的主控芯片，处理所有输入输出，进行时间控制和显示信息更新。

  2. DS1302（实时时钟芯片）：

    • 用于记录当前的日期和时间。
    • 通过 SPI 接口与单片机连接，传输时间数据。
    • 需要接入一个电池（如 CR2032）以备份时间，即使在断电情况下也能保持计时。

  3. MAX7219（LED驱动芯片）：

    • 驱动数码管显示器，以显示时间和日期信息。
    • 支持多个段显示，简化了与单片机的连接。

  4. 数码管：

    • 用于显示时钟信息，例如小时、分钟、秒和日期。
    • 通过 MAX7219 进行控制和数据显示。

  5. 晶体振荡器（X2）：

    • 连接在 DS1302 上，提供稳定的时钟信号（通常为 32.768 kHz）以确保时间准确计时。

连接说明

  • DS1302 连接：

    • VCC 和 GND：连接到电源和接地。
    • SCLK：连接到单片机的 SPI 时钟引脚，控制时序。
    • IO：双向数据线，单片机与 DS1302 之间传输时间数据。
    • CE：使能信号，激活 DS1302 进行数据传输。

  • MAX7219 连接：

    • DIN：连接单片机数据输出，用于发送显示数据。
    • CLK：连接到单片机时钟信号。
    • LOAD：控制数据加载信号，也连接到单片机。

  • 数码管连接：

    • 通过 MAX7219 驱动各个段，便于显示时间和日期。
    • 具体连接方式根据显示要求进行布局。

工作原理

  1. 初始化：

    • 系统开机后，单片机初始化 DS1302，从 DS1302 获取当前时间并更新到显示器上。

  2. 时间管理：

    • DS1302 定期通过其内置时钟更新时间，单片机会定期读取这些数据并处理。

  3. 数据显示：

    • MAX7219 根据单片机发送的信息实时更新数码管上的显示，展示当前时间（小时、分钟、秒）及日期（如“日期”）。

  4. 电池备份：

    • 即使在断电情况下，加入的电池会保持 DS1302 的计时功能，使得时间不会丢失。

 

3、软件代码

3.1 DS1302.c

//***************************************************************************
//* 文件名: DS1302.c
//* 文件描述: DS1302 实时时钟模块
//* 编译环境: Windows XP + MPLAB IDE 8.83 + PICC 9.60
//* 编程者: bianjingyuan
//* 编程日期: 2020年10月08日
//* 版本号: 1.0
//*
//* 硬件资源分配:
//*   ds1302_clk   RE0    // 实时时钟时钟线引脚
//*   ds1302_io    RE1    // 实时时钟数据线引脚
//*   ds1302_rst   RE2    // 实时时钟复位线引脚
//***************************************************************************

#include "DS1302.h"

// 设置时间初始值数组 (秒、分、小时、星期、日、月、年)
const uchar time_set[7] = {0x00, 0x38, 0x12, 0x29, 0x09, 0x05, 0x06}; 

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_Open
//* 功能描述: 打开 DS1302
//* 函数说明: 将 DS1302 复位线和时钟线置为正确状态
//* 调用函数: 无
//* 全局变量: ds1302_rst、ds1302_io、ds1302_clk
//* 输 入: 无
//* 返回: 无
//********************************************************************
void ds1302_Open(void)
{
    ds1302_clk = 0;   // 时钟线拉低
    ds1302_rst = 0;   // 禁止 DS1302
    ds1302_io = 1;    // 释放数据总线
    ds1302_rst = 1;   // 使能 DS1302
}

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_close
//* 功能描述: 关闭 DS1302
//* 函数说明: 将 DS1302 复位线和时钟线置为正确状态
//* 调用函数: 无
//* 全局变量: ds1302_rst、ds1302_io、ds1302_clk
//* 输 入: 无
//* 返回: 无
//********************************************************************
void ds1302_close(void)
{
    ds1302_rst = 0;   // 禁止 DS1302
    ds1302_io = 1;    // 释放数据总线
    ds1302_clk = 1;   // 时钟线拉高
}

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_write_byte
//* 功能描述: 向 DS1302 写入一个字节数据
//* 函数说明: 通过 DS1302 的时钟线和数据线发送一个字节数据
//* 调用函数: asm("NOP")
//* 全局变量: ds1302_clk、ds1302_io、CARRY
//* 输 入: unsigned char address
//* 返回: 无
//********************************************************************
void ds1302_write_byte(unsigned char address)
{
    unsigned char k, data;
    data = address;
    for (k = 8; k > 0; k--)   // 发送 8 位数据
    {
        ds1302_clk = 0;       // 时钟线拉低
        asm("NOP");           // 空操作
        data = data >> 1;     // 数据右移一位
        ds1302_io = CARRY;    // 将进位标志写入数据线
        ds1302_clk = 1;       // 时钟线拉高
        asm("NOP");           // 空操作
    }
}

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_read_byte
//* 功能描述: 从 DS1302 读取一个字节数据
//* 函数说明: 通过 DS1302 的时钟线和数据线读取一个字节数据
//* 调用函数: asm("NOP")
//* 全局变量: ds1302_io、TRISE1、dat
//* 输 入: 无
//* 返回: unsigned char 读取的数据
//********************************************************************
unsigned char ds1302_read_byte(void)
{
    unsigned char i, data;
    data = 0;
    dat = 0;
    ds1302_io = 1;    // 释放数据总线
    ds1302_clk = 0;   // 时钟线拉低
    TRISE1 = 1;       // 设置 RE1 为输入
    for (i = 8; i > 0; i--)  // 读取 8 位数据
    {
        data = ds1302_io;    // 读取数据线状态
        data = data << (8 - i);  // 左移相应位数
        dat = dat + data;    // 组合成一个字节
        ds1302_clk = 1;      // 时钟线拉高
        ds1302_clk = 0;      // 时钟线拉低
    }
    TRISE1 = 0;       // 设置 RE1 为输出
    return (dat);     // 返回读取的数据
}

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_write
//* 功能描述: 向 DS1302 写入数据
//* 函数说明: 先写入地址,再写入数据
//* 调用函数: ds1302_write_byte
//* 全局变量: ds1302_rst、ds1302_clk
//* 输 入: unsigned char add, unsigned char byte
//* 返回: 无
//********************************************************************
void ds1302_write(unsigned char add, unsigned char byte)
{
    ds1302_rst = 0;   // 禁止 DS1302
    ds1302_clk = 0;   // 时钟线拉低
    ds1302_rst = 1;   // 使能 DS1302
    ds1302_write_byte(add);   // 写入地址
    ds1302_write_byte(byte);  // 写入数据
    ds1302_rst = 0;   // 禁止 DS1302
}

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_read
//* 功能描述: 从 DS1302 读取数据
//* 函数说明: 先写入地址,再读取数据
//* 调用函数: ds1302_write_byte、ds1302_read_byte
//* 全局变量: ds1302_rst、ds1302_clk、ds1302_io、dat
//* 输 入: unsigned char add
//* 返回: unsigned char 读取的数据
//********************************************************************
unsigned char ds1302_read(unsigned char add)
{
    ds1302_rst = 0;   // 禁止 DS1302
    ds1302_clk = 0;   // 时钟线拉低
    ds1302_rst = 1;   // 使能 DS1302
    ds1302_write_byte(add);   // 写入地址
    ds1302_io = 1;    // 释放数据总线
    ds1302_read_byte();      // 读取数据
    ds1302_rst = 0;   // 禁止 DS1302
    return (dat);     // 返回读取的数据
}

//********************************************************************
//* 函数名: timeset
//* 功能描述: 设置 DS1302 的时间
//* 函数说明: 先允许写入时间,然后循环写入时间数据
//* 调用函数: ds1302_write
//* 全局变量: time_set
//* 输 入: 无
//* 返回: 无
//********************************************************************
void timeset(void)
{
    unsigned char i;
    ds1302_write(0x8e, 0x00);  // 允许写入时间
    for (i = 0; i < 7; i++)
        ds1302_write(0x80 + i + i, time_set[i]);  // 设置时间
}

//********************************************************************
//* 函数名: ds1302_read_time
//* 功能描述: 读取 DS1302 的当前时间
//* 函数说明: 循环读取 DS1302 的时间数据(BCD 码)
//* 调用函数: ds1302_read
//* 全局变量: timerbcd
//* 输 入: 无
//* 返回: 无
//********************************************************************
void ds1302_read_time(void)
{
    unsigned char i;
    for (i = 0; i < 7; i++)
        timerbcd[i] = ds1302_read(0x81 + i + i);  // 读取时间数据(BCD 码)
}

3.2 main.c

//********************************************************************
//* 文件名: main.c
//* 文件描述: PIC16F887A,用于子程序实现实时时钟DS1302的驱动及显示
//* 编译环境：Windows XP + MPLAB IDE 8.83 + Picc 9.60
//* 编程者：bianjingyuan
//* 编程日期：2024年10月30日
//* 版本号：1.0
//*******************************************************************/

// 引入头文件
#include "pic.h"
#include "DS1302.h"
#include "max7219.h"
#include "PIC16F887_Delay.h"

// 定义数据类型
#define uchar unsigned char 
#define uint  unsigned int
#define ulong unsigned long

// 定义单片机指令
#define nop    asm("NOP")      // 执行空操作指令
#define sleep  asm("sleep")    // 进入睡眠模式

// 定义DS1302引脚连接PIC16F887A
#define ds1302_clk  RE0        // 实时时钟时钟线引脚 
#define ds1302_io   RE1        // 实时时钟数据线引脚 
#define ds1302_rst  RE2        // 实时时钟复位线引脚 

// 定义数码管引脚连接 max7219 
#define din   RD5              // 数据输入引脚
#define clk_1 RD7=1            // 时钟高电平
#define clk_0 RD7=0            // 时钟低电平
#define load_1 RD6=1           // 锁存高电平
#define load_0 RD6=0           // 锁存低电平

// 定义芯片工作时的配置位
__CONFIG (0x3F3A); // 设置配置字

// 定义变量
uchar m, k, i, l, add, dat, c0; // 临时变量
uchar add8, add7, add6, add5, add4, add3, add2, add1; // 显示位数据
uchar timerbcd[7];  // 存放从DS1302读回的时间数据(BCD码)
uchar timerint[7]; // 存放将BCD码转换成十进制后的时间数据

// 系统初始化
void initial(void)
{
    // 配置OPTION寄存器
    OPTION = 0b11000010; // 设置看门狗定时器、定时器0预分频器等

    // 配置I/O口
    TRISA = 0b101111;   // 配置RA4为输出,其他为输入
    TRISB = 0b000000;   // 配置RB0和RB1为输入
    TRISC = 0b000000;   // 配置RC3和RC5为输入
    TRISD = 0b000000;   // 配置RD0和RD1为输入
    TRISE = 0b00001000; // 配置RE0、RE1和RE2为输出

    // 关闭所有中断
    INTCON = 0b00000000; // 关闭所有中断

    // 初始化端口
    PORTA = 0b00000000; // PORTA初始化为0
    PORTB = 0b00000001; // PORTB初始化为1
    PORTC = 0b00000000; // PORTC初始化为0
    PORTD = 0b00000000; // PORTD初始化为0
    PORTE = 0b00000000; // PORTE初始化为0

    // 配置ADC相关寄存器
    ADCON0 = 0b10000000; // 设置A/D转换通道为AN0,并使能A/D转换
    ADCON1 = 0b00001001; // 设置A/D转换参考电压为VDD和VSS
    ANSEL = 0b00001111;  // 设置RA0为模拟输入,RA2和RA3为模拟模块的VREF-和VREF+
    ANSELH = 0b00000000; // 设置所有PORTB和PORTC引脚为数字I/O
    ADRESH = 0b00000000; // 清空A/D转换结果高8位
    ADRESL = 0b00000000; // 清空A/D转换结果低8位

    // 初始化变量
    add1 = add2 = add3 = 0b00000000; // 初始化变量add1、add2和add3为0

    // 配置中断
    GIE = 0b00000000;    // 关闭总中断
    PEIE = 0b00000000;   // 关闭外围设备中断
    T0IE = 0b00000001;   // 开启定时器0中断
    T0IF = 0b00000000;   // 清除定时器0中断标志
    INTF = 0b00000000;   // 清除外部中断标志

    // 初始化定时器BCD值
    timerbcd[0] = 0b00000000; // 初始化定时器BCD数组的第一个元素为0
}

/********************************************************************
//* 文件名: main.c
//* 文件描述: DS1302时钟模块读取和显示程序
//* 编译环境: Windows XP + MPLAB IDE 8.83 + PICC 9.60
//* 编程者: bianjingyuan
//* 编程日期: 2023-05-01
//* 版本号: 1.0
//********************************************************************/

// 主函数
void main()
{
    initial(); // 系统初始化
    // 初始化DS1302引脚
    ds1302_clk = 0; // 设置时钟线低电平
    ds1302_io = 0;  // 设置数据线低电平
    ds1302_rst = 0; // 设置复位线低电平
    max7219_int();  // 初始化数码管芯片
    ds1302_Open();  // 打开DS1302
    timeset();      // 设置时间(如需设置时间,取消注释)

redo: 
    nop; // 空操作
    ds1302_read_time(); // 读取DS1302时间
    ds1302_write(0x8e, 0x80); // 禁止写入DS1302

    // 将BCD码转换为十进制
    for (i = 7; i > 0; i--)
    {
        timerint[7 - i] = timerbcd[7 - i] & 0x0f; // 取个位数据
        k = timerbcd[7 - i] >> 4; // 取十位数据
        timerint[7 - i] = (10 * (k & 7)) + (timerint[7 - i]); // 转换为十进制
    }

    // 将时间数据分别存入显示数据数组
    c0 = timerint[0]; // 秒
    add7 = c0 / 10;   // 秒的十位
    add8 = c0 % 10;   // 秒的个位
    c0 = timerint[1]; // 分
    add5 = c0 / 10;   // 分的十位
    add6 = c0 % 10;   // 分的个位
    c0 = timerint[2]; // 时
    add3 = c0 / 10;   // 时的十位
    add4 = c0 % 10;   // 时的个位
    c0 = timerint[3]; // 日
    add1 = c0 / 10;   // 日的十位
    add2 = c0 % 10;   // 日的个位

    // 发送显示数据到数码管芯片
    send(0x01, add1); delayms(5);//显示日期
    send(0x02, add2); delayms(5);
    send(0x03, add3); delayms(5);//显示小时
    send(0x04, add4); delayms(5);
    send(0x05, add5); delayms(5);//显示分钟
    send(0x06, add6); delayms(5);
    send(0x07, add7); delayms(5);//显示秒
    send(0x08, add8); delayms(5);

    goto redo; // 循环显示
}

4、代码解析

4.1 ds1302.c

        此代码实现了与实时时钟模块DS1302的通信和控制,可以设置和读取DS1302的时间数据。主要功能包括:

        1. 初始化DS1302的时钟线和复位线,使能或禁止DS1302。
        2. 向DS1302写入数据,包括地址和时间值,以设置时间。
        3. 从DS1302读取数据,获取当前时间。时间数据以BCD码格式存储。
        4. 提供时间设置函数`timeset`和时间读取函数`ds1302_read_time`,方便外部调用实现时间管理功能。

        通过该程序,用户可以方便地控制DS1302,设置或获取所需的时间信息。特别是在需要实时时钟功能的嵌入式应用中,该程序可以起到关键作用。

4.2 main.c

        该程序基于PIC16F887A微控制器实现对DS1302实时时钟芯片的驱动。通过读取DS1302的时间数据，将其转换为十进制后，利用MAX7219驱动数码管显示时间。主要功能包括:

        1. 初始化PIC16F887A的相关I/O端口及ADC模块。
        2. 初始化并打开DS1302实时时钟模块。
        3. 定义并使用定时器中断实现对时间的读取与显示。
        4. 将从DS1302读取的BCD码格式时间数据转换为十进制。
        5. 利用MAX7219芯片实现时间数据的数码管显示。

5、硬件资源分配表

序号单片机引脚功能定义字符串替代定义功能内容备注
1RE0ds1302_clk-DS1302时钟线连接DS1302
2RE1ds1302_io-DS1302数据线连接DS1302
3RE2ds1302_rst-DS1302复位线连接DS1302
4RD5din-数据输入引脚连接MAX7219
5RD7clk_1/clk_0-时钟高低电平连接MAX7219
6RD6load_1/load_0-锁存高低电平连接MAX7219

        通过控制DS1302的时钟线、数据线和复位线，实现对实时时钟芯片的初始化、读写操作。通过控制MAX7219的数码管引脚，实现时间的数码管显示。
 

6、软件流程图

 

7、仿真运行结果

 好了，暂时这些，下一次使用液晶来显示时间与日期。20241103


http://www.kler.cn/a/377322.html

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