【51单片机】DS1302实时时钟
学习使用的开发板:STC89C52RC/LE52RC
编程软件:Keil5
烧录软件:stc-isp
开发板实图:
文章目录
- DS1302
- BCD码
- 读出/写入时间信息原理
- 时序定义
- 编码
- DS1302模块
- 小程序——实时时钟
- 小程序——可调节实时时钟
DS1302
- DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能
- RTC(Real Time Clock):实时时钟,是一种集成电路,通常称为时钟芯片
原理图如下:
左侧部分为晶振部分,提供晶振源
- VCC2:主电源
- VCC1:备用电池
- GND:电源接地
- X1、X2:接晶振部分,
32.768KHz晶振
- CS:芯片使能
- I/O:数据输入/输出
- SCLK:上升沿串行时钟
内部结构图如下:
- 电源控制:提供电源
- 晶振源:实现实时时钟的时间改变
- 时钟存储:存储年、月、日、周、时、分、秒信息
- 命令控制逻辑:控制本次操作为读取/写入,选择对象(年、月、日…)
- 输入移位寄存器:输入命令/数据
DS1302实现实时时钟的原理如下:
时钟存储有年月日等信息,晶振源提供晶振频率,让时钟存储的信息每秒加一
我们可以通过命令控制逻辑,告诉DS1302我们是要读出时钟存储的时间信息,还是覆写时间信息。覆写后的时间依然可以依靠晶振频率实现实时
读出和输入覆写都通过I/O口
BCD码
时钟存储的时间信息并不是十六进制数,而是BCD码
- BCD码(Binary Coded Decimal),用4位二进制数表示1位十进制数
例:0001 0011表示13,前四个二进制为1,后四个二进制为3,组合在一起就是13
例:1000 0101表示85,前四个二进制为8,后四个二进制位为5,组合在一起为85
例:0001 1010不合法,因为BCD码规定4位二进制只能表示0 ~ 9
BCD码转十进制:DEC = BCD / 16 * 10 + BCD % 16
(2位BCD)
十进制转BCD码:BCD = DEC / 10 * 16 + DEC % 10
(2位BCD)
读出/写入时间信息原理
读出还是写入,通过命令控制逻辑,对年月日哪个时间信息进行操作,也是通过命令控制逻辑
命令控制逻辑通过命令字控制
命令字启动每一次数据传输
MSB(位 7) 必须是逻辑 1,如果是 0,则禁止对 DS1302 写入
位 6 在逻辑 0 时规定为时钟/日历数据,逻辑 1 时为 RAM 数据。
位 1 到 位 5 表示输入输出的指定寄存器,例如 00000 为秒寄存器,00001 为分钟寄存器,00010 为小时寄存器
LSB(位 0) 在逻辑 0 时为写操作,逻辑 1 时为读操作
下图给出控制寄存器
地址定义:
左侧两列分别是相应寄存器的读/写命令字
例如,秒寄存器写操作
位 7固定为1,位6 = 0 表示时钟模式,A0 ~ A5: 00000 选择秒寄存器,位0 = 0 表示读操作
因为同一寄存器的读/写操作只有在位 0 有所区别,写操作 = 1,读操作 = 0,所以写操作的命令字 = 读操作的命令字 |= 0x01
存储使用BCD码形式
例如秒寄存器。秒的范围为 0 ~ 59,用BCD码拆分就是4位表示 0 ~ 5,4 位表示 0 ~ 9。而 0 ~ 5 只要用 3 位就可以表示,所以就像下图的存储
时序定义
命令字和写入的时间数据都要通过I/O口
,I/O口单次传输的数据是一位,然后通过 SCLK = 1,将数据写入移位寄存器
时序控制图如下:
- CE:所有数据传输开始驱动 CE 输入高,即 CE = 1。CE实现两个功能:第一,CE 开启允许对地址/命令序列的移位寄存器进行读写的控制逻辑;第二,CE 信号为单字节和多字节 CE 数据数据传输提供了终止的方法
- 当 SCLK = 1 上升沿时,
I/O口
的数据会被写入移位寄存器 - 数据输入:输入写命令后,接下来的 8 个 SCLK 周期的
上升沿
数据字节被输入。- 数据输入以 位 0 开始。如存储15,BCD码 = 15 = 0001 0101。从最低位的1开始传输
- 数据输出:输入读命令后的 8 个 SCLK 周期,
下降沿
输出一个数据字节。- 注意第一个数据位的传送发生在命令字节被写完后的第一个下降沿
- 数据输出从位 0 开始
写保护寄存器
控制寄存器的位 7 是写保护位,前 7位(位 0至位 6)被强制为 0且读取时总是读 0。在任何对时钟或 RAM 的写操作以前,位 7必须为 0。当为高时,写保护位禁止任何寄存器的写操作。初始加电状态未定义,因此,在试图写器件之前应该清除 WP 位。
WP = 0 时允许写入,WP = 1 时禁止写入
编码
DS1302模块
首先对串口号和命令字进行定义,方便使用
#include <REGX52.h>
//引脚定义
sbit DS1302_IO = P3^4; //数据输入/输出
sbit DS1302_CE = P3^5; //使能
sbit DS1302_SCLK = P3^6; //串行时钟上升沿,分隔相邻数据
//寄存器写入指令定义
#define DS1302_SECOND 0x80
#define DS1302_MINUTE 0x82
#define DS1302_HOUR 0x84
#define DS1302_DATE 0x86
#define DS1302_MOUTH 0x88
#define DS1302_DAY 0x8A
#define DS1302_YEAR 0x8C
//写保护寄存器
#define DS1302_WP 0x8E
此处只定义了写命令字,读命令字 = (写命令字 |= 0x01)
接下来封装向DS1302写数据和读数据的操作
写数据
根据时序图,要先写入命令字,再写入数据
每一位数据都通过I/O口
输入,在 SCLK = 1 上升沿时写入移位寄存器
写入的数据要由十进制转为BCD码
/**
* @brief 往DS1302中写数据
* @parm Command(命令字):写秒or分钟... 范围:0 ~ 255
* @parm Data:要写入的数据 范围:0 ~ 255
* @retval 无
*/
void DS1302_WriteByte(unsigned char Command, unsigned char Data)
{
int i = 0;
//打开使能
DS1302_CE = 1;
//先写命令Command
//8位数据, 从低位开始
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_IO = Command & (0x01 << i);
//给串行时钟上升沿
DS1302_SCLK = 1;
DS1302_SCLK = 0;
}
//再写数据,数据要由十进制转为BCD码
Data = (Data / 10 * 16) + (Data % 10);
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_IO = Data & (0x01 << i);
//给串行时钟上升沿
DS1302_SCLK = 1;
DS1302_SCLK = 0;
}
DS1302_CE = 0;//使能复位
}
读数据
根据时序图,要先写入命令字,再读出数据
命令字数据通过I/O口
输入,在 SCLK = 1 上升沿时写入移位寄存器
读出数据通过I/O口
输出,在 SCLK = 0 下降沿读出
读出的数据要由BCD码转为十进制
/**
* @brief DS1302读取数据
* @parm Command(命令字): 读秒or分钟... 范围:0 ~ 255
* @retval 返回读到的数据 范围:0 ~ 255
*/
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command)
{
unsigned char Data = 0;
int i = 0;
//传入写指令,转化为读指令
Command |= 0x01;
DS1302_CE = 1;
//8位数据, 从低位开始
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_IO = Command & (0x01 << i);//注意这边只能先赋值再控制上升沿
DS1302_SCLK = 0;
DS1302_SCLK = 1;
}
//读数据
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_SCLK = 1;
//下降沿读数据
DS1302_SCLK = 0;
if(DS1302_IO)
Data |= (0x01 << i);
}
DS1302_CE = 0;
DS1302_IO = 0; //读取后将IO设置为0,否则读出的数据会出错
//读出的数据要由BCD码转为十进制
Data = (Data / 16 * 10) + (Data % 16);
return Data;
}
到此向DS1302写数据和读数据的操作就封装完毕了
接下来是复用上述操作,实现设置时间和读取时间
使用一个数组存储时间信息
//实时时钟初始时间
// 24年11月2日11时59分55秒周6
unsigned char DS1302_Time[] = {24, 11, 2, 12, 59, 55, 6};
设置时间
设置时间需要先关闭写保护,然后将数组的时间信息写入DS1302
/**
* @brief 将DS1302_Time的时间设置进DS1302
* @parm 无
* @retval 无
*/
void DS1302_SetTime()
{
//关闭写保护
DS1302_WriteByte(DS1302_WP, 0x00);
DS1302_WriteByte(DS1302_YEAR, DS1302_Time[0]);//年
DS1302_WriteByte(DS1302_MOUTH, DS1302_Time[1]);//月
DS1302_WriteByte(DS1302_DATE, DS1302_Time[2]);//日
DS1302_WriteByte(DS1302_HOUR, DS1302_Time[3]);//时
DS1302_WriteByte(DS1302_MINUTE, DS1302_Time[4]);//分
DS1302_WriteByte(DS1302_SECOND, DS1302_Time[5]);//秒
DS1302_WriteByte(DS1302_DAY, DS1302_Time[6]);//周几
//打开写保护
DS1302_WriteByte(DS1302_WP, 0x80);
}
读取时间
将DS1302的所有时间信息读出,更新到时间数组中
/**
* @brief 读取次数DS1302时间,并设置到DS1302_Time数组中
* @parm 无
* @retval 无
*/
void DS1302_ReadTime()
{
unsigned char tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_YEAR);//年
DS1302_Time[0] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_MOUTH);//月
DS1302_Time[1] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_DATE);//日
DS1302_Time[2] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_HOUR);//时
DS1302_Time[3] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_MINUTE);//分
DS1302_Time[4] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_SECOND);//秒
DS1302_Time[5] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_DAY);//周几
DS1302_Time[6] = tmp;
}
还可以封装一个初始化函数,因为单片机启动和复位时,所有 I/O 都为高电平,但我们没有对DS1302操作时,CE 和 SCLK 都应为低电平
/**
* @brief 初始化DS1302
* @parm 无
* @retval 无
*/
void DS1302_Init()
{
DS1302_CE = 0;
DS1302_SCLK = 0;
}
完整代码如下:
DS1302.h
#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__
unsigned char DS1302_Time[];
void DS1302_Init();
void DS1302_WriteByte(unsigned char Command, unsigned char Data);
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command);
void DS1302_SetTime();
void DS1302_ReadTime();
#endif
DS1302.c
#include <REGX52.h>
//引脚定义
sbit DS1302_IO = P3^4; //数据输入/输出
sbit DS1302_CE = P3^5; //使能
sbit DS1302_SCLK = P3^6; //串行时钟上升沿,分隔相邻数据
//寄存器写入指令定义
#define DS1302_SECOND 0x80
#define DS1302_MINUTE 0x82
#define DS1302_HOUR 0x84
#define DS1302_DATE 0x86
#define DS1302_MOUTH 0x88
#define DS1302_DAY 0x8A
#define DS1302_YEAR 0x8C
//写保护寄存器
#define DS1302_WP 0x8E
//实时时钟初始时间
// 24年11月2日11时59分55秒周6
unsigned char DS1302_Time[] = {24, 11, 2, 12, 59, 55, 6};
/**
* @brief 初始化DS1302
* @parm 无
* @retval 无
*/
void DS1302_Init()
{
DS1302_CE = 0;
DS1302_SCLK = 0;
}
/**
* @brief 往DS1302中写数据
* @parm Command: 写秒or分钟... 范围:0 ~ 255
* @parm Data:要写入的数据 范围:0 ~ 255
* @retval 无
*/
void DS1302_WriteByte(unsigned char Command, unsigned char Data)
{
int i = 0;
//打开使能
DS1302_CE = 1;
//先写命令Command
//8位数据, 从低位开始
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_IO = Command & (0x01 << i);
//给串行时钟上升沿
DS1302_SCLK = 1;
DS1302_SCLK = 0;
}
//再写数据,数据要由十进制转为BCD码
Data = (Data / 10 * 16) + (Data % 10);
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_IO = Data & (0x01 << i);
//给串行时钟上升沿
DS1302_SCLK = 1;
DS1302_SCLK = 0;
}
DS1302_CE = 0;//使能复位
}
/**
* @brief DS1302读取数据
* @parm Command(命令字): 读秒or分钟... 范围:0 ~ 255
* @retval 返回读到的数据 范围:0 ~ 255
*/
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command)
{
unsigned char Data = 0;
int i = 0;
//传入写指令,转化为读指令
Command |= 0x01;
DS1302_CE = 1;
//8位数据, 从低位开始
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_IO = Command & (0x01 << i);//注意这边只能先赋值再控制上升沿
DS1302_SCLK = 0;
DS1302_SCLK = 1;
}
//读数据
for(i = 0; i < 8; ++i)
{
DS1302_SCLK = 1;
//下降沿读数据
DS1302_SCLK = 0;
if(DS1302_IO)
Data |= (0x01 << i);
}
DS1302_CE = 0;
DS1302_IO = 0; //读取后将IO设置为0,否则读出的数据会出错
//读出的数据要由BCD码转为十进制
Data = (Data / 16 * 10) + (Data % 16);
return Data;
}
/**
* @brief 将DS1302_Time的时间设置进DS1302
* @parm 无
* @retval 无
*/
void DS1302_SetTime()
{
//关闭写保护
DS1302_WriteByte(DS1302_WP, 0x00);
DS1302_WriteByte(DS1302_YEAR, DS1302_Time[0]);//年
DS1302_WriteByte(DS1302_MOUTH, DS1302_Time[1]);//月
DS1302_WriteByte(DS1302_DATE, DS1302_Time[2]);//日
DS1302_WriteByte(DS1302_HOUR, DS1302_Time[3]);//时
DS1302_WriteByte(DS1302_MINUTE, DS1302_Time[4]);//分
DS1302_WriteByte(DS1302_SECOND, DS1302_Time[5]);//秒
DS1302_WriteByte(DS1302_DAY, DS1302_Time[6]);//周几
//打开写保护
DS1302_WriteByte(DS1302_WP, 0x80);
}
/**
* @brief 读取次数DS1302时间,并设置到DS1302_Time数组中
* @parm 无
* @retval 无
*/
void DS1302_ReadTime()
{
unsigned char tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_YEAR);//年
DS1302_Time[0] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_MOUTH);//月
DS1302_Time[1] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_DATE);//日
DS1302_Time[2] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_HOUR);//时
DS1302_Time[3] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_MINUTE);//分
DS1302_Time[4] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_SECOND);//秒
DS1302_Time[5] = tmp;
tmp = DS1302_ReadByte(DS1302_DAY);//周几
DS1302_Time[6] = tmp;
}
小程序——实时时钟
DS1302 模块实现对实时时钟的控制
再使用 LCD1602 模块显示时间
LCD1602模块代码:Gitee 的 LCD1602.h
和 LCD1602.c
main.c
#include <REGX52.h>
#include "DS1302.h"
#include "LCD1602.h"
void main()
{
LCD_Init();//LCD1602初始化
DS1302_Init();//DS1302初始化
//LCD1602显示实时时钟格式
LCD_ShowString(1, 1, " - - ");
LCD_ShowString(2, 1, " : : ");
DS1302_SetTime();
//DS1302_ReadTime();
while(1)
{
LCD_ShowNum(1, 1, DS1302_Time[0], 2);//显示年
LCD_ShowNum(1, 4, DS1302_Time[1], 2);//显示月
LCD_ShowNum(1, 7, DS1302_Time[2], 2);//显示日
LCD_ShowNum(2, 1, DS1302_Time[3], 2);//显示时
LCD_ShowNum(2, 4, DS1302_Time[4], 2);//显示分
LCD_ShowNum(2, 7, DS1302_Time[5], 2);//显示秒
//读取DS1302时间信息,更新时间数组
DS1302_ReadTime();
}
}
完整项目代码:Gitee:实时时钟
效果如下:
小程序——可调节实时时钟
此处暂不讲解,项目链接:Gitee:可调节时钟
效果如下:
DS1302——可调时钟
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