『51单片机』 DS1302时钟

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DS1302介绍

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。它可以对年、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，里面内部自带晶振且集成化。

🍈拓展→现在流行的串行时钟电路很多例如『DS1302﹣DS1307﹣PCF8485』等...

这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便，被广泛地采用。本文介绍的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路。

🍊说明⇢涓细电流充电是用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失。一般采用脉冲电流充电来实现上述目的。为补偿自放电，使蓄电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电，又称维护充电。采用普通32.768kHz晶振。 

有些人可能会不理解 为什么通过定时器就能够实现定时器时钟的功能。为什么还需要要这个DS1302芯片？

解释⇢首先我们的单片机它的定时器时钟就会有几个缺点。

⒈定时器时钟它的精度不高，它没有时钟芯片这个精度高，说白点就是时钟更加准确性。

⒉定时器时钟会占用我们单片机的CPU时间。因为我们单片机在运行其它东西时候，还需要不断的给这个单片机计算时间。所以就会消耗我们单片机的一个CPU也就是中央处理器。

⒊单片机定时器时钟它是不能够掉电继续运行的，而DS1302时钟芯片却可以。

 

芯片手册

芯片手册在我们学习单片机的时候尤为重要，学习单片机一定要学会懂得如何查找芯片手册。可以说在我们以后写一个项目的时候手册对于我们的帮助是极大的。所以，我们一定要学会把手册利用起来。当你买了一个模块或者是芯片的时候叫厂家把手册发过来，就比如这个DS1302商家那里同样也是有的。

DS1302

🍏注⇢在这里我只是会介绍大概意思，具体的可以去叫商家把这个DS1302的手册发给你。

⒈直插分装→它的引脚是立起来的直接插在我们PCB板子上的焊盘上的。

⒉贴片分装→它的话就不是插入在我们的PCB板子上了。而是贴在电路板子表面上的像我们开发板的芯片就是我们的贴片分装，那么这两个分装它只是外表不一样。它的内部这个集成芯片的电路都是一模一样的，包括它的引脚定义都是一模一样的，只不过就是一种是大分装直插的，一种是小分装贴片的。

如上图所示⇢在上面的话就是DS1302应用电路，当我们在拿到手册的时候那么首先就要把你的硬件打好这样才能够更好的编程。然后硬件它是怎么进行连接的，这个在手册当中也是有的。所以说这就是手册为什么这么重要的原因。 

DS1302 ③个部分

首先这个芯片它有八个引脚大致分为③个部分如下↓

第一部分

如上图所示⇢就是我们电源部分的引脚。

其中电源部分的引脚第一个就是(Vcc2)是主电源和我们单片机连接到一起的，然后还有一个电源是(Vcc1)是备用电源。

🍈注⇢它的这个引脚命名也是比较奇特的，一般的人都会觉得Vcc1才是主电源。然后(Vcc2)是备用电源。实际上在这个电路当中它们两是相反的。GND(地)就不用多说了和主电源连接在一起的，给芯片供电。

• Vcc2就和我们单片机的电源连接在了一起。
• Vcc1就和我们这个备用电池连接在了一起。

在Vcc1中上面是正极。正极接到了Vcc1，负极接地。

那么有了这个主电源和这个备用电源就可以保证了我们这个时钟芯片的这个电源是非常的充分了。在上电的时候Vcc2当做电源，一旦掉电就切换到备用电池，保证它还能够正常工作。

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开发板DS1302原理图

🍏注⇢在上述的原理图当中我们可以看到开发板手册这里的Vcc1(备用电源)是并没有接的，那么在我们开发板上的这个是没有接这个备用电池的。所以，我们这里掉电继续走时的现象是看不到了的。所以说我们这个代码断电之后它的这个时钟也会停止。当然这个并不是程序的问题是我们硬件并没有接上备用电池。

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第二部分

x1和x2固定的接的就是我们的一个晶振(频率32.768KHZ)，那么为什么是这个数呢？就是因为在我们通用有关的使用情况之下这个实时时钟都是这个32.768KHZ的晶振。

因为这个对于这个实时时钟来说是方便且精度比较高的，就像是我们单片机的串口一样为什么要使用11.0592KHZ一样比较合适保证精度。晶振这个东西就是给我们实时时钟的系统提供了一个稳定的实时脉冲系统提供1HZ的标准频率，因为我们需要计时的。那么有了这两部分的话我们芯片就可以自己进行独立工作了，把里面的这些时钟呢就可以运行了。

第三部分

如上图所示→那么我们单片机需要怎么样如何去获取时间内就需要这三个引脚。

利用这③个引脚我们就可以把单片机的内部时钟给读取出来。

包括写入时间也是用这③个引脚把时间给写入进去。

这样就可以让我们里面的DS1302工作模式给运行出来。

当然在我们③个引脚是规定了一套协议的，利用这套协议就可以对我们里面的寄存器进行读写。就可以读取以及写入这个时间，这③个引脚和74HC595移位寄存器当中的很类似。

IO和SER(P34)⇢串行数据是对应以及SCLK(P36)⇢叫做串行时钟。注→串行数据是一位一位比特位来进行发送的。

CE就是对IO和SCLK这两个使能的在读和写的时候必须保证它为高电平，相当于开关控制。

内部的结构框图

DS1302的内部结构框图如下↓

如下图→这一部分就是接的是我们的时钟晶振可以通过内部这些电路的一些设置。经过频率的一些分频阿等等运算之后，就会输出这个1HZ的标准输出频率。

如下图→这一部分就是我们时钟的一个内部寄存器，就是说我们这个内部的时间都是存在这个寄存器当中的，31x8的RAM寄存器。就跟我们单片机的寄存器一样，我们只需要对内部寄存器进行读写就可以访问时间了。内部寄存器存储时间。 

如下图→这一部分就是我们的访问，怎么读写寄存器就是靠这个来的。

🍈注⇢在74HC595的移位寄存器当中我们是只能进行写入的操作而不能进行读出，这个的话是可以进行读出的操作的。

其中这个CE引脚实际上就是一个使能，并不是说芯片不去使能，时钟就不工作。那么这个CE就是用来做一个判断的开关，当CE是高电平的时候你的IO和SCLK才能是有用的。如果CE为低电平那么这些就是无效的。

那么IO和74HC595的SRE是极其类似的，我们的数据是一个一个出去的也就是输出，只不过我们这个还可以读写进去。

SCLK(串行时钟)也和SRCLK是非常类似的，就是它时钟芯片每次来一个上升沿(高电平)，我们的这个数据就会每次向下进行一次的移位。

寄存器定义 

🍀注→在上述图当中地址是从低到高来进行排列的。注→IO数据输入/输出在DS1302也是从低位到高位的。

第一个寄存器存储的就是秒。

第二个寄存器存储的就是分。

第三个寄存器存储的就是小时。

第四个寄存器存储的就是日(1~31)

第五个寄存器存储的就是月(1~12)

第六个寄存器存储的就是年(0~99) 

WP置1(高电平)写入的话是无效的，但是可以读出的。写入的话就要给低电平有效。

TCS就是涓细电流充电能力对电池进行充电。

说明→在上述的寄存器当中都是与时钟有关的寄存器。

地址命令字

那么在这里我们就需要完成两个任务如下↓

⒈在哪(地址-读秒第一个为什么不是分钟) 里写入(我们是写入还是读出) 什么 (写入实际数据是什么，就是设计时间)

⒉在哪里(比如说我想读秒) 读出 什么

🍎重点⇢在寄存器定义的那幅图当中，秒所对应的那一行(也就是第二行) READ所对应的那一列(也就是第一列) 方格里边是 81h (十六进制)转换为二进制为1000 0001对应上述图当中。

🍏注→第六位给高电平操作的是RAM给低电平操作的是CK(非) 在最高位上固定为"1".

如果我们需要写入 WR 给上低电平0。

注意看寄存器那幅图当中是分别有WRITE和READ。分别有对应的关系的。

时序定义 

关于地址命令字和数据如何一一对应起来。

三大步骤(重点!)

⒈CE置"1"相当于一个开关的作用。

⒉在这里规定了我们要先把最低为给发送过去，在这里也就是R/W(非)设置到IO口上。

⒊SCLK时钟给上一个上升沿(高电平)，那么我们的IO口最低为就会被写入到单片机。然后就是把SCLK置回到"0"此时在到IO(地址)口第一位依次类推。

注→I/O命令字(R/W非 ~ 1和数据(D0 ~ D7)是一一对应的(注:一个是指令还有一个是数据)高电平读出。

这一部分是完成命令字的写入操作。我们先要发命令字因为我们要告诉到底是写还是读。

这一部分就是实际的数据也就是IO数据输入/输出和上面的操作都是一样的。记住最终再把SCLK给置0以及CE。

📝重点说明→在上述我讲解的是写入数据的，实际上读出数据前半部分也都是一样的(只不过需要改变命令字最低位读"1")紧跟着时钟的下降沿然后就会开始读出这个数据每次读出一个数据来一个下降沿依次类推到最后一位就把SCLK和CE置0.

🍊注→在这些数据当中是完全对应在外面的寄存器上的。

拓展说明如下↓

在写入数据是给单片机写入进去数据的我们是看不到现象的，而当我们想要看到现象是需要把单片机的数据给读出来才行。

在CE(芯片开关)的操作中，CE始终要保持我们的高电平，写完之后再把它清0置低电平。然后整个写入操作它才是有效的。

SCLK(串行时钟)给一个固定的时钟，然后IO(数据输出/输入)就给数据，在时钟的上升沿，IO口的数据将被输入。同时还额外的规定了在时钟的下降沿，DS1302就会把它给的数据进行输出。

下面就是串行输入。所有驱动都是低电平输入/高电平输出 交替。

BCD码 

在DS1302的内部寄存器地址/定义，是用BCD码表示的也就是我们常用到单片机8421码。

BCD码（Binary Coded Decimal‎），用4位二进制数分开分别来表示个位和十位。

例：0001 0011表示13，1000 0101表示85，0001(十位) 1010(个位)不合法(十进制的个位只有0~9，A代表的是10)

在十六进制中的体现：0x13表示13，0x85表示85，0x1A不合法。

BCD码转十进制：DEC=BCD/16*10+BCD%16; （2位BCD十位和个位）

BCD/16把高四位提取出来，BCD%16把低四位提取出来。

十进制转BCD码：BCD=DEC/10*16+DEC%10; （2位BCD十位和个位）

为什么需要进制转换呢？其根本原因就是在写代码的过程当中进制可能不一样，我写的这个代码读出的数据是BCD码而你这个库函数当中存放的Number是十进制的，此时我们应该要把BCD码用公式把它进行一个强转为十进制这样最终得到的才是一个逢十进一的一个数。如果当你直接BCD码存放十进制Number当中会发生以下情况如下👇

0000 1001 = 9
0001 0000 = 10(解码以十进制进行解码)
//十进制转换为十六进制
(1x16^1)+(0x16^0) = 16

🍊说明⇢此时如果是这样的话当我们的数字到9的时候再+1的话就会跳到16的数字。所以，我们需要把BCD码转十进制。

其实可以直接带入进去算下BCD码转十进制 例如下↓拓展:÷(获得高位) %(获得低位)

BCD码(8421码0~15)十进制码是(0~9)我们带入式子来进行计算如下↓

DEC(十进制) = (16/16*10) + (16%16) = 10 这不就相当于是从十六进制转到了十进制吗？同理。当然这个只是一个小技巧，有更加严谨的转换方式。

注→BCD码在单片机中还是以16进制形式存储。