51单片机入门：DS1302时钟

51单片机内部含有晶振，可以实现定时/计数功能。但是其缺点有：精度往往不高、不能掉电使用等。 我们可以通过DS1302时钟芯片来解决以上的缺点。

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DS1302时钟芯片

功能：DS1302是一种低功耗实时时钟芯片，内部有自动的计时功能，其范围包括：年、月、日、时、分、秒、星期。（且每个月的天数和闰年的天数可以内部自动调整）。

结构以及引脚定义：

常见的DS1302时钟芯片有DIP（直插式）和SO（表贴式）两种封装 。

|-------|---------------------------|
| 引脚名称 | 功能 |
| X1、X2 | DS1302外部晶振引脚，通常接32.768K晶振 |
| VCC1 | 备用电源，在主电源使用时可被充电 |
| VCC2 | 主电源供应管脚（与单片机共用一个电源） |
| GND | 电源地 |
| CE | 使能端，也是复位引脚，在进行读写时CE要保持高电平 |
| I/O | 串行数据输入或输出 |
| SCLK | 串行时钟 |
[引脚定义]

通常通过单片机直接与CE、I/O、SCLK这3个引脚相连，控制其高低电平，进而控制DS1302时钟芯片。

DS1302电路图

其中，C2和C3为旁路电容，目的是消除晶振起振时产生的电感干扰。对于此电路，没有接入备用电池，可自行将外部备用电源接入VCC1。

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DS1302内部寄存器

控制寄存器

功能：通过给控制寄存器数据，来决定：进入年月日等具体哪一个寄存器、进行读/写操作。

上图为控制寄存器样式。

最高位一直为1；

第6位：1表示RAM，寻址内部存储器；0为CK，寻址内部寄存器。

第5位~第1位：为年月日等日历寄存器的地址。

最低位：1表示下一步操作为"读"；0表示下一步操作为"写"。

日历/时钟寄存器

上图为年月日等相关寄存器的地址（绿框内）、功能等。以下对其进行详细说明：

|--------|---------------|--------------|----|-------|------|----|----|----|----|
| 寄存器名称 | 取值范围 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
| 秒寄存器 | 00~59 | CH | 秒的十位 ||| 秒的个位 ||||
| 分寄存器 | 00~59 | 0 | 分的十位 ||| 分的个位 ||||
| 小时寄存器 | 1~12或 00~23 | 12小时制/ 24小时制 | 0 | AM/PM | Hour | 小时的个位 ||||
| 日寄存器 | 01~31 | 0 | 0 | 日的十位 || 日的个位 ||||
| 月寄存器 | 01~12 | 0 | 0 | 0 | 1或0 | 月的个位 ||||
| 星期寄存器 | 01~07 | 0 | 0 | 0 | 0 | 星期几 ||||
| 年寄存器 | 01~99 | 20XX年的十位 |||| 年的个位 ||||
| 写保护寄存器 | | WP | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
[相关寄存器的位说明]

需特别注意以下部分：

秒寄存器：CH为DS1302的运行标志，当CH=0时，DS1302内部才能工作；当CH=1时，DS1302停止工作。

写保护寄存器：当WP为1时，DS1302只读不写。所以进行写操作时要确保WP为0。

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DS1302初始时间设置

举个例子，如果想将2024.05.04---周7---23:59:49这个时间写入DS1302内部，具体操作如下：

1、对0x8E地址操作，关闭写保护；

2、对秒寄存器0x80操作，写入0x49；

3、对分寄存器0x82操作，写入0x59；

4、对时寄存器0x84操作，写入0x23；

......以此类推，最后对0x8E地址操作，打开写保护。

BCD码

BCD码：用4位二进制数来表示1位十进制数。

例如：0001 0011表示13、1000 0101表示85、0001 1010不合法。

在日历/时钟寄存器内部 都是以BCD码来存放数据。因此要设置DS1302的时间，要写入BCD码格式。同时读取数据时，读到的也是BCD码，使用时需转换为对应十进制。

|---|------|---|------|
| 0 | 0000 | 5 | 0101 |
| 1 | 0001 | 6 | 0110 |
| 2 | 0010 | 7 | 0111 |
| 3 | 0011 | 8 | 1000 |
| 4 | 0100 | 9 | 1001 |

转换公式：

读写时序

前面提到：单片机与DS1302相连的线有3根，分别为：CE、SCLK和I/O引脚；如何通过这3根线进行数据写入和读出呢？

CE：初始化使其为低电平，在整个读写过程中，要保持高电平；一次读写操作完毕后，再回到低电平。

//  功能：DS1302初始化
void DS1302_Init(){
	DS1302_CE=0;    //使能端置0
	DS1302_SCLK=0;  //时钟脉冲置0
}

单字节写入 ：（先关闭写保护）当CE为高电平时，通过单片机控制SCLK产生脉冲，每一个上升沿，I/O线的数据就进入控制寄存器；当控制寄存器配置完成后，紧接着的I/O线数据会在上升沿时进入对应地址的寄存器。

/**
   *@breaf DS1302单字节写入函数
   *@param command：写入命令字，包含要写入寄存器的地址；
   *@param Data：将要写入的数据内容；
   *@retval 无
   */
void  DS1302_WriteBety(unsigned char command,Data)
{
			unsigned char i;
			DS1302_CE=1;//使能位置高电平；


//设置控制寄存器
			for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入
		{
				DS1302_IO=command&(0x01<<i);
				DS1302_SCLK=1;  //给一个上升沿
				DS1302_SCLK=0;
		}


//设置相关年月日寄存器
				for(i=0;i<8;i++)//数据写入
		{
				DS1302_IO=Data&(0x01<<i);
				DS1302_SCLK=1;
				DS1302_SCLK=0;
		}
			DS1302_CE=0;	
}

单字节读出 ：当CE为高电平时，通过单片机控制SCLK产生脉冲，每一个上升沿，I/O线的数据就进入控制寄存器；当控制寄存器配置完成后，紧接着对应地址的寄存器数据会在下降沿时进入I/O线。

/**
   *@breaf  DS1302单字节读出函数
   *@param command：写入控制指令的指令，包含要读出寄存器的地址；
   *@retval Data：读出的数据；
   */
unsigned char   DS1302_ReadBety(unsigned char command)
{
	unsigned i,Data=0X00;
	    command|=0X01;//写入指令与读出指令只在最后一位相差1，故在此利用或运算消除；
			DS1302_CE=1;//使能位置高电平；
		for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入
		{
				DS1302_IO=command&(0x01<<i);
				DS1302_SCLK=0;	
				DS1302_SCLK=1;
		}
				DS1302_IO=0;
			for(i=0;i<8;i++)//数据读出
		{
					DS1302_SCLK=1;
					DS1302_SCLK=0;			
					if(DS1302_IO)  
					{Data |=(0X01<<i);}
		}
		DS1302_CE=0;
		return Data;
}

注意数据输入从低位开始。

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代码设计

main.c

#include <REGX52.H>
#include "lcd1602.h"//包含LCD1602头文件
#include "DS1302.h"//包含DS1302头文件
void main ()//定义主函数
{
	
		LCD_Init();	//LCD1602初始化
		DS1302_Init();//DS1302初始化
		LCD_ShowString(1,1,"  -  -  ");//设置年月日格式
		LCD_ShowString(2,1,"  :  :  ");//设置时分秒格式
		DS1302_SetTime();//设置时间，通过数组进行设置
	
		while(1)
		{
		  		DS1302_ReadTime();//读取内部时间
					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
					LCD_ShowNum(2,13,DS1302_Time[6], 1);//显示星期
    	}
}

DS1302.c

#include <REGX52.H>
 
//引脚定义；
sbit  DS1302_SCLK=P3^6;
sbit  DS1302_IO=P3^4;
sbit  DS1302_CE=P3^5;
 
//对应寄存器位置定义
#define  DS1302_SECOND		0X80
#define  DS1302_MINUTE  	0X82
#define  DS1302_HOUR		0X84
#define  DS1302_DATE        0X86
#define  DS1302_MONTH		0X88
#define  DS1302_DAY         0X8A
#define  DS1302_YEAR        0X8C
#define  DS1302_WP          0X8E 
 
//定义数组，用于存放设定的时间，年月日时分秒星期
unsigned char DS1302_Time[]={23,10, 28,19,00,59,6};//顺序：年月日时分秒星期
/**
   *@breaf DS1302初始化
   *@param无
   *@retval无
   */
void  DS1302_Init()
{
	DS1302_CE=0;//将使能位置0，低电平；
	DS1302_SCLK=0;//将时钟位置0，低电平；
}
 
/**
   *@breaf DS1302单字节写入函数
   *@param command：写入控制指令的指令，包含要写入寄存器的地址；
	 *@param Data：将要写入的数据内容；
   *@retval 无
   */
void  DS1302_WriteBety(unsigned char command,Data)
{
			unsigned char i;
			DS1302_CE=1;//使能位置高电平；
			for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入
		{
				DS1302_IO=command&(0x01<<i);//相当于把第1--7位置0，只留第0位，如果第0位是0，则为0；反之则为1；
				DS1302_SCLK=1;
				DS1302_SCLK=0;
		}
		
				for(i=0;i<8;i++)//数据写入
		{
				DS1302_IO=Data&(0x01<<i);//相当于把第1--7位置0，只留第0位，如果第0位是0，则为0；反之则为1；
				DS1302_SCLK=1;
				DS1302_SCLK=0;
		}
			DS1302_CE=0;	
}
 
/**
   *@breaf  DS1302单字节读出函数
   *@param command：写入控制指令的指令，包含要读出寄存器的地址；
   *@retval Data：读出的数据；
   */
unsigned char   DS1302_ReadBety(unsigned char command)
{
	unsigned i,Data=0X00;
	    command|=0X01;//写入指令与读出指令只在最后一位相差1，故在此利用或运算消除；
			DS1302_CE=1;//使能位置高电平；
		for(i=0;i<8;i++)//控制寄存器数据需要通过IO线一个一个写入控制寄存器;低位先写入
		{
				DS1302_IO=command&(0x01<<i);//相当于把第1--7位置0，只留第0位，如果第0位是0，则为0；反之则为1；
				DS1302_SCLK=0;	
				DS1302_SCLK=1;
		}
				DS1302_IO=0;
			for(i=0;i<8;i++)//数据读出
		{
					DS1302_SCLK=1;
					DS1302_SCLK=0;			
					if(DS1302_IO)  
					{Data |=(0X01<<i);}
		}
		DS1302_CE=0;
		return Data;
}
 
 
/**
   *@breaf 向DS1302内设定时间
   *@param无
   *@retval无
   */
void DS1302_SetTime()
{
		DS1302_WriteBety(DS1302_WP,0x00);//操作 DS1302 之前，关闭写保护，不然指令无法进入控制寄存器；
		DS1302_WriteBety(DS1302_YEAR, DS1302_Time[0]/10*16+DS1302_Time[0]%10);//写入年，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety(DS1302_MONTH, DS1302_Time[1]/10*16+DS1302_Time[1]%10);//写入月，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety(DS1302_DATE, DS1302_Time[2]/10*16+DS1302_Time[2]%10);//写入日，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety(DS1302_HOUR, DS1302_Time[3]/10*16+DS1302_Time[3]%10);//写入时，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety(DS1302_MINUTE, DS1302_Time[4]/10*16+DS1302_Time[4]%10);//写入分，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety(DS1302_SECOND, DS1302_Time[5]/10*16+DS1302_Time[5]%10);//写入秒，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety(DS1302_DAY, DS1302_Time[6]/10*16+DS1302_Time[6]%10);//写入星期，并将10进制转化BCD码；
		DS1302_WriteBety( DS1302_WP,0x80);//写入结束，开启写保护；
}
 
/**
*@breaf 读取DS1302内时间
*@param无
*@retval无
*/
void DS1302_ReadTime()	
{
	unsigned char Temp;//定义变量，用于暂时存储BCD码
    Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_YEAR);//读取年BCD码；
		DS1302_Time[0]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
	 Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_MONTH);//读取月BCD码；
		DS1302_Time[1]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
	 Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_DATE);//读取日BCD码；
		DS1302_Time[2]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
	 Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_HOUR);//读取小时BCD码；
		DS1302_Time[3]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
	 Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_MINUTE);//读取分钟BCD码；
		DS1302_Time[4]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
	 Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_SECOND);//读取秒BCD码；
		DS1302_Time[5]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
	 Temp=DS1302_ReadBety(DS1302_DAY);//读取星期BCD码；
		DS1302_Time[6]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制；
}

DS1302.h

#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__
 
extern unsigned char DS1302_Time[];//声明设置时间的数组
void  DS1302_Init();//声明初始化函数
void  DS1302_WriteBety(unsigned char command,Data);//声明时间写入函数
unsigned char   DS1302_ReadBety(unsigned char command);//声明时间读出函数
void DS1302_SetTime();//声明设置内部时间函数
void DS1302_ReadTime();//声明读取内部时间函数

#endif