【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

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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

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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

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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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以上就是本篇博客的所有内容，感谢你的阅读

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