51单片机-驱动DS1302时钟芯片模块教程 - 实践

本章概述思维导图：

51单片机驱动DS1302时钟芯片模块

DS1302简介

DS1302 是美国 DALLAS 公司（现属 MAXIM Integrated）推出的高性能、低功耗实时时钟芯片，具备闰年补偿、双电源供电、串行通信等特性，广泛应用于消费电子、工业自动化及物联网设备中。实物图如下：

DS1302核心功能

1、实时时钟与日历

支持年、月、日、星期、时、分、秒的精确计时，自动处理闰年及月份天数变化（如2 月天数调整）；提供 12/24 小时制切换，通过小时寄存器位 7 控制（1=12 小时制，0=24 小时制）， 12 小时制下位 5 表示 AM/PM。

2、低功耗设计

工作电压范围 2.0V~5.5V，待机功耗低至 300nA（2.0V 时），适合电池供电场景；双电源供电：主电源（VCC2）与备用电源（VCC1）自动切换，主电源断电时由备用电源维持计时，数据不丢失。

3、数据存储

内置 31 字节静态 RAM，可用于临时数据存储，支持单字节或突发模式（Burst Mode）读写。

3、涓流充电

集成充电控制电路，可通过外部电阻和二极管为备用电池充电，延长电池寿命。

DS1302关键技术参数

参数	描述
晶振频率	32.768kHz（标准时钟晶振）
通信接口	三线 SPI 兼容接口（SCLK、I/O、RST）
数据格式	BCD 码（二进制编码十进制，便于显示）
工作温度	-40°C~+85°C（工业级）
封装形式	8 引脚 DIP 或 SOIC
寄存器数量	12 个（7 个时钟寄存器、1 个控制寄存器、1个充电寄存器、1个时钟突发寄存器、2个 RAM 相关寄存器）

DS1302引脚定义与封装

DS1302采用8引脚DIP或SOIC封装，各引脚功能如下：

引脚号	名称	功能描述
1	VCC2	主电源引脚，接3.3V或5V电源，优先级高于VCC1。
2	X1	晶振引脚，外接32.768kHz晶振，为芯片提供计时基准。
3	X2	晶振引脚，与X1构成振荡回路。
4	GND	接地引脚，确保芯片工作稳定性。
5	RST	复位/片选引脚，高电平时启动数据传输，低电平时终止传输并使I/O引脚呈高阻态。
6	I/O	双向数据引脚，用于串行数据输入/输出。
7	SCLK	串行时钟引脚，控制数据传输的同步信号。
8	VCC1	备用电源引脚，外接电池（如CR1220），主电源断电时维持时钟运行。

DS1302时钟芯片寄存器介绍

DS1302芯片的12个寄存器中，7个为日历/时钟寄存器，用于存储秒、分、时、日、月、年、星期数据；1个为控制寄存器，用于用于配置 DS1302 的工作模式（如时钟/日历模式、RAM 读写模式）以及控制数据传输，复用功能为写保护设置；1个为充电寄存器，用于配置涓流充电参数；1个为时钟突发寄存器，支持多字节连续读写；剩余31字节为独立RAM单元（部分资料将其拆分为31个单字节寄存器描述）。

控制寄存器格式：

位	名称	功能描述
D7	固定为1	命令有效标志。
D6	RAM/CK	0=访问时钟寄存器，1=访问RAM。
D5-D1	地址位	选择要读写的寄存器地址。
D0	RD/WR	0=写操作，1=读操作。

位7：固定为1，是控制命令标志。如果该位为0，则不能把数据写入DS1302中。

位6（RAM/CK）：片内RAM或日历、时钟寄存器选择位。当RAM/CK=1时，表示对片内RAM 进行读写操作；当RAM/CK=0时，表示对日历、时钟寄存器进行读写操作。

位5-位1（A4-A1）：地址位，用于选择进行读写的日历、时钟寄存器或片内RAM的具体地址。这些地址位的具体取值决定了要访问哪个寄存器或RAM单元。

位0（RD/W）：读写位。当RD/W=1时，表示下一步操作是读操作；当RD/W=0时，表示下一步操作是写操作

控制寄存器的操作

写入控制命令字：在对DS1302进行读写操作之前，需要先向控制寄存器写入一个控制命令字。这个命令字通过DS1302的I/O引脚在SCLK时钟的上升沿逐位写入。

读取数据：在写入控制命令字后，可以根据RD/W位的设置来读取或写入数据。如果是读操作，DS1302会在SCLK时钟的下降沿将数据放在I/O引脚上供微控制器读取；如果是写操作，微控制器则需要在SCLK时钟的上升沿将数据放在I/O引脚上供 DS1302写入。

DS1302日历寄存器（7个）

存储时间数据，采用BCD码格式，支持自动闰年补偿（至2100年）：

1、秒寄存器（地址：写0x80/读0x81）

D7：时钟暂停位（CH=1时停止计时，CH=0时启动）。

D6-D0：秒的十位（D6-D4）和个位（D3-D0），范围00-59。

2、分寄存器（地址：写0x82/读0x83）

D7：固定为0。

D6-D0：分的十位（D6-D4）和个位（D3-D0），范围00-59。

3、时寄存器（地址：写0x84/读0x85）

D7：12/24小时模式选择（1=12小时制，0=24小时制）。

D5：AM/PM标志（12小时制下，1=PM，0=AM）。

D4-D0：小时的十位（D4）和个位（D3-D0）范围1-12（12小时制）或0-23（24 小时制）。

4、日寄存器（地址：写0x86/读0x87）

存储日期，范围1-31。

5、月寄存器（地址：写0x88/读0x89）

存储月份，范围1-12。

6、星期寄存器（地址：写0x8A/读0x8B）

存储星期几，范围0-6（0=周日，1=周一，…，6=周六）。

7、年寄存器（地址：写0x8C/读0x8D）

存储年份后两位，范围00-99（对应2000-2099年）。

充电寄存器（1个）

涓流充电寄存器（地址：写0x90/读0x91）

D7-D4：保留位，固定为0。

D3-D2：二极管选择（DS=01/10/11分别表示1/2/禁用二极管）。

D1-D0：电阻选择（RS=00/01/10/11分别对应2kΩ、4kΩ、8kΩ、禁用充电）。

功能：配置外接电池的涓流充电参数（需外接二极管和电阻）。

时钟突发寄存器（1个）

突发模式寄存器（命令字：写0xBE/读0xBF）

功能：支持一次性连续读写所有时钟/RAM寄存器（除充电寄存器外）。

操作：写入0xBE后，DS1302会自动按顺序传输秒、分、时、日、月、星期、年寄存器的数据。

RAM相关寄存器（31个字节，逻辑上视为独立单元）

独立RAM单元（地址：C0H-FDH）

分类：

单字节读写：每个地址对应1字节RAM（偶地址写，奇地址读，如C0H写/C1H读）。

突发模式读写：通过FEH（写）和FFH（读）命令一次性访问全部31字节RAM。

用途：存储用户自定义数据，与时钟功能无关。

DS1302读写时序介绍

DS1302采用三线串行通信接口（SCLK、I/O、RST）与CPU进行同步通信。无论是读操作还是写操作，都必须由微控制器先向DS1302写入一个命令字发起。这个命令字决定了后续操作是读还是写，以及操作的目标寄存器或RAM单元。

DS1302写时序

起始条件：

RST（或CE）线从低电平变为高电平，表示通信周期的开始。在整个通讯期间，RST 必须保持高电平。

SCLK线在初始状态应为低电平。

写入命令字：

命令字的最高位（D7）必须为逻辑1，如果为0则禁止写入DS1302。

命令字的D6位用于选择操作对象：0表示选择时钟/日历数据，1表示选择RAM数据。

命令字的D5-D1位（A4-A1）用于指定进行输入或输出的特定寄存器或RAM单元的地址。

命令字的D0位（RD/W）用于选择操作类型：0表示写操作，1表示读操作。

命令字总是从最低位（D0）开始输入，每一位都是在SCLK的上升沿被DS1302读取。

写入数据：

在写入命令字后，微控制器可以在接下来的8个SCLK脉冲的上升沿依次写入8位数据。

数据也是从最低位开始写入。

结束条件：

在数据写入完成后，可以将RST线拉低，表示通信周期的结束。

DS1302读时序

起始条件：

与写时序相同，RST线从低电平变为高电平，SCLK线在初始状态为低电平。

写入命令字：

与写时序相同，写入一个用于指定读操作和目标寄存器或RAM单元的命令字。

读取数据：

在写入命令字后，DS1302会在接下来的8个SCLK脉冲的下降沿依次输出8位数据。

微控制器需要在SCLK的下降沿读取数据，数据从最低位开始输出。

结束条件：

在数据读取完成后，将RST线拉低，表示通信周期的结束。

DS1302硬件电路原理分析

如图所示：

DS1302的主电源脚连接电源电压VCC,给DS1302时钟芯片供电；

DS1302的GND脚接地，确保芯片工作稳定；

DS1302的X1引脚，外接32.768KHZ晶振，为芯片提供计时基准，与X2构成振荡回路；

DS1302的SCLK串行时钟引脚与单片机P36IO管脚进行连接，控制数据传输的同步信号；

DS1302的I/O双向数据引脚与单片机P34管脚进行连接，用于串行数据输入/输出；

DS1302的CE脚复位/片选引脚与但单片机P35进行连接，输出高电平时启动数据传输。低电平I/O呈高阻态；

DS1302软件编程设计

本章所要实现的功能为：在数码管中上实现电子时钟时分秒，格式为XX-XX-XX

关键操作注意事项：

写保护机制：修改时钟/RAM前需先关闭写保护（WP=0），操作完成后可重新开启（WP=1）。

BCD码转换：十位=(BCD/16)；个位=(BCD&0x0F)；

实现步骤：

第一步：将实现DS1302发送字节函数，函数形参有两个字节参数。第一个参数是控制指令，第二个参数是发送的数据。按照时序图实现函数封装

void DS1302_wriet_byte(u8 command,u8 dat)		//DS1302写入字节函数封装
{
u8 i=0;
DS1302_SCLK=0;								//时钟线为低电平
_nop_();
DS1302_RET=0;							//复位线为低电平
_nop_();									//延时1微秒
DS1302_RET=1;								//复位线为高电平，开始通信
_nop_();
for(i=0;i>=1;
DS1302_SCLK=1;							//时钟线为高电平
_nop_();	  							//延时1微秒
DS1302_SCLK=0;							//时钟线为低电平
_nop_();	  							//延时1微秒
}
for(i=0;i>=1;
DS1302_SCLK=1;							//时钟线为高电平
_nop_();	  							//延时1微秒
DS1302_SCLK=0;							//时钟线为低电平
_nop_();	  							//延时1微秒
}
DS1302_RET=0;								//复位线为低电平
_nop_();
}

第二步实现DS1302接收字节函数封装，形参为控制指令

u8 DS1302_read_byte(u8 command)					//DS1302读取字节函数封装
{
u8 i=0;
u8 temp=0;
u8 dat=0;
DS1302_SCLK=0;								//时钟线为低电平
_nop_();									//延时1微秒
DS1302_RET=0;								//复位线为低电平
_nop_();									//延时1微秒
DS1302_RET=1;								//复位线为高电平，开始通信
_nop_();									//延时1微秒
for(i=0;i>=1;
DS1302_SCLK=1;							//时钟线为高电平
_nop_();								//延时1微秒
DS1302_SCLK=0;							//时钟线为低电平
_nop_();								//延时1微秒
}
for(i=0;i>=1;
dat|=(temp<<7);
DS1302_SCLK=1;							//时钟线为高点平
_nop_();								//延时1微秒
DS1302_SCLK=0;							//时钟线为低电平
_nop_();								//延时1微秒
}
DS1302_RET=0;								//通信完成
_nop_();									//延时1微秒
DS1302_SCLK=1;								//P3.4没有上拉电阻，软件实现上拉
_nop_();									//延时1微秒
DS1302_IO=0;
_nop_();									//延时1微秒
DS1302_IO=1;
_nop_();
return dat;
}

第三步：实现DS1302初始化函数，首先我们要关闭写保护功能，在将秒，分，时，日，月，星期，年数据发送给DS1302实现初始化

u8 wriet_time_dat[7]={0x30,0x03,0x00,0x22,0x09,0x07,0x25};
u8 wriet_time_adder[7]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c}; 	//DS1302写入时钟地址指令
u8 read_time_adder[7]={0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d};		//DS1302读取时钟地址指令
void DS1302_init(void)							//DS1302时钟模块初始化函数
{
u8 i=0;
DS1302_wriet_byte(0x8e,0x00);				//发送控制寄存器指令，允许写入数据
for(i=0;i<7;i++)
{
DS1302_wriet_byte(wriet_time_adder[i],wriet_time_dat[i]);
}
DS1302_wriet_byte(0x8e,0x80);               //发送控制寄存器指令，不允许写入数据
}

第四步：实现DS1302时钟芯片获取实时计数时间数据封装成函数

void DS1302_read_time(void)
{
u8 i=0;
for(i=0;i<7;i++)
{
wriet_time_dat[i]=DS1302_read_byte(read_time_adder[i]);
}
}

第五步：在主函数中联合数码管现实函数实现显示

#include "TYPEDEF.h"   						//u8、u16定义
#include "reg52.h"							//STC89C52RC
#include "Delay.h"							//延时
#include "DIGITALTUBE.h"					//数码管
#include "DS1302.h"							//DS1302
int main()
{
u8 buffer_time[8];
DS1302_init();
while(1)
{
DS1302_read_time();
buffer_time[0]=Display[wriet_time_dat[2]/16];
buffer_time[1]=Display[wriet_time_dat[2]&0x0f];
buffer_time[2]=0x40;
buffer_time[3]=Display[wriet_time_dat[1]/16];
buffer_time[4]=Display[wriet_time_dat[1]&0x0f];
buffer_time[5]=0x40;
buffer_time[6]=Display[wriet_time_dat[0]/16];
buffer_time[7]=Display[wriet_time_dat[0]&0x0f];
DIGITALTUBE_EEPROM_Display2(buffer_time,1);
}
}

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