51单片机学习笔记12 SPI接口 使用1302时钟

news2025/1/13 11:35:05

51单片机学习笔记12 SPI接口 使用1302时钟

  • 一、DS1302简介
    • 1. 功能特性
    • 2. 涓流充电
    • 3. 接口介绍
      • 时钟数据和控制线：
      • 电源线：
      • 备用电池连接：
  • 二、寄存器介绍
    • 1. 控制寄存器
    • 2. 时间寄存器
    • 3. 日历/时钟寄存器
  • 三、BCD码介绍
  • 四、DS1302时序
    • 1. 读时序
    • 2. 写时序
  • 五、实现
    • 1. 硬件原理图
    • 2. ds1302.h
    • 3. ds1302.c
    • 4. main.c

在这里插入图片描述

一、DS1302简介

1. 功能特性

DS1302是一款由Maxim Integrated公司生产的实时时钟（RTC）芯片。
RTC芯片用于计算机和其他电子设备中的时间和日期的集成电路，通常被用于电子时钟、计时器、温度记录器等应用中。

DS1302部分功能特性：

  1. 实时时钟功能：提供年、月、日、时、分、秒等时间数据。
  2. 串行接口：通过串行接口（如SPI）与微控制器进行通信。
  3. 低功耗设计：具有低功耗特性，在电池供电情况下能够长时间稳定运行。
  4. 内置晶体振荡器：集成了晶体振荡器，不需要外部晶振。
  5. 电池备份：支持电池备份以保持时钟运行，即使主电源断电时也能保持时间数据。
  6. 温度补偿：具有温度补偿功能，可以提高时钟的准确性。

DS1302通常与微控制器或单片机配合使用，通过串行接口进行通信，并通过读写寄存器来配置和读取时间数据。

DS1302工作电压2.0~5.5V。

2. 涓流充电

涓流充电是一种低功率充电方式，它通过限制充电电流的大小来防止电池过度充电和损坏。

DS1302内部集成了涓流充电电路，它会在主电源供电时通过合适的电阻限制充电电流，以适当的速率充电芯片内部的备用电池。一旦电池被充满，充电电路会自动停止充电，以防止过度充电。

当主电源断电时，DS1302会自动从备用电池供电，保持时钟和日期功能正常运行。备用电池通常是一个较小的锂电池，它能够提供足够的电力维持DS1302的基本功能长达数年。

3. 接口介绍

DS1302实时时钟芯片具有串行接口，通常使用3线或4线SPI（Serial Peripheral Interface）进行通信。以下是DS1302的主要接口：

时钟数据和控制线：

  • CE（Chip Enable）：芯片使能线，用于启用DS1302的通信。
  • IO（Data I/O）：数据输入/输出线，用于与微控制器进行数据交换。
  • SCLK（Serial Clock）：串行时钟线，用于同步数据传输。

电源线：

  • VCC：芯片供电正极。
  • GND：芯片地线。

备用电池连接：

  • VBAT：备用电池正极，用于备份时钟数据。
  • GND（BAT）：备用电池地线。

在这里插入图片描述

二、寄存器介绍

1. 控制寄存器

在这里插入图片描述

  • BIT7 MSB，1时定稿，0时禁止对DS1302写入
  • BIT6 0：时钟/日历；1RAM数据
  • BIT5~BIT1：输入输出的寄存器
  • BIT0 LSB，0时写操作，1时读操作。

2. 时间寄存器

寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0
1RAM/CKA4A3A2A1A0R/W
秒10000000/1
分10000010/1
小时10000100/1
日10000110/1
月10001000/1
星期10001010/1
年10001100/1

3. 日历/时钟寄存器

BCD码格式存入。

寄存器名称取值范围D7D6D5D4D3D2D1D0
秒寄存器00-59CH秒的十位秒的个位
分寄存器00-590分的十位分的个位
小时寄存器01-12或00-2312/240a/pHR小时的个位
日寄存器01-3100日的十位日的个位
月寄存器01-120001/0月的个位
星期寄存器01-070000星期几
年寄存器01-99年的十位年的个位
写保护寄存器 WP=1保护0000000
慢充电寄存器 TCSTCSTCSTCSDSDSRSRS
时钟突发寄存器

三、BCD码介绍

BCD（Binary-Coded Decimal）码是一种数字编码方式，用于表示十进制数字的二进制形式。在BCD编码中，每个十进制数字（0到9）都用4位二进制数表示。这种编码方式可以使计算机更方便地处理十进制数字。

BCD码的基本原理是将一个十进制数的每一位分别用二进制数表示，例如将十进制数 45 分别用BCD编码表示：

  • 数字 4 的BCD编码为 0100
  • 数字 5 的BCD编码为 0101

因此，数字 45 的BCD编码为 0100 0101。

BCD码有几种常见的表示方法：

  1. 8421码：每个十进制数字用4位二进制数表示，范围从 0000 到 1001。这种编码方式的名称来自每个位上的权重，分别是8、4、2和1。例如，十进制数 7 的BCD编码为 0111。

  2. 2421码：类似于8421码，但在前四个数字中，9表示为 1001，而不是 1000。这种编码方式的目的是为了简化BCD加法的实现。

  3. Excess-3码：在8421码的基础上，每个数字都加上了3。例如，数字 0 的8421码是 0000，加上3后变为 0011。

DS1302实时时钟芯片使用的是8421码（也称为8421BCD码）

四、DS1302时序

1. 读时序

单字节读：
在这里插入图片描述

  • CE：高电平使能

  • SCLK：时钟

  • IO：数据读

  • I/O设置为输入

    • 在时钟上升沿写入，从低向高写入；

  • 第一个字节是写入指令

  • I/O设置为输出

  • 后一个字节是读操作

  • 写入完成后，在下一个时钟下降沿读；

2. 写时序

单字节写：
在这里插入图片描述

五、实现

1. 硬件原理图

在这里插入图片描述
下面代码在数码管显示时间。

2. ds1302.h

//
// 时钟芯片
//

#ifndef LESSON11_DS1302_H
#define LESSON11_DS1302_H
#include <reg52.h>
#include "types.h"

sbit DS1302_CE = P3^5;
// 时钟口
sbit DS1302_CLK = P3^6;
// IO 口
sbit DS1302_IO = P3^4;

/**
* 写入一个字节
*/
void ds1302_write_byte(u8 addr, u8 dat);
/**
* 读取一个字节
*/
u8 ds1302_read_byte(u8 addr);

//变量声明
extern u8 gDS1302_TIME[7];//存储时间

void ds1302_init(void);
void ds1302_read_time(void);
#endif //LESSON11_DS1302_H

3. ds1302.c

//
// 时钟芯片
//
#include "ds1302.h"
#include "intrins.h"

// DS1302写入和读取的地址命令
u8 gREAD_RTC_ADDR[7] = {
    0x81,   // 二进制  1000 0001 , 表示: 1000 0000 读取秒
    0x83,   // 1000 0011 读取分 
    0x85,   // 1000 0101 读取时
    0x87,   // 1000 0111 读取日
    0x89,   // 1000 1001 读取月
    0x8b,   // 1000 1011 读取星期
    0x8d    // 1000 1101 读取年
    };
u8 gWRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};
// DS1302 初始化要写入的时间
u8 gDS1302_TIME[7] = {
    0x47,   // 秒
    0x56,   // 分
    0x15,   // 时
    0x20,   // 日
    0x03,   // 月
    0x05,   // 星期
    0x24    // 年
    };

/**
* 写入一个字节
*/
void ds1302_write_byte(u8 addr, u8 dat){
    u8 i;
    
    // 使能脚复位
    DS1302_CE = 0;
    _nop_();
    // 时钟脚复位
    DS1302_CLK = 0;
    _nop_();
    // 使能脚置高
    DS1302_CE = 1;
    _nop_();
    // 从低位开始写入
    for(i=0; i<8; i++){
        // 先发送地址
        DS1302_IO = addr & 0x01;
         // 右移一位
        addr >>= 1;

        // SLK 上升沿写入
        DS1302_CLK = 1;
        _nop_();
        DS1302_CLK = 0;
        _nop_();
    }
    // 写入数据
    for(i=0; i<8; i++){
        // 先发送数据
        DS1302_IO = dat & 0x01;
        // 右移一位
        dat >>= 1;
        // SLK 上升沿写入
        DS1302_CLK = 1;
        _nop_();
        DS1302_CLK = 0;
        _nop_();
    }
    // 复位
    DS1302_CE = 0;
    _nop_();
}
/**
* 读取一个字节
*/
u8 ds1302_read_byte(u8 addr){
    u8 i;
    u8 temp = 0;
    u8 value = 0;
    // 使能脚复位
    DS1302_CE = 0;
    _nop_();
    // 时钟脚复位
    DS1302_CLK = 0;
    _nop_();
    // 使能脚置高
    DS1302_CE = 1;
    _nop_();
    // 从低位开始写入
    for(i=0; i<8; i++){
        // 先发送地址
        DS1302_IO = addr & 0x01;
        // 右移一位
        addr >>= 1;
        // SLK 上升沿写入
        DS1302_CLK = 1;
        _nop_();
        DS1302_CLK = 0;
        _nop_();
    }
    // 读取数据
    for(i=0; i<8; i++){
        temp = DS1302_IO;
        value = (temp << 7) | (value >> 1);
        // SLK 下降沿读取
        DS1302_CLK = 1;
        _nop_();
        DS1302_CLK = 0;
        _nop_();
    }
    // 复位
    DS1302_CE = 0;
    _nop_();

    // 释放时钟
    DS1302_CLK = 1;

    _nop_();
    DS1302_IO = 0;
    _nop_();
    DS1302_IO = 1;
    _nop_();
    return value;
}
/**
* ds1302初始化
*/
void ds1302_init(void){
    u8 i = 0;
    // 写入禁止写保护
    ds1302_write_byte(0x8e, 0x00);
    // 写数据
    for(i=0; i<7; i++){
        ds1302_write_byte(gWRITE_RTC_ADDR[i], gDS1302_TIME[i]);
    }
    // 写入启用写保护
    ds1302_write_byte(0x8e, 0x80);
}
/**
* 写入时间
*/
void ds1302_read_time(void){
	u8 i=0;
	for(i=0;i<7;i++)
	{
		gDS1302_TIME[i]=ds1302_read_byte(gREAD_RTC_ADDR[i]);	
	}	
}

4. main.c

#include <reg52.h>
#include "led_utils.h"
#include "common_utils.h"
#include "timer_utils.h"
#include "uart_utils.h"
#include "key_utils.h"
#include "eeprom_utils.h"
#include "segment_display_utils.h"
#include "ds1302.h"


/**
* @brief 主函数
*/
main()
{
	u8 time_buf[8];
	// 关闭所有led
	led_all_off();
	uart_init(0xFA);
	ds1302_init(); 
	
	while(1)
	{
		ds1302_read_time();
		uart_send(u8_to_hex(gDS1302_TIME[2]));
		time_buf[0]=gDS1302_TIME[2]/16;
		time_buf[1]=gDS1302_TIME[2]&0x0f;
		time_buf[2]=0x10;
		time_buf[3]=gDS1302_TIME[1]/16;
		time_buf[4]=gDS1302_TIME[1]&0x0f;
		time_buf[5]=0x10;
		time_buf[6]=gDS1302_TIME[0]/16;
		time_buf[7]=gDS1302_TIME[0]&0x0f;

		segment_show_u8_array(time_buf);
	}
}

本文代码开源在
https://gitee.com/xundh/learn51

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