Mkdm的51单片机学习日记：实时时钟DS1302

15.2 SPI时序初步认识

单片机常用的通信协议有三种：SPI，UART，I2C

SPI：Serial Peripheral Interface 串行外围设备接口，是一种全双工，同步的通信总线

常用于单片机与EEPROM，FLASH，实时时钟，数字信号处理器等器件的通信

通信原理：主从方式，标准SPI一共有四条线：

SSEL：从设备片选使能信号，如果从设备是低电平使能，当拉低这个引脚时，从设备就会被选中

SCLK：时钟信号，主机产生，类似于I2C的SCL

MOSI：主机给从机发送指令或者数据的通道

MISO：主机读取从机的状态或者数据的通道

补充：CPOL：Clock Polarity 时钟极性，如果SCLK在空闲时刻的空闲状态是高电平，那么CPOL=1，如果SCLK空闲状态是低电平，那么CPOL = 0

CPHA： Clock Phase 时钟相位

如果主机在上升沿输出数据，从机就只能在下降沿采样这个数据

CPHA = 1：就表示数据的输出是在一个时钟周期的第一个沿上，至于这个沿是上升沿还是下降沿，这要视 CPOL 的值而定， CPOL=1 那就是下降沿，反之就是上升沿。那么数据的采样自然就是在第二个沿上了

CPHA=0，就表示数据的采样是在一个时钟周期的第一个沿上，同样它是什么沿由 CPOL决定。那么数据的输出自然就在第二个沿上了。
以CPOL=1 CPHA =1为例：（SCLK空闲时是高电平，在下降沿时数据输出，在上升沿时数据采样）

SCK第一个沿到来时MOSI和MISO都发生变化

SCK第二个沿到来时MOSI和MISO都不变，采样数据很稳定

注意：数据采样时MOSI和MISO一定是稳定的，发送数据时一定是不稳定的

15.3 实时时钟芯片DS1302

1、 DS1302 是一个实时时钟芯片，可以提供秒、分、小时、日期、月、年等信息，并且还有软件自动调整的能力，可以通过配置 AM/PM 来决定采用 24 小时格式还是 12 小时格式。

2、拥有 31 字节数据存储 RAM。

3、串行 I/O 通信方式，相对并行来说比较节省 IO 口的使用。

4、 DS1302 的工作电压比较宽，在 2.0～5.5V 的范围内都可以正常工作。

5、 DS1302 这种时钟芯片功耗一般都很低，它在工作电压 2.0V 的时候，工作电流小于300nA。

6、 DS1302 共有 8 个引脚，有两种封装形式，一种是 DIP-8 封装，芯片宽度（不含引脚）是 300mil，一种是 SOP-8 封装，有两种宽度，一种是 150mil，一种是 208mil。

1：VCC2 主电源正极引脚

2，3：晶振输入与输出引脚

4：GND

5：CE 使能引脚，接单片机IO口

6：数据传输引脚，接单片机IO口

7：SCLK通信时钟引脚

8：VCC1 备用时钟引脚（可以选择，如果选择就要加一个备用电源，在掉电时还是可以正常工作）

DS1302寄存器介绍：

先来说一下DS1302的一条指令，一共8位（1个字节）

7：固定为1

6：选择RAM功能还是时钟功能（DS1302可以当作RAM使用）

1到5：决定了寄存器的五位地址

0：读写位，如果是1就是一条要求读的指令，如果是0那就是一条要求写的指令

接下来再说寄存器：

一共有8个与时钟有关的寄存器，

寄存器0：最高位用来判断时钟在掉电以后是否正常运行，剩下的7位中，高三位是秒的10位（最大是5，也就是101，所以三位足够了），低四位是秒的个位（最大是9，1001）

注意：这些数字全部是BCD码

寄存器1：低七位中高三位是分的10位，低四位是分的个位

寄存器2：bit7是1代表12小时制，0代表24小时制

bit6固定为0，bit5在12小时制下0代表上午，1代表下午 24 小时制下和 bit4 一起代表了小时的十位（12小时制下小时的十位只有0或1，24小时制下是0，1，2）

低四位表示秒

寄存器3：高2位固定为0，bit5 和 bit4 是日期的十位，低 4 位是日期的个位。

寄存器 4：高 3 位固定是 0， bit4 是月的十位，低 4 位是月的个位。

寄存器 5：高 5 位固定是 0，低 3 位代表了星期。

寄存器 6：高 4 位代表了年的十位，低 4 位代表了年的个位。请特别注意，这里的 00～ 99 指的是 2000 年～2099 年。

寄存器 7：最高位一个写保护位，如果这一位是 1，那么是禁止给任何其它寄存器或者那 31 个字节的 RAM 写数据的。因此在写数据之前，这一位必须先写成 0。

DS1302通信时序介绍：

三根线，分别是 CE、 I/O 和 SCLK，DS1302的通信是SPI的变异种类
对比一下SPI通信和DS1302与单片机之间的数据传输：

对于SPI通信，在CPOL = 0 且CPHA = 0的时候，上升沿从机进行数据采样，下降沿主机输出数据

（或者上升沿主机进行数据采样，下降沿从机输出数据）

对于DS1302，先发送一个指令，这个指令就已经告知选择RAM功能还是时钟功能，以及要操作的寄存器的五位地址，以及对这个进行读操作或是写操作，进行写操作时，就将8个位的数据写入注意同样是在上升沿时DS1302作为从机进行数据采样

同理，再读数据时，在上升沿时DS1302作为从机先读取指令，在下降沿时输出数据

注意：SPI通信协议与DS1302的通信协议还是不完全相同的，单片机没有标准的SPI接口，只能用IO口模拟通信过程（所以数据读取和时钟沿变化不可能同时），必须要先读取IO口上的数据，再拉高SCLK产生上升沿（主机在接收数据时一定是上升沿）

先来一个简单的Lcd时钟，可以显示现在的年月日星期，以及时分秒

只写出main.c文件的代码，Lcd1602.c的代码请翻阅以前的博客：

#include <reg52.h>sbit DS1302_CE = P1^7;
sbit DS1302_CK = P3^5;
sbit DS1302_IO = P3^4;bit flag200ms = 0;       //200ms定时标志
unsigned char T0RH = 0;  //T0重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0;  //T0重载值的低字节void ConfigTimer0(unsigned int ms);
void InitDS1302();
unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg);
extern void InitLcd1602();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);void main()
{unsigned char i;unsigned char psec = 0xAA;//秒数的上一个状态unsigned char time[8];//读取DS1302时间的数据存储区unsigned char str[12];//要显示的字符串EA=1;//开启总中断ConfigTimer0(1);//定时器0的溢出时间是1msInitDS1302();InitLcd1602();//初始化函数while(1){if(flag200ms)//每过200ms就刷新一次time数组{flag200ms = 0;for(i=0;i<7;i++){time[i] = DS1302SingleRead(i);}if(time[0]!= psec){str[0]='2';str[1]='0';str[2] = (time[6]>>4) + '0'; str[3] = (time[6] & 0x0F) + '0';str[4] = '-';str[5] = (time[4]>>4) + '0'; str[6] = (time[4] & 0x0F) + '0'; str[7] = '-';str[8] = (time[3]>>4) + '0'; str[9] = (time[3] & 0x0F) + '0'; str[10] = '\0';LcdShowStr(0,0,str);str[0] = (time[5]&0x0F) + '0';str[1] = '\0';LcdShowStr(11,0,"week");LcdShowStr(15,0,str);str[0] = (time[2]>>4) + '0'; str[1] = (time[2] & 0x0F) + '0';str[2] = ':';str[3] = (time[1]>>4) + '0'; str[4] = (time[1] & 0x0F) + '0';str[5] = ':';str[6] = (time[0]>>4) + '0'; str[7] = (time[0] & 0x0F) + '0';str[8] = '\0';LcdShowStr(4,1,str);psec = time[0];}}}
}/* 发送一个字节到DS1302通信总线上 */
void DS1302ByteWrite(unsigned char dat)
{unsigned char mask;for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1){if((dat&mask) != 0){DS1302_IO = 1;}else{DS1302_IO = 0;}DS1302_CK=1;DS1302_CK=0;}DS1302_IO = 1;}/* 由DS1302通信总线上读取一个字节 */
unsigned char DS1302ByteRead()
{unsigned char mask;unsigned char dat = 0;for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1){if(DS1302_IO!=0)//必须先读取引脚状态，然后才能改变时钟，改变时钟以后这一位数据就处理完毕，进入下一个数据位（IO的数据就会变）{dat|=mask;}DS1302_CK=1;DS1302_CK=0;}return dat;
}/* 用单次写操作向某一寄存器写入一个字节，reg-寄存器地址，dat-待写入字节 */
void DS1302SingleWrite(unsigned char reg, unsigned char dat)
{DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x80);//先给这个寄存器一个要写的命令DS1302ByteWrite(dat);//然后才能将数据写入DS1302_CE = 0;
}/* 用单次读操作从某一寄存器读取一个字节，reg-寄存器地址，返回值-读到的字节 */
unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg)
{unsigned char dat;DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x81);//先给这个寄存器的地址处写一条指令，通知要读数据dat = DS1302ByteRead();DS1302_CE = 0;return dat;
}/* DS1302初始化，如发生掉电则重新设置初始时间 */
void InitDS1302()
{unsigned char i;unsigned char code InitTime[] = {  //2013年10月8日 星期二 12:30:00  是一个初始时间，掉电时进行初始化要给一个初始时间0x00,0x30,0x12, 0x08, 0x10, 0x02, 0x13};DS1302_CE = 0;DS1302_CK = 0;//完成初始化if((DS1302SingleRead(0)&0x80 )!= 0)//如果寄存器0的最高位CH不为0，那么说明正常运行{DS1302SingleWrite(7,0x00);//取消写保护for(i=0;i<7;i++){DS1302SingleWrite(i,InitTime[i]);}}}/* 配置并启动T0，ms-T0定时时间 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms)
{unsigned long tmp;  //临时变量tmp = 11059200 / 12;      //定时器计数频率tmp = (tmp * ms) / 1000;  //计算所需的计数值tmp = 65536 - tmp;        //计算定时器重载值tmp = tmp + 12;           //补偿中断响应延时造成的误差T0RH = (unsigned char)(tmp>>8);  //定时器重载值拆分为高低字节T0RL = (unsigned char)tmp;TMOD &= 0xF0;   //清零T0的控制位TMOD |= 0x01;   //配置T0为模式1TH0 = T0RH;     //加载T0重载值TL0 = T0RL;ET0 = 1;        //使能T0中断TR0 = 1;        //启动T0
}/* T0中断服务函数，执行200ms定时 */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{static unsigned char tmr200ms = 0;TH0 = T0RH;  //重新加载重载值TL0 = T0RL;tmr200ms++;if (tmr200ms >= 200)  //定时200ms{tmr200ms = 0;flag200ms = 1;}
}

15.3.5 DS1302的BURST模式

上面的程序存在一个问题，比如当从00：00：59变到00：01：00的过程中，先读秒读到了59，然后下一个瞬间读分读到了1，就会显示00：01：59，一个时间很短的bug

为解决这个问题，要用到DS1302的突发模式，我们只将时钟的突发模式 clock Burst mode

如何触发BURST模式：

在给DS1302写指令时将5位地址全部都写成1即可

写数据时：10111110，即0xBE

读数据时：10111111，即0xBF

这样的指令会被DS1302自动识别为BURST模式

如果现在是在读操作，时钟现在的8个寄存器这8个字节会被锁存到另外一个缓冲区内，我们再从这个缓冲区中一次读取8个字节的数据

如果现在是写操作，就会将8个字节的数据全部写到缓冲区内，然后一次输入到8个寄存器中

注意：不管是读还是写，只要使用时钟的 burst 模式，则必须一次性读写 8 个寄存器，要把时钟的寄存器完全读出来或者完全写进去

下面展示一下BURST模式的时钟：

#include <reg52.h>sbit DS1302_CE = P1^7;
sbit DS1302_CK = P3^5;
sbit DS1302_IO = P3^4;bit flag200ms = 0;       //200ms定时标志
unsigned char T0RH = 0;  //T0重载值的高字节
unsigned char T0RL = 0;  //T0重载值的低字节void ConfigTimer0(unsigned int ms);
void InitDS1302();
unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg);
extern void InitLcd1602();
extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str);
void DS1302BurstRead(unsigned char * dat);
void DS1302BurstWrite(unsigned char * dat);void main()
{unsigned char psec = 0xAA;//秒数的上一个状态unsigned char time[8];//读取DS1302时间的数据存储区unsigned char str[12];//要显示的字符串EA=1;//开启总中断ConfigTimer0(1);//定时器0的溢出时间是1msInitDS1302();InitLcd1602();//初始化函数while(1){if(flag200ms)//每过200ms就刷新一次time数组{flag200ms = 0;DS1302BurstRead(time);if(time[0]!= psec){str[0]='2';str[1]='0';str[2] = (time[6]>>4) + '0'; str[3] = (time[6] & 0x0F) + '0';str[4] = '-';str[5] = (time[4]>>4) + '0'; str[6] = (time[4] & 0x0F) + '0'; str[7] = '-';str[8] = (time[3]>>4) + '0'; str[9] = (time[3] & 0x0F) + '0'; str[10] = '\0';LcdShowStr(0,0,str);str[0] = (time[5]&0x0F) + '0';str[1] = '\0';LcdShowStr(11,0,"week");LcdShowStr(15,0,str);str[0] = (time[2]>>4) + '0'; str[1] = (time[2] & 0x0F) + '0';str[2] = ':';str[3] = (time[1]>>4) + '0'; str[4] = (time[1] & 0x0F) + '0';str[5] = ':';str[6] = (time[0]>>4) + '0'; str[7] = (time[0] & 0x0F) + '0';str[8] = '\0';LcdShowStr(4,1,str);psec = time[0];}}}
}/* 发送一个字节到DS1302通信总线上 */
void DS1302ByteWrite(unsigned char dat)
{unsigned char mask;for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1){if((dat&mask) != 0){DS1302_IO = 1;}else{DS1302_IO = 0;}DS1302_CK=1;DS1302_CK=0;}DS1302_IO = 1;}/* 由DS1302通信总线上读取一个字节 */
unsigned char DS1302ByteRead()
{unsigned char mask;unsigned char dat = 0;for(mask=0x01;mask!=0;mask<<=1){if(DS1302_IO!=0)//必须先读取引脚状态，然后才能改变时钟，改变时钟以后这一位数据就处理完毕，进入下一个数据位（IO的数据就会变）{dat|=mask;}DS1302_CK=1;DS1302_CK=0;}return dat;
}/* 用单次写操作向某一寄存器写入一个字节，reg-寄存器地址，dat-待写入字节 */
void DS1302SingleWrite(unsigned char reg, unsigned char dat)
{DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x80);//先给这个寄存器一个要写的命令DS1302ByteWrite(dat);//然后才能将数据写入DS1302_CE = 0;
}/* 用单次读操作从某一寄存器读取一个字节，reg-寄存器地址，返回值-读到的字节 */
unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg)
{unsigned char dat;DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x81);//先给这个寄存器的地址处写一条指令，通知要读数据dat = DS1302ByteRead();DS1302_CE = 0;return dat;
}/* 突发模式读取数据 */
void DS1302BurstRead(unsigned char * dat)
{unsigned char i=0;DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite(0xBF);for(i=0;i<8;i++){dat[i] = DS1302ByteRead();}DS1302_CE = 0;
}/* 突发模式写入数据 */
void DS1302BurstWrite(unsigned char * dat)
{unsigned char i=0;DS1302_CE = 1;DS1302ByteWrite(0xBE);for(i=0;i<8;i++){DS1302ByteWrite(dat[i]);}DS1302_CE = 0;
}/* DS1302初始化，如发生掉电则重新设置初始时间 */
void InitDS1302()
{//unsigned char i;unsigned char code InitTime[] = {  //2013年10月8日 星期二 12:30:00  是一个初始时间，掉电时进行初始化要给一个初始时间0x00,0x30,0x12, 0x08, 0x10, 0x02, 0x13};DS1302_CE = 0;DS1302_CK = 0;//完成初始化if((DS1302SingleRead(0)&0x80 )!= 0)//如果寄存器0的最高位CH不为0，那么说明正常运行{DS1302SingleWrite(7,0x00);//取消写保护DS1302BurstWrite(InitTime);}}/* 配置并启动T0，ms-T0定时时间 */
void ConfigTimer0(unsigned int ms)
{unsigned long tmp;  //临时变量tmp = 11059200 / 12;      //定时器计数频率tmp = (tmp * ms) / 1000;  //计算所需的计数值tmp = 65536 - tmp;        //计算定时器重载值tmp = tmp + 12;           //补偿中断响应延时造成的误差T0RH = (unsigned char)(tmp>>8);  //定时器重载值拆分为高低字节T0RL = (unsigned char)tmp;TMOD &= 0xF0;   //清零T0的控制位TMOD |= 0x01;   //配置T0为模式1TH0 = T0RH;     //加载T0重载值TL0 = T0RL;ET0 = 1;        //使能T0中断TR0 = 1;        //启动T0
}/* T0中断服务函数，执行200ms定时 */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{static unsigned char tmr200ms = 0;TH0 = T0RH;  //重新加载重载值TL0 = T0RL;tmr200ms++;if (tmr200ms >= 200)  //定时200ms{tmr200ms = 0;flag200ms = 1;}
}