【新手小白的嵌入式学习之路】-51单片机的学习_p10 DS1302实时时钟
上一篇我们学习了使用LED点阵屏来实现图形动画，这一篇我们来学习DS1302时钟的知识，并完成小时候电子手表的功能。
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p10 DS1302实时时钟
前言
上一篇我们学习了使用LED点阵屏来实现图形动画，这一篇我们来学习DS1302时钟的知识，并完成小时候电子手表的功能。
DS1302介绍
之前我们在定时器部分已经实现过实时时钟的功能，为什么还要用DS1302呢？
答：单片机定时有几个缺点：
- 精度不高
- 占用单片机CPU
- 单片机定时器是时钟不能掉电继续运行
我们在拿到一个芯片的时候，需要先看手册了解功能用法。
引脚定义和应用电路
- DIP封装是直插封装，SO是贴片封装。前者可以插在PCB板上，后者就是开发板上的封装。
- 一般情况下有关实时时钟的晶振都是32.768KHz，原因是方便易用且精度较高，作用是给时钟芯片提供稳定的1Hz脉冲。
内部结构
-
DS1302算是一个小型单片机，里面有一些寄存器，这些寄存器比较特殊。通过通信协议进行数据交互就可以进行寄存器的访问和读写。
-
左上角是电源控制部分，右上角是时钟部分，右下是和时钟有关的寄存器，左下CE引脚是使能端，为1时进行读写或访问。
-
这些与时钟有关的寄存器都有一个地址，每个地址下都有一个数据，数据以一个字节一个字节存储。
-
地址命令字完成的任务是：在哪写入，在哪读出
-
例如：我们给地址命令字：1000 0000=0x80，表示写入秒。与上表的寄存器地址一致。
时序定义
- 时序图中的三幅图对应我们三个引脚（CE、SCLK、I/O）。
- CE在读或写时都为高电平1。
- SCLK给固定时钟，上升沿单片机向时钟芯片写入数据，下降沿单片机读出时钟芯片的数据。
- I/O的第一个字节为命令字，第二个字节为数据。
具体流程（按照上图）：
- 上图下半部分为单字节写入：
- 把CE置高电平。
- 发命令字R/W，移位寄存器先发最低位（时序规定），把命令字的最低位设置到IO口上。
- 时钟给上升沿，循环八次会把命令字写入单片机；然后把要写入的数据再写入。
- 完成后，CE置低电平
- 上图的上半部分为单字节读出：
- 前半部分和写入一样。
- R/W给1，单片机收到命令会在下一个时钟下降沿把数据放在线上，把IO口释放掉，循环八次读出数据。
10-1 DS1302时钟
DS1302时钟芯片需要LCD1602进行显示，先加入LCD1602模块，接着进行测试。
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
int main()
{
LCD_Init();
LCD_ShowString(1,1,"RTC");
while(1)
{
}
}
这次我们直接写DS1302模块的代码，主要就按照DS1302的芯片手册并结合刚刚写的具体流程来写代码。
- 根据原理图定义一下端口名称：
#include <REGX52.H>
sbit DS1302_SCLK=P3^6; // 定义端口名称
sbit DS1302_IO=P3^4;
sbit DS1302_CE=P3^5;
- 定义好之后再操作相应的引脚名字来完成时钟功能即可
- 在进行写和读部分的编程之前，我们需要先将CE、SCLK置低电平。
void DS1302_Init(void)
{
DS1302_CE=0;
DS1302_SCLK=0;
}
- 写操作部分（注释部分写明编程逻辑）
void DS1302_WriteByte(unsigned char Command,Data)
{
unsigned char i;
DS1302_CE=1; // 使能
for(i=0;i<8;i++) // 发8位命令字
{
DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=1; // 给上升沿
DS1302_SCLK=0;
}
for(i=0;i<8;i++) // 写入8位数据
{
DS1302_IO=Data&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=1;
DS1302_SCLK=0;
}
DS1302_CE=0; // 结束写操作
}
- 读操作部分
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command)
{
unsigned char i,Data=0x00;
DS1302_CE=1; // 使能
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_IO=Command&(0x01<<i); // 发8位命令字
DS1302_SCLK=0;
DS1302_SCLK=1;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_SCLK=1; // 重复置1的目的是去掉一个下降沿，因为与写入相比读只有十五个脉冲
DS1302_SCLK=0;
if(DS1302_IO){Data|=(0x01<<i);}
}
DS1302_CE=0; // 结束读操作
return Data;
}
由于读操作会在命令字被写完后的第一个下降沿传送Data的第一位（D0），这部分的SCLK如果按照之前的先置1后置0可能会导致把后面的Data的D0位当成命令字，所以先置0后置1。
输入读命令字的8个SCLK周期后，随后的8个SCLK周期的下降沿，一个数据字节被输出。
DS1302模块
DS1302.c
#include <REGX52.H>
sbit DS1302_SCLK=P3^6;
sbit DS1302_IO=P3^4;
sbit DS1302_CE=P3^5;
void DS1302_Init(void)
{
DS1302_CE=0;
DS1302_SCLK=0;
}
void DS1302_WriteByte(unsigned char Command,Data)
{
unsigned char i;
DS1302_CE=1; // 使能
for(i=0;i<8;i++) // 发8位命令字
{
DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=1; // 给上升沿
DS1302_SCLK=0;
}
for(i=0;i<8;i++) // 写入8位数据
{
DS1302_IO=Data&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=1;
DS1302_SCLK=0;
}
DS1302_CE=0; // 结束写操作
}
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command)
{
unsigned char i,Data=0x00;
DS1302_CE=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=0;
DS1302_SCLK=1;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_SCLK=1;// 重复置1的目的是去掉一个下降沿，因为与写入相比读只有十五个脉冲
DS1302_SCLK=0;
if(DS1302_IO){Data|=(0x01<<i);}
}
DS1302_CE=0;
return Data;
}
DS1302.h
#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__
void DS1302_Init(void);
void DS1302_WriteByte(unsigned char Commond,Data);
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Commond);
#endif
-
我在测试代码时发现，我的显示一直是255，经过查询资料发现需要在
DS1302_Init()后加DS1302_WriteByte(0x8E,0x00)，以此关闭保护位。 -
显示还会存在一个9之后跳到16的情况，这是因为内部是用BCD码进行存储，而我们的寄存器定义那儿，年月日时分秒都是用BCD码。
在主函数中我们调整一下，再进行测试：
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS1302.h"
#include "Delay.h"
unsigned char Second,Minute;
int main()
{
LCD_Init();
DS1302_Init();
DS1302_WriteByte(0x8E,0x00);
LCD_ShowString(1,1,"RTC");
DS1302_WriteByte(0x80,0x55);
while(1)
{
Second=DS1302_ReadByte(0x81);
Minute=DS1302_ReadByte(0x83);
LCD_ShowNum(2,1,Second/16*10+Second%16,2);
LCD_ShowNum(2,3,Minute/16*10+Minute%16,2);
}
}
我们发现虽然我们至此可以实现实时时钟的功能，但是我们这样写年月日小时分钟秒都需要变量，进一步优化一下：
-
unsigned char DS1302_Time[]={19,11,16,12,59,55,6};先将年月日时分秒星期几用数组存储
-
写两个函数是为了方便对数据进行写和读操作
-
在设置时间之前还需要把写保护关闭掉
-
地址每次都查很麻烦，用#define配置一个表格
完善后的DS1302模块
DS1302.c
#include <REGX52.H>
//引脚定义
sbit DS1302_SCLK=P3^6;
sbit DS1302_IO=P3^4;
sbit DS1302_CE=P3^5;
//寄存器写入地址/指令定义
#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
//时间数组，索引0~6分别为年、月、日、时、分、秒、星期
unsigned char DS1302_Time[]={19,11,16,12,59,55,6};
/**
* @brief DS1302初始化
* @param 无
* @retval 无
*/
void DS1302_Init(void)
{
DS1302_CE=0;
DS1302_SCLK=0;
}
/**
* @brief DS1302写一个字节
* @param Command 命令字/地址
* @param Data 要写入的数据
* @retval 无
*/
void DS1302_WriteByte(unsigned char Command,Data)
{
unsigned char i;
DS1302_CE=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=1;
DS1302_SCLK=0;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_IO=Data&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=1;
DS1302_SCLK=0;
}
DS1302_CE=0;
}
/**
* @brief DS1302读一个字节
* @param Command 命令字/地址
* @retval 读出的数据
*/
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Command)
{
unsigned char i,Data=0x00;
Command|=0x01; //将指令转换为读指令
DS1302_CE=1;
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_IO=Command&(0x01<<i);
DS1302_SCLK=0;
DS1302_SCLK=1;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
DS1302_SCLK=1;
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
return Data;
}
/**
* @brief DS1302设置时间，调用之后，DS1302_Time数组的数字会被设置到DS1302中
* @param 无
* @retval 无
*/
void DS1302_SetTime(void)
{
DS1302_WriteByte(DS1302_WP,0x00);
DS1302_WriteByte(DS1302_YEAR,DS1302_Time[0]/10*16+DS1302_Time[0]%10);//十进制转BCD码后写入
DS1302_WriteByte(DS1302_MONTH,DS1302_Time[1]/10*16+DS1302_Time[1]%10);
DS1302_WriteByte(DS1302_DATE,DS1302_Time[2]/10*16+DS1302_Time[2]%10);
DS1302_WriteByte(DS1302_HOUR,DS1302_Time[3]/10*16+DS1302_Time[3]%10);
DS1302_WriteByte(DS1302_MINUTE,DS1302_Time[4]/10*16+DS1302_Time[4]%10);
DS1302_WriteByte(DS1302_SECOND,DS1302_Time[5]/10*16+DS1302_Time[5]%10);
DS1302_WriteByte(DS1302_DAY,DS1302_Time[6]/10*16+DS1302_Time[6]%10);
DS1302_WriteByte(DS1302_WP,0x80);
}
/**
* @brief DS1302读取时间，调用之后，DS1302中的数据会被读取到DS1302_Time数组中
* @param 无
* @retval 无
*/
void DS1302_ReadTime(void)
{
unsigned char Temp;
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_YEAR);
DS1302_Time[0]=Temp/16*10+Temp%16;//BCD码转十进制后读取
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_MONTH);
DS1302_Time[1]=Temp/16*10+Temp%16;
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_DATE);
DS1302_Time[2]=Temp/16*10+Temp%16;
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_HOUR);
DS1302_Time[3]=Temp/16*10+Temp%16;
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_MINUTE);
DS1302_Time[4]=Temp/16*10+Temp%16;
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_SECOND);
DS1302_Time[5]=Temp/16*10+Temp%16;
Temp=DS1302_ReadByte(DS1302_DAY);
DS1302_Time[6]=Temp/16*10+Temp%16;
}
DS1302.h
#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__
extern unsigned char DS1302_Time[];
void DS1302_Init(void);
void DS1302_WriteByte(unsigned char Commond,Data);
unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char Commond);
void DS1302_SetTime(void);
void DS1302_ReadTime(void);
#endif
主函数main.c
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS1302.h"
void main()
{
LCD_Init();
DS1302_Init();
LCD_ShowString(1,1," - - ");//静态字符初始化显示
LCD_ShowString(2,1," : : ");
DS1302_SetTime();//设置时间
while(1)
{
DS1302_ReadTime();//读取时间
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
}
}
10-2 DS1302可调时钟
视频中这一部分是进阶内容，有一定的难度，但勇敢牛牛不怕困难！
这一节需要用到独立按键和定时器，我们把之前的模块挪过来。
这个程序主要有两个功能，一个是时钟显示、一个是时钟设置。
完整代码
#include <REGX52.H>
#include "LCD1602.h"
#include "DS1302.h"
#include "Key.h"
#include "Timer0.h"
unsigned char KeyNum,MODE,TimeSetSelect,TimeSetFlashFlag;
void TimeShow(void)//时间显示功能
{
DS1302_ReadTime();//读取时间
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
}
void TimeSet(void)//时间设置功能
{
if(KeyNum==2)//按键2按下
{
TimeSetSelect++;//设置选择位加1
TimeSetSelect%=6;//越界清零
}
if(KeyNum==3)//按键3按下
{
DS1302_Time[TimeSetSelect]++;//时间设置位数值加1
if(DS1302_Time[0]>99){DS1302_Time[0]=0;}//年越界判断
if(DS1302_Time[1]>12){DS1302_Time[1]=1;}//月越界判断
if( DS1302_Time[1]==1 || DS1302_Time[1]==3 || DS1302_Time[1]==5 || DS1302_Time[1]==7 ||
DS1302_Time[1]==8 || DS1302_Time[1]==10 || DS1302_Time[1]==12)//日越界判断
{
if(DS1302_Time[2]>31){DS1302_Time[2]=1;}//大月
}
else if(DS1302_Time[1]==4 || DS1302_Time[1]==6 || DS1302_Time[1]==9 || DS1302_Time[1]==11)
{
if(DS1302_Time[2]>30){DS1302_Time[2]=1;}//小月
}
else if(DS1302_Time[1]==2)
{
if(DS1302_Time[0]%4==0)
{
if(DS1302_Time[2]>29){DS1302_Time[2]=1;}//闰年2月
}
else
{
if(DS1302_Time[2]>28){DS1302_Time[2]=1;}//平年2月
}
}
if(DS1302_Time[3]>23){DS1302_Time[3]=0;}//时越界判断
if(DS1302_Time[4]>59){DS1302_Time[4]=0;}//分越界判断
if(DS1302_Time[5]>59){DS1302_Time[5]=0;}//秒越界判断
}
if(KeyNum==4)//按键3按下
{
DS1302_Time[TimeSetSelect]--;//时间设置位数值减1
if(DS1302_Time[0]<0){DS1302_Time[0]=99;}//年越界判断
if(DS1302_Time[1]<1){DS1302_Time[1]=12;}//月越界判断
if( DS1302_Time[1]==1 || DS1302_Time[1]==3 || DS1302_Time[1]==5 || DS1302_Time[1]==7 ||
DS1302_Time[1]==8 || DS1302_Time[1]==10 || DS1302_Time[1]==12)//日越界判断
{
if(DS1302_Time[2]<1){DS1302_Time[2]=31;}//大月
if(DS1302_Time[2]>31){DS1302_Time[2]=1;}
}
else if(DS1302_Time[1]==4 || DS1302_Time[1]==6 || DS1302_Time[1]==9 || DS1302_Time[1]==11)
{
if(DS1302_Time[2]<1){DS1302_Time[2]=30;}//小月
if(DS1302_Time[2]>30){DS1302_Time[2]=1;}
}
else if(DS1302_Time[1]==2)
{
if(DS1302_Time[0]%4==0)
{
if(DS1302_Time[2]<1){DS1302_Time[2]=29;}//闰年2月
if(DS1302_Time[2]>29){DS1302_Time[2]=1;}
}
else
{
if(DS1302_Time[2]<1){DS1302_Time[2]=28;}//平年2月
if(DS1302_Time[2]>28){DS1302_Time[2]=1;}
}
}
if(DS1302_Time[3]<0){DS1302_Time[3]=23;}//时越界判断
if(DS1302_Time[4]<0){DS1302_Time[4]=59;}//分越界判断
if(DS1302_Time[5]<0){DS1302_Time[5]=59;}//秒越界判断
}
//更新显示，根据TimeSetSelect和TimeSetFlashFlag判断可完成闪烁功能
if(TimeSetSelect==0 && TimeSetFlashFlag==1){LCD_ShowString(1,1," ");}
else {LCD_ShowNum(1,1,DS1302_Time[0],2);}
if(TimeSetSelect==1 && TimeSetFlashFlag==1){LCD_ShowString(1,4," ");}
else {LCD_ShowNum(1,4,DS1302_Time[1],2);}
if(TimeSetSelect==2 && TimeSetFlashFlag==1){LCD_ShowString(1,7," ");}
else {LCD_ShowNum(1,7,DS1302_Time[2],2);}
if(TimeSetSelect==3 && TimeSetFlashFlag==1){LCD_ShowString(2,1," ");}
else {LCD_ShowNum(2,1,DS1302_Time[3],2);}
if(TimeSetSelect==4 && TimeSetFlashFlag==1){LCD_ShowString(2,4," ");}
else {LCD_ShowNum(2,4,DS1302_Time[4],2);}
if(TimeSetSelect==5 && TimeSetFlashFlag==1){LCD_ShowString(2,7," ");}
else {LCD_ShowNum(2,7,DS1302_Time[5],2);}
}
void main()
{
LCD_Init();
DS1302_Init();
Timer0Init();
LCD_ShowString(1,1," - - ");//静态字符初始化显示
LCD_ShowString(2,1," : : ");
DS1302_SetTime();//设置时间
while(1)
{
KeyNum=Key();//读取键码
if(KeyNum==1)//按键1按下
{
if(MODE==0){MODE=1;TimeSetSelect=0;}//功能切换
else if(MODE==1){MODE=0;DS1302_SetTime();}
}
switch(MODE)//根据不同的功能执行不同的函数
{
case 0:TimeShow();break;
case 1:TimeSet();break;
}
}
}
void Timer0_Routine() interrupt 1
{
static unsigned int T0Count;
TL0 = 0x18; //设置定时初值
TH0 = 0xFC; //设置定时初值
T0Count++;
if(T0Count>=500)//每500ms进入一次
{
T0Count=0;
TimeSetFlashFlag=!TimeSetFlashFlag;//闪烁标志位取反
}
}
具体思路up主讲的很清楚了！有问题欢迎大家评论区交流！
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