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IIC总线设计⑥——时钟模块DS1302

2023-11-03

目录

一、模块介绍

（一）基本信息

（二）芯片信息及模块原理图

（1）芯片信息

（2）原理图

（三）指令格式及寄存器介绍

（1）指令格式

（2）寄存器介绍

（四）单字节传输时序（非突发模式）

二、程序控制

（一）ds1302.h

（二）ds1302.c

（1）GPIO初始化及DSIO管脚模式更改

（2）向DS1302指定寄存器写入一个字节数据

（3）从DS1302指定寄存器读一个字节数据

（4）设置时间

（5）读取时间，串口打印

（三）主函数

三、实验结果

（一）24小时制

（二）12小时制

四、开发过程遇到的问题

（一）时序问题

（二）DSIO数据管脚的模式问题

程序下载：

        32版本：https://pan.baidu.com/s/1kTgFImQ-TQM65AY-Gfns0w提取码：9534

        51版本：

一、模块介绍

（一）基本信息

①DS1302实时时钟能够计算2100年之前的秒、分、日、日期、星期、月、年，还有闰年的调整能力。

②内部含有31个字节静态RAM用于数据存储。

③采用串行数据传输方式，简单的SPI 3线接口。

④工作电压范围：2.0~5.5V。

⑤工作电流：2.0V时，小于300nA。

⑥单字节或多字节（突发模式）读取或写入内存。

⑦采用主电源和备份电源双电源供应。备份电源可用电池供电。

⑧兼容DS1202 

DS1302 芯片包含一个实时时钟/日历和 31 字节的静态内存。它通过一个简单的串行接口与微处理器通信。实时时钟/日历提供秒、分钟、小时、星期、日期、月份和年份信息。自动调整少于 31 天的月份，包括闰年的更正。时钟带 AM/PM 指示器的 24 小时或 12 小时格式。使用同步串行通信简化了 DS1302 与微处理器的连接。与时钟/RAM 通信只需要三根线：(1) RST（复位），(2) I/O（数据线），(3) SCLK（串行时钟）。数据可以一次从RAM传输1个字节或最多 31 个字节，DS1302 旨在以极低功耗运行并保留数据和时钟信息。

（二）芯片信息及模块原理图

（1）芯片信息

引脚 功能
X1,X2 接32.768 kHz晶振
GND 电源地
RST

复位引脚，低电平有效
I/O 数据输入或输出
SCLK 串行时钟

Vcc1，Vcc2

 Vcc1：备份电源，Vcc2：主要电源

RST管脚功能：

①打开控制逻辑，允许读写寄存器。

②可终止正在传输的数据。

（2）原理图

（三）指令格式及寄存器介绍

（1）指令格式

 Bit7：写保护位，为1时，芯片可写入数据；为0时，芯片不可写入数据。

 Bit6：为0时，指定对时钟/日历寄存器控制读写操作；为1时，RAM 区数据的控制读写操。

 Bit1~ Bit5：指定需要输入或输出的寄存器

 Bit0：读写控制，为0时,选择写，数据方向为输入；为1时，选择读，数据方向为输出。

（2）寄存器介绍

寄存器或RAM的地址及功能参考下图：

① 时钟/日历寄存器：上图第0~7个寄存器。

SEC寄存器：秒寄存器的位7被定义为时钟停止标志。当这个位被设置为逻辑1时，时钟振荡器停止，DS1302进入低功率待机模式，电流漏极小于100纳安。当此位被写入逻辑0时，时钟将启动。Bit4~Bit6存放秒数的十位，Bit0~Bit3存放秒数的个位。

HR寄存器：小时寄存器中的第7位被定义为12小时或24小时模式的选择位。当这个位被设置为逻辑1时，将选择12小时模式。在12小时模式下，Bit5是AM/PM位，逻辑高为PM，Bit0~Bit3存放小时数的个位，Bit5存放小时数的十位。在24小时模式下，Bit5是第二个10小时位（20-23小时）,Bit0~Bit4存放0~19小时。

②CONTROL寄存器：控制寄存器，用作控制是否写保护。

③TRICKLE CHARGER

该寄存器控制着DS1302的涓流电荷特性。如下图简化原理图显示了滴流充电器的基本组件。

涓流充电器选择(TCS)位（位4-7）控制涓流充电器的选择。为了防止意外启用，只有1010的模式将启用涓流充电器。所有其他模式将禁用涓流充电器。DS1302开机时，禁用滴流充电器。二极管选择(DS)位（位2-3）选择在VCC2和VCC1之间是连接一个二极管还是两个二极管。如果DS为01，则选择一个二极管，或者如果DS为10，则选择两个二极管。如果DS为00或11，则涓流充电器将独立于TCS而被禁用。RS位（位0-1）选择连接在VCC2和VCC1之间的电阻器。电阻器选择(RS)位所选择的电阻器如下：

 如果RS为00，则将独立于TCS禁用涓流充电器

 ④CLOCK BURST或者RAM BURST寄存器

通过上图的CLOCK BURST或者RAM BURST两个寄存器来设置时钟寄存器的突发模式或者RAM寄存器的突发模式，当以突发模式写入时钟寄存器时，必须写入前八个寄存器，以便传输数据。但是，在以突发模式写入RAM时，不需要写入所有31个字节来传输数据。

（四）单字节传输时序（非突发模式）

 

 都是纳秒级的，写程序的时候我们微妙级延时就ok了。

二、程序控制

（一）ds1302.h

#ifndef __DS1302_H
#define	__DS1302_H

#include "stm32f10x.h"
#include "usart.h"
#include "delay.h"

#define DAY_AM 0x80 
#define DAY_PM 0xa0 


/*
程序修改说明:
	①若使用12小时制，请开启宏#define HOUR_12,关闭宏#define HOUR_24
			修改时间：需要注意的	
				DAY_AM：上午，DAY_PM：下午 0x11:11点
				#define HOUR	DAY_AM|0x11		//时,上午 | 11点
				#define HOUR	DAY_PM|0x11		//时,下午 | 11点
			
			若需要设置的时间为上午，请开启宏#define HOUR	DAY_AM|0x11，关闭宏#define HOUR	DAY_PM|0x11
			若需要设置的时间为下午，请开启宏#define HOUR	DAY_PM|0x11，关闭#define HOUR	DAY_AM|0x11
	②若使用24小时制，请开启宏#define HOUR_24,关闭宏#define HOUR_12
	
	程序编写：曾老师的熊同学
	完成时间：2022年-4月-26日
	程序功能：默认以24小时制读取时间数据
*/

//时间模式：12小时制、24小时制
//#define HOUR_12
#define HOUR_24

//新时间：2022年-4月-26日-23时-59分-55秒-星期2
//---存储格式是用BCD码---//
#define SEC		  0x55				//秒，55秒
#define MIN			0X59				//分，59分

#ifdef HOUR_12 //12小时制
	#define HOUR	DAY_AM|0x11		//时,上午 | 11点
//	#define HOUR	DAY_PM|0x11		//时,下午 | 11点
#endif

#ifdef HOUR_24 
#define HOUR		0X23				//时,24小时制，23点
#endif

#define DATE		0X26				//日，26日
#define MONTH		0X04				//月，4月
#define DAY			0X02				//星期，星期2
#define YEAR		0X22				//年，2022年


/* 定义SPI总线连接的GPIO端口*/
#define DS1302_GPIO_PORT	GPIOB										/* GPIO端口 */
#define DS1302_RCC_PORT 	RCC_APB2Periph_GPIOB		/* GPIO端口时钟 */
#define DS1302_DSIO_PIN		GPIO_Pin_5							/* 连接到DSIO时钟线的GPIO */
#define DS1302_RST_PIN		GPIO_Pin_6							/* 连接到RST数据线的GPIO */
#define DS1302_SCLK_PIN		GPIO_Pin_7							/* 连接到SCLK数据线的GPIO */

#define DS1302_DSIO_1()  GPIO_SetBits(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_DSIO_PIN)		/* DSIO = 1 */
#define DS1302_DSIO_0()  GPIO_ResetBits(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_DSIO_PIN)	/* DSIO = 0 */

#define DS1302_RST_1() 	 GPIO_SetBits(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_RST_PIN)		/* RST = 1 */
#define DS1302_RST_0()   GPIO_ResetBits(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_RST_PIN)	/* RST = 0 */

#define DS1302_SCLK_1()  GPIO_SetBits(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_SCLK_PIN)		/* SCLK = 1 */
#define DS1302_SCLK_0()  GPIO_ResetBits(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_SCLK_PIN)	/* SCLK = 0 */

#define DS1302_DSIO_READ()  GPIO_ReadInputDataBit(DS1302_GPIO_PORT, DS1302_DSIO_PIN)	/* 读DSIO口线状态 */

//时钟寄存器地址
#define SEC_REGISTER_ADDR		  0x80
#define MIN_REGISTER_ADDR			0x82
#define HR_REGISTER_ADDR			0x84
#define DATE_REGISTER_ADDR		0x86
#define MONTH_REGISTER_ADDR		0x88
#define DAY_REGISTER_ADDR			0x8a
#define YEAR_REGISTER_ADDR		0x8c
#define CONTROL_REGISTER_ADDR 0x8e


//存储时间数据
typedef struct
{
	uint8_t sec;			//秒
	uint8_t min;			//分
	uint8_t hour;			//时
	uint8_t date;			//日
	uint8_t mouth;		//月
	uint8_t week_day;	//星期
	uint16_t year;			//年
}DS1302_Data_TypeDef;
extern DS1302_Data_TypeDef DS1302_Source_Data;//源数据
extern DS1302_Data_TypeDef DS1302_Convert_Data;//转换后的数据

void DS1302_GPIO_Config(void);
void DS1302_Set_Time(void);
void DS1302_Read_Time(void);
#endif /* __DS1302_H */

（二）ds1302.c

（1）GPIO初始化及DSIO管脚模式更改

void DS1302_GPIO_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(DS1302_RCC_PORT,ENABLE);//使能B端口时钟
	GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;//推挽输出
	GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DS1302_DSIO_PIN|DS1302_RST_PIN|DS1302_SCLK_PIN;//选择引脚
	GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;//速度50MHz
	GPIO_Init(DS1302_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);
	GPIO_SetBits(DS1302_GPIO_PORT,DS1302_DSIO_PIN|DS1302_RST_PIN|DS1302_SCLK_PIN);//初始化所有引脚为高电平
}

/*
 * 函数名：DS1302_Mode_IPU
 * 描述  ：使DS1302_DSIO_PIN引脚变为上拉输入模式
 * 输入  ：无
 * 输出  ：无
 */
static void DS1302_Mode_IPU(void)
{
 	  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	  	/*选择要控制的DS1302_PORT引脚*/	
	  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS1302_DSIO_PIN;

	   /*设置引脚模式为上拉输入模式*/ 
	  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU ; 

	  /*调用库函数，初始化DS1302_PORT*/
	  GPIO_Init(DS1302_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	 
}

/*
 * 函数名：DS1302_Mode_Out_PP
 * 描述  ：使DS1302_DSIO_PIN引脚变为推挽输出模式
 * 输入  ：无
 * 输出  ：无
 */
static void DS1302_Mode_Out_PP(void)
{
 	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

	 	/*选择要控制的DS1302_PORT引脚*/															   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DS1302_DSIO_PIN;	

	/*设置引脚模式为通用推挽输出*/
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   

	/*设置引脚速率为50MHz */   
  	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

	/*调用库函数，初始化DS1302_PORT*/
  	GPIO_Init(DS1302_GPIO_PORT, &GPIO_InitStructure);	 	 
}

（2）向DS1302指定寄存器写入一个字节数据

/*
*********************************************************************************************************
*	函 数 名: DS1302_Write_Byte
*	功能说明: 向DS1302写入一个字节数据
*	形    参：addr:寄存器地址 dat：写入的数据
*	返 回 值: 无
*********************************************************************************************************
*/
static void DS1302_Write_Byte(uint8_t addr,uint8_t dat)
{
  uint8_t i;
	DS1302_RST_0();//复位管脚拉低
	DS1302_SCLK_0();//SCLK置低电平
	delay_us(10);
	DS1302_RST_1(); //然后将RST(CE)置高电平。
	delay_us(10);
	
	for (i=0; i<8; i++)
	{
		DS1302_SCLK_0();//数据在上升沿时，DS1302写入数据
		delay_us(10);
		if(addr & 0x01)DS1302_DSIO_1();//数据从低位开始传送			
		else DS1302_DSIO_0();			
		addr >>= 1;		
		DS1302_SCLK_1();//数据在上升沿时，DS1302读取数据
		delay_us(10);
	}
	
	for (i=0; i<8; i++)
	{
		DS1302_SCLK_0();//数据在上升沿时，DS1302写入数据
		delay_us(10);
		if(dat & 0x01)DS1302_DSIO_1();//数据从低位开始传送			
		else DS1302_DSIO_0();			
		dat >>= 1;		
		DS1302_SCLK_1();//数据在上升沿时，DS1302读取数据
		delay_us(10);
	}
	DS1302_SCLK_0();//SCLK置低电平
	delay_us(10);
	DS1302_RST_0();//复位管脚拉低,传送数据结束
	delay_us(10);
}

（3）从DS1302指定寄存器读一个字节数据

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : DS1302_Read_Byte
* 函数功能         :读取一个地址的数据
* 输    入         : addr:寄存器地址
* 输    出         : dat：读取的数据
*******************************************************************************/
static uint8_t DS1302_Read_Byte(uint8_t addr)
{
	uint8_t i=0,dat=0,temp=0;
	
	DS1302_RST_0();//复位管脚拉低
	delay_us(10);
	DS1302_SCLK_0();//SCLK置低电平
	delay_us(10);
	DS1302_RST_1(); //然后将RST(CE)置高电平。
	delay_us(10);
		
	for (i=0; i<8; i++)
	{
		DS1302_SCLK_0();//数据在上升沿时，DS1302读取数据
		delay_us(10);
		if(addr & 0x01)DS1302_DSIO_1();//数据从低位开始传送			
		else DS1302_DSIO_0();			
		addr >>= 1;		
		DS1302_SCLK_1();//数据在上升沿时，DS1302写入数据
		delay_us(10);
	}
	DS1302_Mode_IPU();//将DS1302_DSIO管脚设置为上拉输入模式
	delay_us(10);

	for (i=0; i<8; i++)
	{	
		DS1302_SCLK_1();//在下降沿时，DS1302输出的数据
		delay_us(10);	
		DS1302_SCLK_0();//在下降沿时，DS1302输出的数据
		delay_us(10);
		temp = DS1302_DSIO_READ();//读取端口电平,从最低位开始接收		
		dat = (dat>>1) | (temp<<7);	
	}
	DS1302_Mode_Out_PP();//将DS1302_DSIO管脚设置为推挽输出模式
	DS1302_RST_0();//复位管脚拉低,传送数据结束.
	DS1302_SCLK_0();
	DS1302_DSIO_0();
	delay_us(10);
	return dat;	
}

（4）设置时间

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : DS1302_Set_Time
* 函数功能		   	 	 : 设置DS1302时间
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void DS1302_Set_Time(void)
{
	DS1302_Write_Byte(CONTROL_REGISTER_ADDR,0X00);	//禁止写保护，就是关闭写保护功能
	DS1302_Write_Byte(SEC_REGISTER_ADDR,SEC);			//设置秒
	DS1302_Write_Byte(MIN_REGISTER_ADDR,MIN);			//设置分
	DS1302_Write_Byte(HR_REGISTER_ADDR,HOUR);			//设置时
	DS1302_Write_Byte(DATE_REGISTER_ADDR,DATE);		//设置日
	DS1302_Write_Byte(MONTH_REGISTER_ADDR,MONTH);	//设置月
	DS1302_Write_Byte(DAY_REGISTER_ADDR,DAY);			//设置星期
	DS1302_Write_Byte(YEAR_REGISTER_ADDR,YEAR);		//设置年
	DS1302_Write_Byte(CONTROL_REGISTER_ADDR,0x80);		 //打开写保护功能
	printf("DS1302 Set Time Success!");
}

（5）读取时间，串口打印

/*******************************************************************************
* 函 数 名         : DS1302_Read_Time
* 函数功能		   		 : 读取时钟信息
* 输    入         : 无
* 输    出         : 无
*******************************************************************************/
void DS1302_Read_Time(void)
{
	DS1302_Source_Data.sec		=DS1302_Read_Byte(SEC_REGISTER_ADDR|0x01);			//秒
	DS1302_Source_Data.min		=DS1302_Read_Byte(MIN_REGISTER_ADDR|0x01);			//分
	DS1302_Source_Data.hour		=DS1302_Read_Byte(HR_REGISTER_ADDR|0x01); 				//时
	DS1302_Source_Data.date		=DS1302_Read_Byte(DATE_REGISTER_ADDR|0x01);			//日
	DS1302_Source_Data.mouth	=DS1302_Read_Byte(MONTH_REGISTER_ADDR|0x01);		//月
	DS1302_Source_Data.week_day		=DS1302_Read_Byte(DAY_REGISTER_ADDR|0x01);	//星期
	DS1302_Source_Data.year	= (uint16_t)DS1302_Read_Byte(YEAR_REGISTER_ADDR|0x01);			//年

	DS1302_Convert_Data.sec = ((DS1302_Source_Data.sec&0X70)>>4)*10+(DS1302_Source_Data.sec&0x0f);								//秒
	DS1302_Convert_Data.min = ((DS1302_Source_Data.min&0X70)>>4)*10+(DS1302_Source_Data.min&0x0f);                //分
	
#ifdef HOUR_24 
	DS1302_Convert_Data.hour = ((DS1302_Source_Data.hour&0X20)>>5)*20+(DS1302_Source_Data.hour&0x1f);             //24小时制
#endif
	
#ifdef HOUR_12 
	DS1302_Convert_Data.hour = ((DS1302_Source_Data.hour&0X10)>>4)*10+(DS1302_Source_Data.hour&0x0f);           //12小时制
#endif
	
	DS1302_Convert_Data.date = ((DS1302_Source_Data.date&0X70)>>4)*10+(DS1302_Source_Data.date&0x0f);             //日
	DS1302_Convert_Data.mouth = ((DS1302_Source_Data.mouth&0X70)>>4)*10+(DS1302_Source_Data.mouth&0x0f);          //月
	DS1302_Convert_Data.week_day = (DS1302_Source_Data.week_day&0x0f); //星期
	DS1302_Convert_Data.year = ((DS1302_Source_Data.year&0X70)>>4)*10+(DS1302_Source_Data.year&0x0f)+2000;             //年

#ifdef HOUR_24 
	printf("The time is: %d年 - %d月 - %d日 - %d时 - %d分 - %d秒 ,星期%d \r\n",DS1302_Convert_Data.year,\
																																	DS1302_Convert_Data.mouth,\
																																	DS1302_Convert_Data.date,\
																																	DS1302_Convert_Data.hour,\
																																	DS1302_Convert_Data.min,\
																																	DS1302_Convert_Data.sec,\
																																	DS1302_Convert_Data.week_day);
#endif
#ifdef HOUR_12
	if(DS1302_Source_Data.hour&0x20)
		printf("The time is: %d年 - %d月 - %d日 - PM： %d时 - %d分 - %d秒 ,星期%d \r\n", DS1302_Convert_Data.year,\
																																											DS1302_Convert_Data.mouth,\
																																											DS1302_Convert_Data.date,\
																																											DS1302_Convert_Data.hour,\
																																											DS1302_Convert_Data.min,\
																																											DS1302_Convert_Data.sec,\
																																											DS1302_Convert_Data.week_day);
	else
		printf("The time is: %d年 - %d月 - %d日 - AM： %d时 - %d分 - %d秒 ,星期%d \r\n", DS1302_Convert_Data.year,\
																																											DS1302_Convert_Data.mouth,\
																																											DS1302_Convert_Data.date,\
																																											DS1302_Convert_Data.hour,\
																																											DS1302_Convert_Data.min,\
																																											DS1302_Convert_Data.sec,\
																																											DS1302_Convert_Data.week_day);
#endif
	
}

（三）主函数

void Init(void)
{
	USART_Config();//串口初始化
	DS1302_GPIO_Config();
}


int main(void)
{
	Init();
	//DS1302_Set_Time();//设置时间，当完成时间设置后，请注释掉这一句，否则单片机每次上电或复位都会重新设置一下时间。
	while(1)
	{
		DS1302_Read_Time();//读取时间
		delay_ms(50);
	}	
}

三、实验结果

（一）24小时制

（二）12小时制

四、开发过程遇到的问题

（一）时序问题

读数据时，在时钟的下降沿时DS1302输出数据

 写数据时，或者写地址时，在时钟的上升沿时DS1302读取数据

（二）DSIO数据管脚的模式问题

在读取数据时，需要先发送寄存器的地址，发送完成后，此时需要将DSIO的推挽输出模式更改为（上拉输入、下拉输入、浮空输入任何一种，经检测3种模式都可以正常读取数据），数据读取完成后，需要将DSIO更改为原来的推挽输出模式，避免影响下一次写地址。

 以上就是DS1302的所有内容了，感谢大家阅读，文中若有错误，麻烦大家指出！

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