本節(jié)課的DS1302是個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，我們可以用單片機(jī)寫入時(shí)間或者讀取當(dāng)前的時(shí)間數(shù)據(jù)，我也會(huì)帶著大家通過(guò)閱讀這個(gè)芯片的數(shù)據(jù)手冊(cè)來(lái)學(xué)習(xí)和掌握這個(gè)器件。

        由于IT技術(shù)國(guó)際化比較強(qiáng)，因此數(shù)據(jù)手冊(cè)絕大多數(shù)都是英文的，導(dǎo)致很多英語(yǔ)基礎(chǔ)不好的同學(xué)看到英文手冊(cè)頭就大了。這里我要告訴大家的是，只要精神不退 縮，方法總比困難多，很多英語(yǔ)水平不高的，看數(shù)據(jù)手冊(cè)照樣完全沒(méi)問(wèn)題，因?yàn)槲覀兊膶I(yè)詞匯也就那么幾個(gè)，多看幾次就認(rèn)識(shí)了。我們現(xiàn)在不是考試，因此大家可 以充分利用一些英文翻譯軟件，翻譯過(guò)來(lái)的中文意思有時(shí)候可能不是那么準(zhǔn)確，那你就把翻譯的內(nèi)容和英文手冊(cè)里的一些圖表比較參考學(xué)習(xí)。此外數(shù)據(jù)手冊(cè)除了介紹 性的說(shuō)明外，一般還會(huì)配相關(guān)的圖形或者表格，結(jié)合起來(lái)看也有利于理解手冊(cè)所表達(dá)的意思。這節(jié)課我會(huì)把DS1302的英文資料盡可能的用比較便于理解的方式 給大家表達(dá)出來(lái)，同學(xué)們可以把我的表達(dá)和英文手冊(cè)多做一下對(duì)比，盡可能快的慢慢開始學(xué)會(huì)了解英文手冊(cè)。

1、DS1302的特點(diǎn)

        DS1302是DALLAS(達(dá)拉斯)公司出的一款涓流充電時(shí)鐘芯片，2001年DALLAS被MAXIM(美信)收購(gòu)，因此我們看到的DS1302的數(shù)據(jù)手冊(cè)既有DALLAS的標(biāo)志，又有MAXIM的標(biāo)志，大家了解即可。

        DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片廣泛應(yīng)用于電話、傳真、便攜式儀器等產(chǎn)品領(lǐng)域，他的主要性能指標(biāo)如下：

1、DS1302是一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，可以提供秒、分、小時(shí)、日期、月、年等信息，并且還有軟件自動(dòng)調(diào)整的能力，可以通過(guò)配置AM/PM來(lái)決定采用24小時(shí)格式還是12小時(shí)格式。

2、擁有31字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM。

3、串行I/O通信方式，相對(duì)并行來(lái)說(shuō)比較節(jié)省IO口的使用。

4、DS1302的工作電壓比較寬，大概是2.0V~5.5V都可以正常工作。

5、DS1302這種時(shí)鐘芯片功耗一般都很低，它在工作電壓2.0V的時(shí)候，工作電流小于300nA。

6、DS1302共有8個(gè)引腳，有兩種封裝形式，一種是DIP-8封裝，芯片寬度(不含引腳)是300mil，一種是SOP-8封裝，有兩種寬度，一種是150mil，一種是208mil。我們看一下DS1302的引腳封裝圖，如圖1所示。

       所謂的DIP封裝Dual In-line Package，也叫做雙列直插式封裝技術(shù)，就如同我們開發(fā)板上的STC89C52RC單片機(jī)，就是個(gè) 典型的DIP封裝，當(dāng)然這個(gè)STC89C52RC還有其他的封裝，為了方便學(xué)習(xí)使用，我們采用的是DIP封裝。而74HC245、74HC138、 24C02、DS1302我們用的都是SOP封裝Small Out-Line Package，是一種芯片兩側(cè)引出L形引腳的封裝技術(shù)，大家可以看看開 發(fā)板上的芯片，了解一下這些常識(shí)性知識(shí)。

7、當(dāng)供電電壓是5V的時(shí)候，兼容標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，這里的意思是，可以完美的和單片機(jī)進(jìn)行通信。

8、由于DS1302是DS1202的升級(jí)版本，所以所有的功能都兼容DS1202。此外DS1302有兩個(gè)電源輸入，一個(gè)是主電源，另外一個(gè)是備用電源，比如可以用電池或者大電容，這樣是為了保證系統(tǒng)掉電的情況下，我們的時(shí)鐘還會(huì)繼續(xù)走。如果使用的是充電電池，還可以在正常工作時(shí)，設(shè)置充電功能，給我們的備用電池進(jìn)行充電。

       DS1302的特點(diǎn)第二條“擁有31字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)RAM”，這是DS1302額外存在的資源。這31字節(jié)的RAM相當(dāng)于一個(gè)存儲(chǔ)器一樣，我們編寫單 片機(jī)程序的時(shí)候，可以把我們想存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在DS1302里邊，需要的時(shí)候讀出來(lái)，這塊功能和EEPROM有點(diǎn)類似，相當(dāng)于一個(gè)掉電丟失數(shù)據(jù)的 “EEPROM”，如果我們的時(shí)鐘電路加上備用電池，那么這31個(gè)字節(jié)的RAM就可以替代EEPROM的功能了。這31字節(jié)的RAM功能使用很少，所以在 這里我不講了，大家了解即可。

2、DS1302的硬件信息

    我們平時(shí)所用的不管是單片機(jī)，還是其他一些電子器件，根據(jù)使用條件的約束，可以分為商業(yè)級(jí)和工業(yè)級(jí)，DS1302的購(gòu)買信息如下圖2所示。

       我們?cè)谟嗁?gòu)DS1302的時(shí)候，就可以根據(jù)圖15-4所標(biāo)識(shí)的來(lái)跟銷售廠家溝通，商業(yè)級(jí)的工作電壓略窄，是0到70度，而工業(yè)級(jí)可以工作在零下40度到85度。TOP MARK就是指在芯片上印的字。

　　DS1302一共有8個(gè)引腳，下邊要根據(jù)引腳分布圖和典型電路圖來(lái)介紹一下每個(gè)引腳的功能，如圖3和圖4所示。

圖3 DS1302引腳圖

圖4 DS1302典型電路

        1腳VCC2是主電源正極的引腳，2腳X1和3腳X2是晶振輸入和輸出引腳，4腳GND是負(fù)極，5腳CE是使能引腳，接單片機(jī)的IO口，6腳I/O是 數(shù)據(jù)傳輸引腳，接單片機(jī)的IO口，7腳SCLK是通信時(shí)鐘引腳，接單片機(jī)的IO口，8腳VCC1是備用電源引腳?？紤]到KST-51開發(fā)板是一套以學(xué)習(xí)為 目的的板子，加上備用電池對(duì)航空運(yùn)輸和攜帶不方便，所以8腳可以直接懸空，斷電后不需要DS1302再運(yùn)行了，或者是在8腳接一個(gè)10uF的電容，經(jīng)過(guò)試 驗(yàn)可以運(yùn)行1分鐘左右的時(shí)間，如果大家想運(yùn)行時(shí)間再長(zhǎng)，可以加大電容的容量，如圖5和圖6所示。

圖5 DS1302無(wú)備用電源

圖6 DS1302電容作備用電源

　　涓流充電功能，課程也不講了，大家也作為選學(xué)即可，我們使用的時(shí)候直接用5V電源接一個(gè)二極管， 在有主電源的情況下給電容充電，在主電源掉電的情況下，這個(gè)電容可以給DS1302大約供電1分鐘左右，這種電路的最大用處是在電池供電系統(tǒng)中更換主電池 的時(shí)候保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘的運(yùn)行不中斷，1分鐘的時(shí)間對(duì)于更換電池足夠了。此外，通過(guò)我們的使用經(jīng)驗(yàn)，在DS1302的主電源引腳串聯(lián)一個(gè)1K電阻可以有效的防 止電源對(duì)DS1302的沖擊，R6就是，而R9，R26，R32都是上拉電阻。

　　我們把8個(gè)引腳功能分別介紹，如表1所示。

       DS1302的電路一個(gè)重點(diǎn)就是時(shí)鐘電路，它所使用的晶振是一個(gè)32.768k的晶振，晶振外部也不需要額外添加其他的電容或者電阻電路了。時(shí)鐘的精 度，首先取決于晶振的精度以及晶振的引腳負(fù)載電容。如果晶振不準(zhǔn)或者負(fù)載電容過(guò)大過(guò)小，都會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘誤差過(guò)大。在這一切都搞定后，最終一個(gè)考慮因素是晶振 的溫漂。隨著溫度的變化，晶振往往精度會(huì)發(fā)生變化，因此，在實(shí)際的系統(tǒng)中，其中一種方法就是經(jīng)常校對(duì)。比如我們所用的電腦的時(shí)鐘，通常我們會(huì)設(shè)置一個(gè)選項(xiàng)“將計(jì)算機(jī)設(shè)置于internet時(shí)間同步”。選中這個(gè)選項(xiàng)后，一般可以過(guò)一段時(shí)間，我們的計(jì)算機(jī)就會(huì)和internet時(shí)間校準(zhǔn)同步一次。

3、DS1302寄存器介紹

        DS1302的一條指令一個(gè)字節(jié)8位，其中第七位(即最高位)是固定1，這一位如果是0的話，那寫進(jìn)去是無(wú)效的。第六位是選擇RAM還是CLOCK 的，我前邊說(shuō)過(guò)，我們這里主要講CLOCK時(shí)鐘的使用，它的RAM功能我們不用，所以如果選擇CLOCK功能，第六位是0，如果要用RAM，那第六位就是 1。從第五到第一位，決定了寄存器的5位地址，而第零位是讀寫位，如果要寫，這一位就是0，如果要讀，這一位就是1，如圖7所示。

圖7 DS1302命令字節(jié)

        DS1302時(shí)鐘的寄存器，其中8個(gè)和時(shí)鐘有關(guān)的，5位地址分別是00000一直到00111這8個(gè)地址，還有一個(gè)寄存器的地址是01000，這是涓 流充電所用的寄存器，我們這里不講。在DS1302的數(shù)據(jù)手冊(cè)里的地址，直接把第七位、第六位和第零位值給出來(lái)了，所以指令就成了80H、81H那些了， 最低位是1，那么表示讀，最低位是0表示寫，如圖8所示。

圖8 DS1302的時(shí)鐘寄存器

        寄存器一：最高位CH是一個(gè)時(shí)鐘停止標(biāo)志位。如果我們的時(shí)鐘電路有備用電源部分，上電后，我們要先檢測(cè)一下這一位，如果這一位是0，那說(shuō)明我們的時(shí)鐘 在系統(tǒng)掉電后，由于備用電源的供給，時(shí)鐘是持續(xù)正常運(yùn)行的；如果這一位是1，那么說(shuō)明我們的時(shí)鐘在系統(tǒng)掉電后，時(shí)鐘部分不工作了。若我們的Vcc1懸空或 者是電池沒(méi)電了，當(dāng)我們下次重新上電時(shí)，讀取這一位，那這一位就是1，我們可以通過(guò)這一位判斷時(shí)鐘在單片機(jī)系統(tǒng)掉電后是否持續(xù)運(yùn)行。剩下的7位高3位是秒 的十位，低4位是秒的個(gè)位，這里注意再提一次，DS1302內(nèi)部是BCD碼，而秒的十位最大是5，所以3個(gè)二進(jìn)制位就夠了。

        寄存器二：bit7沒(méi)意義，剩下的7位高3位是分鐘的十位，低4位是分鐘的個(gè)位。

        寄存器三：bit7是1的話代表是12小時(shí)制，是0的話代表是24小時(shí)制，bit6固定是0，bit5在12小時(shí)制下0代表的是上午，1代表的是下午，在24小時(shí)制下和bit4一起代表了小時(shí)的十位，低4位代表的是小時(shí)的個(gè)位。

        寄存器四：高2位固定是0，bit5和bit4是日期的十位，低4位是日期的個(gè)位。

        寄存器五：高3位固定是0，bit4是月的十位，低4位是月的個(gè)位。

        寄存器六：高5位固定是0，低3位代表了星期。

        寄存器七：高4位代表了年的十位，低4位代表了年的個(gè)位。這里特別注意，這里的00到99年指的是2000年到2099年。

        寄存器八：bit7是一個(gè)保護(hù)位，如果這一位是1，那么是禁止給任何其他的寄存器或者那31個(gè)字節(jié)的RAM寫數(shù)據(jù)的。因此在寫數(shù)據(jù)之前，這一位必須先寫成0。

4、DS1302通信時(shí)序介紹

       DS1302我們前邊也有提起過(guò)，是三根線，分別是CE、I/O和SCLK，其中CE是使能線，SCLK是時(shí)鐘線，I/O是數(shù)據(jù)線。前邊我們學(xué)過(guò)SPI通信，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)沒(méi)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)DS1302的通信線定義和SPI怎么這么像呢？

       事實(shí)上，DS1302的通信是SPI的變異種類，它用了SPI的通信時(shí)序，但是通信的時(shí)候沒(méi)有完全按照SPI的規(guī)則來(lái)，下面我們一點(diǎn)點(diǎn)解剖一下DS1302的變異SPI通信方式。

先看一下單字節(jié)寫入操作，如圖9所示。

圖9 DS1302單字節(jié)寫操作

然后我們?cè)趯?duì)比一下再對(duì)比一下CPOL=0并且CPHA=0的情況下的SPI的操作時(shí)序，如圖10所示。

圖10 CPOL=0/CPHA=0通信時(shí)序

       圖9和圖10的通信時(shí)序，其中CE和SSEL的使能控制是反的，對(duì)于通信寫數(shù)據(jù)，都是在SCK的上升沿，從機(jī)進(jìn)行采樣，下降沿的時(shí)候，主機(jī)發(fā)送數(shù) 據(jù)。DS1302的時(shí)序里，單片機(jī)要預(yù)先寫一個(gè)字節(jié)指令，指明要寫入的寄存器的地址以及后續(xù)的操作是寫操作，然后再寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。

       對(duì)于單字節(jié)讀操作，我就不做對(duì)比了，把DS1302的時(shí)序圖貼出來(lái)給大家看一下，如圖11所示。

圖11 DS1302單字節(jié)讀操作

        讀操作有兩處特別注意的地方。第一，DS1302的時(shí)序圖上的箭頭都是針對(duì)DS1302來(lái)說(shuō)的，因此讀操作的時(shí)候，先寫第一個(gè)字節(jié)指令，上升沿的時(shí)候 DS1302來(lái)鎖存數(shù)據(jù)，下降沿我們用單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。到了第二個(gè)字?jǐn)?shù)據(jù)，由于我們這個(gè)時(shí)序過(guò)程相當(dāng)于CPOL=0/CPHA=0，前沿發(fā)送數(shù)據(jù)，后沿讀 取數(shù)據(jù)，第二個(gè)字節(jié)是DS1302下降沿輸出數(shù)據(jù)，我們的單片機(jī)上升沿來(lái)讀取，因此箭頭從DS1302角度來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)在了下降沿。

        第二個(gè)需要注意的地方就是，我們的單片機(jī)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，和I2C一樣需要用IO口來(lái)模擬通信過(guò)程。在讀DS1302的時(shí)候，理論上SPI是上 升沿讀取，但是我們的程序是用IO口模擬的，所以數(shù)據(jù)的讀取和時(shí)鐘沿的變化不可能同時(shí)了，必然就有一個(gè)先后順序。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果先讀取IO線上的數(shù) 據(jù)，再拉高SCLK產(chǎn)生上升沿，那么讀到的數(shù)據(jù)一定是正確的，而顛倒順序后數(shù)據(jù)就有可能出錯(cuò)。這個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的原因還是在于DS1302的通信協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn) SPI協(xié)議存在的差異造成的，如果是標(biāo)準(zhǔn)SPI的數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)會(huì)一直保持到下一個(gè)周期的下降沿才會(huì)變化，所以讀取數(shù)據(jù)和上升沿的先后順序就無(wú)所謂了；但 DS1302的IO線會(huì)在時(shí)鐘上升沿后被DS1302釋放，也就是撤銷強(qiáng)推挽輸出變?yōu)槿跸吕瓲顟B(tài)，而此時(shí)在51單片機(jī)引腳內(nèi)部上拉的作用下，IO線上的實(shí) 際電平會(huì)慢慢上升，從而導(dǎo)致在上升沿產(chǎn)生后再讀取IO數(shù)據(jù)的話就可能出錯(cuò)。因此這里的程序我們按照先讀取IO數(shù)據(jù)，再拉高SCLK產(chǎn)生上升沿的順序。

        下面我們就寫一個(gè)程序，先將2013年10月8號(hào)星期二12點(diǎn)30分00秒這個(gè)時(shí)間寫到DS1302內(nèi)部，讓DS1302正常運(yùn)行，然后在不停的讀取DS1302的當(dāng)前時(shí)間，并顯示在我們的液晶屏上。