【蓝桥杯单片机12】实时时钟DS1302的基本操作

【蓝桥杯单片机12】实时时钟DS1302的基本操作

www.xmf393.com / 广东职业技术学院 欧浩源

      实时时钟DS1302几乎是蓝桥杯“单片机设计与开发”每年必考的内容，虽然在竞赛现场有提供一个底层读写寄存器的库文件，但是作为备赛阶段，你应该搞清楚底层读写时序的代码实现。你会使用库文件开发，不一定会自己写底层；你会自己写驱动，就一定会使用库文件开发。你使用库文件开发的过程中碰到问题，或者需要调整时序的时候，如果没有过硬的功夫，那只能懵逼了。

1、什么是DS1302?
      DS1302是美国DALLAS公司推出的高性能、低功耗的实时时钟，附加31字节的静态RAM，采用SP三线接口与MCU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟参数和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小于31天时可以自动调整，并具有润年补偿功能。
      简单来说，DS1302可以理解为一个电子手表，里面带有一个31字节的内存。当然，基本的使用方法和我们平时使用电子手表差不多，你可以设定时间，也可以读取时间，只不过这些工作是通过SPI接口有MCU去完成而已。
      在DS1302中有两块存储器：日历时钟寄存器和今天RAM存储器。前者用于记录实时时间，后者用于记录其他数据。对于基本计时应用，重点关注的是日历时钟寄存器。设定时间参数就是往这些寄存器写入内容，读取实时时间也是从这些寄存器读出数据。

2、日历时钟寄存器
      DS1302有关日历和时钟的寄存器有12个，我们最常用的有7个。

      什么是BCD码？
      就是用十六进制来表示十进制。什么意思？怎么理解？
      例如，十六进制数0x13的值为整数19，但BCD码表示的是整数13。

3、控制字的格式
      DS1302将地址和读写控制放到一个字节里面，形成一个控制字，格式如下：

      通过上面的控制字格式，大家就可以明白为什么DS1302读寄存器和写寄存器的地址是不一样的了，因为这个地址包含了读写控制位。为了方便程序设计，我们把读寄存器地址、写寄存器地址和日历时钟寄存器方面用三个数组定义。

4、接口时序的实现
      DS1302的基本操作实际上非常简单，只有两个操作：其一是设定时间参数，其二是读取实时时间。不管是那个操作，MCU都要通过SPI接口进行数据交互，而SPI接口有其规定的时序，这个必须参考数据手册。
      控制字总是从最低位开始输出。在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟信号的上升沿，数据被写入DS1302，数据的输入从最低位开始；在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟信号的下降沿，数据从DS1302读出，数据的读出也是从最低位到最高位。
<1> 单字节写的时序

      底层驱动代码实现可参考如下：

void DS1302_WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat)
{
        unsigned char n;
        RST = 0;
        _nop_();
        SCLK = 0;
        _nop_();
        RST = 1;
        _nop_();        

        for (n=0; n<8; n++)         //发送要写入数据的内存地址
        {
                DSIO = addr & 0x01;
                addr >>= 1;
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }
        for (n=0; n<8; n++)         //将指定内容写入该地址的内存
        {
                DSIO = dat & 0x01;
                dat >>= 1;
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }                 
        RST = 0;
        _nop_();
}

<2> 单字节读的时序

      底层驱动代码实现可参考如下：

unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char addr)
{
        unsigned char n,dat,tmp;
        RST = 0;
        _nop_();
        SCLK = 0;
        _nop_();
        RST = 1;
        _nop_();

        for(n=0; n<8; n++)         //发送要读出数据的内存地址
        {
                DSIO = addr & 0x01;
                addr >>= 1;
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }
        
        for(n=0; n<8; n++)         //读出该地址内存的数据
        {
                tmp = DSIO;
                dat = (dat>>1) | (tmp<<7);
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }

        RST = 0;
        _nop_();
        SCLK = 1;
        _nop_();
        DSIO = 0;
        _nop_();
        DSIO = 1;
        _nop_();
        return dat;        
}

      有了上面两个底层的SPI接口数据读写代码，那么DS1302的基本操作就很容易实现了。

5、单元实训题目

6、实现源码参考

#include "reg52.h"  
#include "intrins.h"

sbit HC138_A = P2^5;        
sbit HC138_B = P2^6;        
sbit HC138_C = P2^7;        

sbit SCLK = P1^7; 
sbit RST =         P1^3; 
sbit DSIO = P2^3;
unsigned char code READ_RTC_ADDR[7] = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d};
unsigned char code WRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};
unsigned char TIME[7] = {0x30, 0x50, 0x23, 0x17, 0x02, 0x06, 0x18};

unsigned char code SMG_NoDot[18] = 
    {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,
     0x80,0x90,0x88,0x80,0xc6,0xc0,0x86,0x8e,
     0xbf,0x7f};

void DelaySMG(unsigned int time)
{
        while(time--);
}

void Init74HC138(unsigned char n)
{
        switch(n)
        {
                case 4:
                        HC138_A = 0;
                        HC138_B = 0;
                        HC138_C = 1;
                        break;
                case 5:
                        HC138_A = 1;
                        HC138_B = 0;
                        HC138_C = 1;
                        break;
                case 6:
                        HC138_A = 0;
                        HC138_B = 1;
                        HC138_C = 1;
                        break;
                case 7:
                        HC138_A = 1;
                        HC138_B = 1;
                        HC138_C = 1;
                        break;
                case 8:
                        HC138_A = 0;
                        HC138_B = 0;
                        HC138_C = 0;
                        break;
        }
}

void DispaySMG_Bit(unsigned char value, unsigned char pos)
{
        Init74HC138(6);
        P0 = (0x01 << pos);
        Init74HC138(7);
        P0 = value;
}

void DS1302_WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat)
{
        unsigned char n;
        RST = 0;
        _nop_();
        SCLK = 0;
        _nop_();
        RST = 1;
        _nop_();        

        for (n=0; n<8; n++)
        {
                DSIO = addr & 0x01;
                addr >>= 1;
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }
        for (n=0; n<8; n++)
        {
                DSIO = dat & 0x01;
                dat >>= 1;
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }                 
        RST = 0;
        _nop_();
}

unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char addr)
{
        unsigned char n,dat,tmp;
        RST = 0;
        _nop_();
        SCLK = 0;
        _nop_();
        RST = 1;
        _nop_();

        for(n=0; n<8; n++)
        {
                DSIO = addr & 0x01;
                addr >>= 1;
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }
        
        for(n=0; n<8; n++)
        {
                tmp = DSIO;
                dat = (dat>>1) | (tmp<<7);
                SCLK = 1;
                _nop_();
                SCLK = 0;
                _nop_();
        }

        RST = 0;
        _nop_();
        SCLK = 1;
        _nop_();
        DSIO = 0;
        _nop_();
        DSIO = 1;
        _nop_();
        return dat;        
}

void DS1302_Config()
{
        unsigned char n;
        DS1302_WriteByte(0x8E,0x00); 
        for (n=0; n<7; n++) 
        {
                DS1302_WriteByte(WRITE_RTC_ADDR[n],TIME[n]);        
        }
        DS1302_WriteByte(0x8E,0x80); 
}

void DS1302_ReadTime()
{
        unsigned char n;
        for (n=0; n<7; n++) 
        {
                TIME[n] = DS1302_ReadByte(READ_RTC_ADDR[n]);
        }                
}

void XMF_ShowRealTime()
{

        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[TIME[2]/16],0);        
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,0);                        
        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[TIME[2]&0x0f],1);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,1);
        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[16],2);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,2);

        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[TIME[1]/16],3);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,3);
        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[TIME[1]&0x0f],4);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,4);
        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[16],5);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,5);

        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[TIME[0]/16],6);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,6);
        DispaySMG_Bit(SMG_NoDot[TIME[0]&0x0f],7);
        DelaySMG(500);
        DispaySMG_Bit(0xff,7);
}

main()
{
        DS1302_Config();
        while(1)
        {
                DS1302_ReadTime();
                XMF_ShowRealTime();
        }
}