基于DS1302与数码管方案设计书的可调数字钟.docx
《基于DS1302与数码管方案设计书的可调数字钟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于DS1302与数码管方案设计书的可调数字钟.docx（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于DS1302与数码管方案设计书的可调数字钟
之基于DS1302与数码管设计的可调数字钟
☆点名，复习
1、定时器的工作方式有哪些？
如何对定时器进行初始化。
2、数码管动态显示技术的原理？
☆新课讲授
2.2基于DS1302与数码管设计的可调数字钟
前面我们用定时器产生1秒的时间，从而也设计出了可以调节数字钟，但用这种方法设计出来的电子钟不够准确。
这节课我们用美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路DS1302，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。
同时，我们还是用数码管作为显示时间的硬件。
2.2.1DS1302芯片技术资料
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与CPU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信号或RAM数据。
DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
DS1302的外部引脚分配如图1所示及内部结构如图2所示。
DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。
图1DS1302引脚
图2DS1302内部结构
1、引脚功能及结构
DS1302的引脚排列，其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。
在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端（双向），SCLK始终是输入端。
2、DS1302的寄存器和控制命令
对DS1302的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302内部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。
小时寄存器（85h、84h）的位7用于定义DS1302是运行于12小时模式还是24小时模式。
当为高时，选择12小时模式。
在12小时模式时，位5是，当为1时，表示PM，当为0时，表示AM。
在24小时模式时，位5是第二个10小时位。
秒寄存器（81h、80h）的位7定义为时钟暂停标志（CH）。
当该位置为1时，时钟振荡器停止，DS1302处于低功耗状态；当该位置为0时，时钟开始运行。
控制寄存器（8Fh、8Eh）的位7是写保护位（WP），其它7位均置为0。
在任何的对时钟和RAM的写操作之前，WP位必须为0。
当WP位为1时，写保护位防止对任一寄存器的写操作。
日历、时间寄存器及控制字如表1所示：
表1日历、时钟寄存器与控制字对照表
寄存器名称
7
6
5
4
3
2
1
0
1
RAM/CK
A4
A3
A2
A1
A0
RD/W
秒寄存器
1
0
0
0
0
0
0
0/1
分寄存器
1
0
0
0
0
0
1
0/1
小时寄存器
1
0
0
0
0
1
0
0/1
日寄存器
1
0
0
0
0
1
1
0/1
月寄存器
1
0
0
0
1
0
0
0/1
星期寄存器
1
0
0
0
1
0
1
0/1
年寄存器
1
0
0
0
1
1
0
0/1
写保护寄存器
1
0
0
0
1
1
1
0/1
慢充电寄存器
1
0
0
1
0
0
0
0/1
时钟突发寄存器
1
0
1
0
1
1
1
0/1
最后一位RD/W为“0”时表示进行写操作，为“1”时表示读操作。
此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器以外的寄存器。
DS1302内部的RAM分为两类，一类是单个RAM单元，共31个，每个单元为一个8位的字节，其命令控制
字为COH~FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
表2DS1302内部主要寄存器分布表
寄存器名称
命令字
取值范围
寄存器定义
写
读
7
6
5
4
3
2
1
0
秒寄存器
80H
81H
00-59
CH
10SEC
SEC
分寄存器
82H
83H
00-59
0
10MIN
MIN
小时寄存器
84H
85H
01-12或00-23
12/24
0
10
HR
HR
A/P
日寄存器
86H
87H
01-28，29，30，31
0
10DATE
DATE
月寄存器
88H
89H
01-12
0
0
0
10M
MONTH
星期寄存器
8AH
8BH
01-07
0
0
0
0
DAY
年寄存器
8CH
8DH
00-99
10year
year
写保护寄存器
8EH
8FH
WP
0
0
0
0
0
0
0
慢充电寄存器
90H
91H
TCS
TCS
TCS
TCS
DS
DS
DS
DS
我们现在已经知道了控制寄存器和RAM的逻辑地址，接着就需要知道如何通过外部接口来访问这些资源。
单片机是通过简单的同步串行通讯与DS1302通讯的，每次通讯都必须由单片机发起，无论是读还是写操作，单片机都必须先向DS1302写入一个命令帧，这个帧的格式如图3所示，最高位BIT7固定为1，BIT6决定操作是针对RAM还是时钟寄存器，接着的5个BIT是RAM或时钟寄存器在DS1302的内部地址，最后一个BIT表示这次操作是读操作抑或是写操作。
DS1302是SPI总线驱动方式。
它不仅要向寄存器写入控制字，还需要读取相应寄存器的数据。
要想与DS1302通信，首先要先了解DS1302的控制字。
DS1302的控制字如图3所示。
控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据；位5至位1（A4～A0）指示操作单元的地址；最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
图3命令字节格式
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
数据读写时序如图4。
图4-1单字节读时序
图4-2单字节写时序
物理上，DS1302的通讯接口由3个口线组成，即RST，SCLK，I/O。
其中RST从低电平变成高电平启动一次数据传输过程，SCLK是时钟线，I/O是数据线。
具体的读写时序参考图4，但是请注意，无论是哪种通讯类型的串行接口，都是对时钟信号敏感的，而且一般数据写入有效是在上升沿，读出有效是在下降沿（DS1302正是如此的，但是在芯片手册里没有明确说明），如果不是特别确定，则把程序设计成这样：
平时SCLK保持低电平，在时钟变动前设置数据，在时钟变动后读取数据，即数据操作总是在SCLK保持为低电平的时候，相邻的操作之间间隔有一个上升沿和一个下降沿。
3调试中问题说明
（1）DS1302与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高MSB（D7）必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DS1302，即写保护；D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；D5～D1指定输入或输出的特定寄存器；最低位LSB（D0）为逻辑0，指定写操作（输入），D0=1，指定读操作（输出）。
（2）在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。
若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。
（3）要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容器（0.1F以上）。
虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。
可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。
如果断电时间较短（几小时或几天）时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。
100μF就可以保证1小时的正常走时。
DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。
初始化后就可以按正常方法调整时间。
2.2.2硬件电路设计
硬件设计时使用了DS1302，电路结构简单，具体如下图所示：
2.2.3软件设计
软件设计中主要是针对DS1302芯片进行程序的设计，由以上DS1302的技术资料分析可知，作为程序设计人员，对DS1302的主要操作是：
（1）向DS1302中写一个字节，从DS1302的寄存器中读一个字节。
（2）向DS1302中写入一个数据（通常这个数据就是DS1302中某个寄存器的8位地址），从DS1302的某个寄存器中读取数据，比如读取时间寄存器中的时间。
（3）读取时间寄存器中的时间，主要是时、分、秒和年、月、日、星期等这七个寄存器的值。
1、写字节函数
voidWrite_Byte_TO_DS1302（ucharX）//向DS1302写入一个字节
{uchari。
for（i=0。
i<8。
i++）
{
SDA=X&1。
CLK=1。
CLK=0。
X>>=1。
}
}
2、读字节函数
ucharRead_Byte_FROM_DS1302（）
{
uchari,byte,t。
for（i=0。
i<8。
i++）
{
byte>>=1。
t=SDA。
byte|=t<<7。
CLK=1。
CLK=0。
}
//BCD码转换
returnbyte/16*10+byte%16。
}
3、写数据函数
ucharRead_Data_FROM_DS1302（ucharaddr）
{
uchardat。
RST=0。
CLK=0。
RST=1。
Write_Byte_TO_DS1302（addr）。
//向DS1302写入一个地址
dat=Read_Byte_FROM_DS1302（）。
//在上面写入的地址中读取数据
CLK=1。
RST=0。
returndat。
}
4、读数据函数
voidWrite_Data_TO_D
升级会员 