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DS1302与STC12单片机的连接电路和驱动实现

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ID:912806 发表于 2021-8-27 11:07 | 显示全部楼层 |阅读模式
DS1302是低功耗带RAM的实时时钟电路, 常见的SOP8封装体积很小, 它可以对年月日周时分秒进行计时, 具有闰年补偿功能, 工作电压为2.0V-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31byte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/后备电源双电源引脚, 同时提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力.
几个需要知道的点:
  • 不带温度补偿, 所以在温度变化大的环境, 走时误差会比较大, 需要有校对机制
  • 三线接口机制与SPI相似, 但不是SPI, 因为它在同一根线上实现的双向IO
  • 自身不带电源/电容, 掉电即重置, 需要自己管理好主电备电
  • 备电的充电方式是可以通过寄存器控制的, 分三级控制, 第一级开关, 第二级可选1级或2级二极管降压, 第三级可选三种阻值
  • 额外的31个byte的存储可以自由读写
  • burst read有两处, 一处是8个字节的control+时间, 另一处是31字节的ram, 都是一次性全部读取, 但是可以编程控制读到第几个字节就停止.
  • 读取的结果是BCD码, 要转换


Vcc1和Vcc2
DS1302的引脚中Vcc2为主电源, Vcc1为后备电源. 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.
注意: 供电不要低于3.6V, 否则在秒进位时容易出现时间清零. 如果是在VCC端串联电阻限流, 电阻不要超过3K.
RST脚
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.
  • 当RST为高电平时, 允许地址/命令序列送入移位寄存器, 所有的数据传送被初始化, 允许对DS1302进行操作
  • 提供终止单字节或多字节数据传送的方法, 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>2.0V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.
写入逻辑：
  • 将RST先拉低
  • 将SCLK拉低(如果不拉低, 且本来是高电平, 则瞬间就发出了一个bit, 这时还没放数据)
  • 将RST拉高, 形成一个上升沿
  • 在IO口放入一个bit (字节发送顺序:从低位到高位)
  • 将SCLK拉高, 形成上升沿, 这时候DS1302就会将IO口的数据移入它的寄存器
  • 拉低SCLK, 为下一个字节做准备
  • IO口再放一个bit, 再拉高, 直到发送完所有的16个字节
  • 最后拉低RST, 完成写入过程
寄存器地址
与时间相关的寄存器从0x80到0x8F, 其中偶数为写地址, 奇数为读地址, 共控制8个字节, 这8个字节可以通过burst方式一次性读出
  1. #define DS1302_W_SECOND     0x80
  2. #define DS1302_W_MINUTE     0x82
  3. #define DS1302_W_HOUR       0x84
  4. #define DS1302_W_DAY        0x86
  5. #define DS1302_W_MONTH      0x88
  6. #define DS1302_W_WEEK       0x8A
  7. #define DS1302_W_YEAR       0x8C
  8. #define DS1302_W_PROTECT    0x8E

  10. #define DS1302_R_SECOND     0x81
  11. #define DS1302_R_MINUTE     0x83
  12. #define DS1302_R_HOUR       0x85
  13. #define DS1302_R_DAY        0x87
  14. #define DS1302_R_MONTH      0x89
  15. #define DS1302_R_WEEK       0x8B
  16. #define DS1302_R_YEAR       0x8D
  17. #define DS1302_R_PROTECT    0x8F
复制代码

与控制相关的寄存器为如下几个, 也是偶数写奇数读, 这些只能单个读写

  1. #define DS1302_W_TK_CHARGER 0x90
  2. #define DS1302_W_CLK_BURST  0xBE
  3. #define DS1302_W_RAM_BURST  0xFE

  5. #define DS1302_R_TK_CHARGER 0x91
  6. #define DS1302_R_CLK_BURST  0xBF
  7. #define DS1302_R_RAM_BURST  0xFF
复制代码
片内的31个字节RAM起始地址为0xC0, 这31个字节可以通过burst方式一次性读出
  1. #define DS1302_RAM_SIZE     0x31 // Ram Size in bytes
  2. #define DS1302_RAM_START    0xC0 // First byte Address
复制代码

使用STC12 MCU读取DS1302
接线图, 测试中可以只接Vcc2或Vcc1, 可以串电阻或串二极管限流,
DS1302-sch3.png
实际的测试板, 接DS1302使用的是SOP8的测试座, 避免焊接, 中间的万能板仅仅是为了用一个IC座外接晶振, 可以忽略其他元件
DS1302-test2.jpg
测试座里的DS1302
DS1302-test1.jpg
代码例子, 包含单个读, 单个写, burst读时间, burst读RAM, 基于 HML_FwLib_STC12 封装库. 因为是非标准SPI, 所以实际上只用到了串口打印, 直接把这个方法拎出来也行, 就不需要引入这个封装库了.
  1. /*****************************************************************************/
  2. /**
  3. * 连接方式
  4. *               |           |               |
  5. *               | --------- | ------------  |
  6. *               |1:Vcc2 VCC | 8:Vcc1        |
  7. *               |2:X1   OCS | 7:SCLK   P1_0 |
  8. *               |3:X2   OCS | 6:I/O    P1_1 |
  9. *               |4:GND  GND | 5:RST/CE P1_2 |
  10. *
  11. *****************************************************************************/
  12. #include "hml/hml.h"
  13. #include <stdio.h>

  15. #define DS1302_W_SECOND     0x80
  16. #define DS1302_W_MINUTE     0x82
  17. #define DS1302_W_HOUR       0x84
  18. #define DS1302_W_DAY        0x86
  19. #define DS1302_W_MONTH      0x88
  20. #define DS1302_W_WEEK       0x8A
  21. #define DS1302_W_YEAR       0x8C
  22. #define DS1302_W_PROTECT    0x8E
  23. #define DS1302_W_TK_CHARGER 0x90
  24. #define DS1302_W_CLK_BURST  0xBE
  25. #define DS1302_W_RAM_BURST  0xFE

  27. #define DS1302_R_SECOND     0x81
  28. #define DS1302_R_MINUTE     0x83
  29. #define DS1302_R_HOUR       0x85
  30. #define DS1302_R_DAY        0x87
  31. #define DS1302_R_MONTH      0x89
  32. #define DS1302_R_WEEK       0x8B
  33. #define DS1302_R_YEAR       0x8D
  34. #define DS1302_R_PROTECT    0x8F
  35. #define DS1302_R_TK_CHARGER 0x91
  36. #define DS1302_R_CLK_BURST  0xBF
  37. #define DS1302_R_RAM_BURST  0xFF

  39. #define DS1302_RAM_SIZE     0x31 // Ram Size in bytes
  40. #define DS1302_RAM_START    0xC0 // First byte Address

  42. #define HEX2BCD(v)  ((v) % 10 + (v) / 10 * 16)
  43. #define BCD2HEX(v)  ((v) % 16 + (v) / 16 * 10)

  45. #define DS1302_SCK P1_0
  46. #define DS1302_IO  P1_1
  47. #define DS1302_RST P1_2

  49. const uint8_t READ_RTC_ADDR[7]  = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d};
  50. const uint8_t WRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};
  51. uint8_t BUF[8] = { 0 };

  53. // Write one byte to DS1302
  54. void DS1302_WriteByte(uint8_t writeByte)
  55. {
  56.     for(uint8_t i=0; i < 8; i++)
  57.     {
  58.         if(1 == (writeByte & 0x01)){
  59.             DS1302_IO = 1;
  60.         }else{
  61.             DS1302_IO = 0;
  62.         }
  63.         DS1302_SCK = 1;
  64.         DS1302_SCK = 0;
  65.         writeByte >>= 1; // From low to high
  66.     }
  67. }

  69. // Read one byte from DS1302
  70. uint8_t DS1302_ReadByte(void)
  71. {
  72.     uint8_t dat, readByte = 0;
  73.     for(uint8_t i = 0; i < 8; i++)
  74.     {
  75.         //dat = DS1302_IO;
  76.         //readByte = (readByte>>1) | (dat << 7); // From low to high
  77.         readByte >>= 1;
  78.     if(DS1302_IO)
  79.         {
  80.       readByte |= 0x80;
  81.     }
  82.         DS1302_SCK = 1;
  83.         DS1302_SCK = 0;
  84.     }
  85.     return readByte;
  86. }

  88. void DS1302_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t value)
  89. {
  90.     DS1302_RST = 0;
  91.     DS1302_SCK = 0;
  92.     DS1302_RST = 1;
  93.     DS1302_WriteByte(addr);
  94.     DS1302_WriteByte(value);
  95.     DS1302_SCK = 1;
  96.     DS1302_RST = 0;
  97. }

  99. uint8_t DS1302_ReadReg(uint8_t addr)
  100. {
  101.     uint8_t readByte = 0;
  102.     DS1302_RST = 0;
  103.     DS1302_SCK = 0;
  104.     DS1302_RST = 1;
  105.     DS1302_WriteByte(addr);
  106.     readByte = DS1302_ReadByte();
  107.     DS1302_SCK = 1;
  108.     DS1302_RST = 0;
  109.     return readByte;
  110. }

  112. void DS1302_ReadBurst(uint8_t cmd, uint8_t len, uint8_t *buf)
  113. {
  114.     uint8_t readByte = 0;
  115.     DS1302_RST = 0;
  116.     DS1302_SCK = 0;
  117.     DS1302_RST = 1;
  118.     DS1302_WriteByte(cmd);
  119.     while(len--)
  120.         *buf++ = DS1302_ReadByte();
  121.     DS1302_SCK = 1;
  122.     DS1302_RST = 0;
  123. }

  125. void DS1302_Init(void)
  126. {
  127.     DS1302_WriteReg(DS1302_W_PROTECT, 0x00); // write unprotect
  128.     DS1302_WriteReg(DS1302_W_TK_CHARGER, 0x01); // stop charger
  129.     DS1302_WriteReg(0XC0, 0x00);
  130.     DS1302_WriteReg(0XC2, 0x01);
  131.     DS1302_WriteReg(0XC4, 0x02);
  132.     DS1302_WriteReg(0XC6, 0x03);
  133.     DS1302_WriteReg(DS1302_W_PROTECT, 0x80); // write protect
  134. }

  136. void DS1302_print(uint8_t dat)
  137. {
  138.     printf_tiny("%x%x ", dat >> 4, dat & 0x0F);
  139. }

  141. void DS1302_printBuf(uint8_t len)
  142. {
  143.     for(uint8_t i = 0; i < len; i++)
  144.     {
  145.         printf_tiny("%x%x ", BUF[i] >> 4, BUF[i] & 0x0F);
  146.     }
  147.     printf_tiny("\n");
  148. }

  150. void main(void)
  151. {
  152.     UTIL_enablePrintf();
  153.     DS1302_Init();
  154.     while(1)
  155.     {
  156.         uint8_t dat = DS1302_ReadReg(DS1302_R_SECOND);
  157.         DS1302_print(dat);
  158.         dat = DS1302_ReadReg(DS1302_R_MINUTE);
  159.         DS1302_print(dat);
  160.         dat = DS1302_ReadReg(DS1302_R_HOUR);
  161.         DS1302_print(dat);
  162.         printf_tiny("\n");
  163.         DS1302_ReadBurst(DS1302_R_CLK_BURST, 8, BUF);
  164.         DS1302_printBuf(8);
  165.         DS1302_ReadBurst(DS1302_R_RAM_BURST, 8, BUF);
  166.         DS1302_printBuf(8);
  167.         sleep(491);
  168.     }
  169. }
复制代码

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ID:624769 发表于 2021-8-28 16:39 | 显示全部楼层
纠正一下， DS1302, 是SPI, 是早期的半双工SPI, 也叫双线制SPI（不算CE，现在普遍的都是三线全双工SPI）,如果你手头有CH551这类低端的单片机，你会发现SPI设置成双线半双工模式后，可以直接用SPI驱动DS1302。效率也高，代码也简单。
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ID:912806 发表于 2021-8-29 21:16 | 显示全部楼层
188610329 发表于 2021-8-28 16:39
纠正一下， DS1302, 是SPI, 是早期的半双工SPI, 也叫双线制SPI（不算CE，现在普遍的都是三线全双工SPI）,如 ...

多谢指导, 长知识了.
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