大家好，通過前一期的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)對ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板的使用方法及學(xué)習(xí)方式有所了解與熟悉，學(xué)會了如何用單片機來控制發(fā)光管、繼電器、蜂鳴器、按鍵、數(shù)碼管、RS232串口、步進(jìn)電機、溫度傳感器、I2C 總線、SPI 總線等資源，體會到了學(xué)習(xí)板的易用性與易學(xué)性，這一期我們將介紹市面上常見的時鐘芯片DS1302 的應(yīng)用。

　　一、DS1302時鐘芯片簡介

　　DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充電時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘/ 日歷和31 字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機進(jìn)行通信。實時時鐘/ 日歷電路提供秒、分、時、日、星期、月、年的信息，每個月的天數(shù)和閏年的天數(shù)可自動調(diào)整，時鐘操作可通過AM/PM 標(biāo)志位決定采用24 或12 小時時間格式。DS1302 與單片機之間能簡單地采用同步串行的方式進(jìn)行通信，僅需三根I/O 線：復(fù)位（RST）、I/O 數(shù)據(jù)線、串行時鐘（SCLK）。時鐘/RAM 的讀/寫數(shù)據(jù)以一字節(jié)或多達(dá)31 字節(jié)的字符組方式通信。

　　DS1302 工作時功耗很低，保持?jǐn)?shù)據(jù)和時鐘信息時，功耗小于1mW。

　　1. DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　DS1302 的外部引腳功能說明如圖1 所示。

圖1 DS1302封裝圖

　　DS1302 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2 所示，主要組成部分為：移位寄存器、控制邏輯、振蕩器、實時時鐘以及RAM。雖然數(shù)據(jù)分成兩種，但是對單片機的程序而言，其實是一樣的，就是對特定的地址進(jìn)行讀寫操作。

圖2 DS1302的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　DS1302 含充電電路，可以對作為后備電源的可充電電池充電，并可選擇充電使能和串入的二極管數(shù)目，以調(diào)節(jié)電池充電電壓。不過對我們目前而言，需要熟悉的是和時鐘相關(guān)部分的功能，對于其它參數(shù)請參閱數(shù)據(jù)手冊。

　　2. DS1302 的工作原理

　　DS1302 工作時為了對任何數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行初始化，需要將復(fù)位腳（RST）置為高電平且將8 位地址和命令信息裝入移位寄存器。數(shù)據(jù)在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù)。時鐘脈沖的個數(shù)在單字節(jié)方式下為8+8（8 位地址+8 位數(shù)據(jù)），在多字節(jié)方式下為8 加多可達(dá)248 的數(shù)據(jù)。

　　3. DS1302 的寄存器和控制命令

　　對DS1302 的操作就是對其內(nèi)部寄存器的操作，DS1302 內(nèi)部共有12 個寄存器，其中有7 個寄存器與日歷、時鐘相關(guān)，存放的數(shù)據(jù)位為BCD 碼形式。

　　此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發(fā)寄存器及與RAM 相關(guān)的寄存器等。

　　時鐘突發(fā)寄存器可性順序讀寫除充電寄存器以外的寄存器。日歷、時間寄存器及控制字如表1 所示。

表1 日歷、時鐘寄存器與控制字對照表

　　一位RD/W 為“0”時表示進(jìn)行寫操作，為“1”時表示讀操作。

　　DS1302 內(nèi)部寄存器列表如表2 所示。

　　DS1302 內(nèi)部的RAM 分為兩類，一類是單個RAM 單元，共31 個，每個單元為一個8 位的字節(jié)，其命令控制字為COH~FDH，其中奇數(shù)為讀操作，偶數(shù)為寫操作；再一類為突發(fā)方式下的RAM，此方式下可性讀寫所有的RAM 的31 個字節(jié)，命令控制字為FEH（寫）、FFH（讀）。

表2 DS14302內(nèi)部主要寄存器分布表

　　我們現(xiàn)在已經(jīng)知道了控制寄存器和RAM 的邏輯地址，接著就需要知道如何通過外部接口來訪問這些資源。單片機是通過簡單的同步串行通訊與DS1302通訊的，每次通訊都必須由單片機發(fā)起，無論是讀還是寫操作，單片機都必須先向DS1302 寫入一個命令幀，位BIT7 固定為1，BIT6 決定操作是針對RAM 還是時鐘寄存器，接著的5 個BIT 是RAM或時鐘寄存器在DS1302 的內(nèi)部地址，一個BIT表示這次操作是讀操作抑或是寫操作。

　　物理上，DS1302 的通訊接口由3 個口線組成，即RST，SCLK，I/O。其中RST 從低電平變成高電平啟動數(shù)據(jù)傳輸過程，SCLK 是時鐘線，I/O 是數(shù)據(jù)線。具體的讀寫時序參考圖3，但是請注意，無論是哪種同步通訊類型的串行接口，都是對時鐘信號敏感的，而且一般數(shù)據(jù)寫入有效是在上升沿，讀出有效是在下降沿（DS1302 正是如此的，但是在芯片手冊里沒有明確說明），如果不是特別確定，則把程序設(shè)計成這樣：平時SCLK 保持低電平，在時鐘變動前設(shè)置數(shù)據(jù)，在時鐘變動后讀取數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)操作總是在SCLK 保持為低電平的時候，相鄰的操作之間間隔有一個上升沿和一個下降沿。

圖3 DS1302的命令字結(jié)構(gòu)

　　通過前文的原理介紹，我們已經(jīng)對DS1302 時鐘芯片的特性以及工作原理有了大致地了解，但當(dāng)我們拿到一個時鐘器件時要正確地應(yīng)用它還是一時不知如何下手，比如我們要做一個簡單的時間顯示，需要怎么辦呢？首先，時鐘芯片與單片機的連接非常簡單，一般來說，我們只需要將IIC 器件的復(fù)位“RST”、數(shù)據(jù)“I/O”、時鐘“SCLK”端與單片機的I/O 口相連，就可以進(jìn)行時間、日期數(shù)據(jù)的寫入或讀取了?，F(xiàn)在，我們來一起看一個使用DS1302 做時間顯示的例子，通過一個實例，相信會給大家?guī)硪粋€感性的認(rèn)識。

　　首先， 我們來看一下增強型PIC 實驗板上DS1302 器件的接口電路，因為我們需要將軟件和硬件相結(jié)合進(jìn)行考慮如何來編程，完成該實驗的硬件原理圖如圖4 所示，U2 為實驗板上DS1302 芯片，“I/O”

　　與單片機的RB5 口相連，“SCLK”與單片機RB6 相連，“RST”與單片機RB7 相連，七段數(shù)碼管D5、D7、D8 組成了顯示單元，字形碼的數(shù)據(jù)通過RC 口送入，各數(shù)碼管的顯示片選信號分別不同的RA 口進(jìn)行控制。

圖4 硬件原理圖

　　對于單機軟件的編程，我們使用MPLab IDE 軟件來進(jìn)行C 語言編程，它是我們的編程環(huán)境，同時我們可以通過使用ICD2 仿真燒寫器和增強型PIC 實驗板連接進(jìn)行程序的仿真調(diào)試和燒寫步驟，具體的操作步驟，我們已經(jīng)在前幾期做了詳細(xì)的說明和介紹，在此就不再重復(fù)說明，讀者朋友可以參閱以前的文章或直接登陸我們的網(wǎng)站查看資料?，F(xiàn)在我們可以輸入程序代碼進(jìn)行調(diào)試了，我們在MPLab IDE 軟件中新建工程，加入源程序代碼，同時進(jìn)行芯片型號的選擇和配置位的設(shè)置，我們實驗所用的芯片型號為PIC16F877A。編寫的程序代碼如下，其中程序流程圖如圖5 所示，實際運行效果如圖6 所示。

圖5 軟件流程

圖6 DS1302 實驗演示圖

　　二、軟件代碼

　　/*************************************************/

　　/*DS1302 讀寫演示程序 */

　　/* 目標(biāo)器件：PIC16F877A */

　　/* 晶振：4.0MHZ */

　　/* 編譯環(huán)境：MPLAB V7.51 */

　　/**************************************************/

　　#include<pic.h>

　　#define i_o RB5

　　#define sclk RB6

　　#define rst RB7

　　unsigned char time_rx @ 0x30;

　　// 定義接收寄存器

　　static volatile bit time_rx7 @ （unsigned）&time_rx*8+7;

　　// 接收寄存器的位

　　/***************************************************

　　子函數(shù)定義

　　**************************************************/

　　void port_init（）； // 申明引腳初始化函數(shù)

　　void ds1302_init（）； // 申明DS1302 初始化函數(shù)

　　void set_time（）； // 申明設(shè)置時間函數(shù)

　　void get_time（）； // 申明讀取時間函數(shù)

　　void display（）； // 申明顯示函數(shù)

　　void time_write_1（unsigned char time_tx）；

　　// 申明寫一個字節(jié)函數(shù)

　　unsigned char time_read_1（）；

　　// 申明讀一個字節(jié)函數(shù)

　　void delay（）； // 申明延時函數(shù)

　　/***************************************************

　　時間和日期存放表

　　**************************************************/

　　const char table[]={0x00,0x30,0x12,0x8,0x3,0x06,0x06,0x00};

　　char table1[7];

　　/**************************************************

　　共陰LED 段碼表

　　**************************************************/

　　const char table2[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E};

　　void main（）

　　{

　　port_init（）； // 調(diào)用引腳初始化函數(shù)

　　TRISC =0x00;

　　ds1302_init（）； // 調(diào)用DS1302 初始化函數(shù)

　　set_time（）； // 調(diào)用設(shè)置時間函數(shù)

　　while（1）

　　{

　　get_time（）； // 調(diào)用取時間函數(shù)

　　display（）； // 調(diào)用顯示函數(shù)

　　}

　　}

　　void ds1302_init（） // DS1302 初始化函數(shù)子程序

　　{

　　sclk=0; // 拉低時鐘信號

　　rst =0; // 復(fù)位DS1302

　　rst=1; // 使能DS1302

　　time_write_1（0x8e）； // 發(fā)控制命令

　　time_write_1（0）； // 允許寫DS1302

　　rst=0; // 復(fù)位

　　}

　　void set_time（） // 設(shè)置時間函數(shù)子程序

　　{

　　int i; // 定義循環(huán)變量

　　rst=1; // 使能DS1302

　　time_write_1（0xbe）； // 時鐘多字節(jié)寫命令

　　for（i=0;i<8;i++） // 連續(xù)寫8 個字節(jié)數(shù)據(jù)

　　{

　　time_write_1（table[i]）； // 調(diào)用寫一個字節(jié)函數(shù)

　　delay（）；

　　}

　　rst=0; // 復(fù)位

　　}

　　void get_time（） // 讀取時間函數(shù)子程序

　　{

　　int i; // 設(shè)置循環(huán)變量

　　rst=1; // 使能DS1302

　　time_write_1（0xbf）； // 發(fā)送多字節(jié)讀取命令

　　for（i=0;i<7;i++） // 連續(xù)讀取7 個字節(jié)數(shù)據(jù)

　　{

　　table1[i]=time_read_1（）；

　　// 調(diào)用讀取1 個字節(jié)數(shù)據(jù)的函數(shù)

　　delay（）；

　　}

　　rst=0; // 復(fù)位DS1302

　　}

　　void time_write_1（unsigned char time_tx）

　　{

　　int j; // 設(shè)置循環(huán)變量

　　for（j=0;j<8;j++） // 連續(xù)寫8bit

　　{

　　i_o=0; // 先設(shè)置數(shù)據(jù)為0

　　sclk=0; // 時鐘信號拉低

　　if（time_tx&0x01） // 判斷待發(fā)送的數(shù)據(jù)位是0 或1

　　{

　　i_o=1; // 待發(fā)送數(shù)據(jù)位是1

　　}

　　time_tx=time_tx》1; // 待發(fā)送的數(shù)據(jù)右移1 位

　　sclk=1; // 拉高時鐘信號

　　}

　　sclk=0; // 寫完一個字節(jié)，拉低時鐘信號

　　}

　　unsigned char time_read_1（）

　　{

　　int j; // 設(shè)置循環(huán)變量

　　TRISB5=1; // 設(shè)置數(shù)據(jù)口方向為輸入

　　for（j=0;j<8;j++） // 連續(xù)讀取8bit

　　{

　　sclk=0; // 拉低時鐘信號

　　time_rx=time_rx》1; // 接收寄存器右移1 位

　　time_rx7=i_o;

　　// 把接收到的數(shù)據(jù)放到接收寄存器的位sclk=1; // 拉高時鐘信號

　　}

　　TRISB5=0; // 恢復(fù)數(shù)據(jù)口方向為輸出

　　sclk=0; // 拉低時鐘信號

　　return（time_rx）； // 返回讀取到的數(shù)據(jù)

　　}

　　void port_init（）

　　{

　　TRISA=0x00; // 設(shè)置A 口全輸出

　　TRISC=0X00; // 設(shè)置C 口全輸出

　　TRISB=0x00;

　　}

　　void display（） // 顯示子程序

　　{

　　int i; // 定義查表變量

　　i=table1[0]&0x0f; // 求秒的個位

　　PORTC=table2[i]; // 送C 口顯示

　　PORTA=0xFD; // 點亮秒的個位

　　delay（）； // 延長一段時間，保證亮度

　　i=table1[0]&0xf0; // 求秒的十位

　　i=i》4; // 右移4 位

　　PORTC=table2[i]; // 送C 口顯示

　　PORTA=0xFE; // 點亮秒的十位

　　delay（）； // 延長一段時間，保證亮度

　　i=table1[1]&0x0f; // 求分的個位

　　PORTC=table2[i]&0x7f;

　　// 送C 口顯示，并顯示小數(shù)點

　　PORTA=0xF7; // 點亮分的個位

　　delay（）； // 延時一定時間，保證亮度

　　i=table1[1]&0xf0; // 求分的十位

　　i=i》4;

　　PORTC=table2[i]; // 送C 口顯示

　　PORTA=0xFB; // 點亮分的十位

　　delay（）； // 延長一段時間，保證亮度

　　i=table1[2]&0x0f; // 求時的個位

　　PORTC=table2[i]&0x7f;

　　// 送C 口顯示，并加上小數(shù)點

　　PORTA=0xDF; // 點亮?xí)r的個位

　　delay（）； // 延時一定時間，保證亮度

　　i=table1[2]&0xf0; // 求時的十位

　　i=i》4;

　　PORTC=table2[i]; // 送C 口顯示

　　PORTA=0xEF; // 點亮?xí)r的十位

　　delay（）； // 延長一段時間，保證亮度

　　}

　　void delay（） // 延時程序

　　{

　　int i; // 定義整形變量

　　for（i=100;i--;）； // 延時

　　}

　　看到這里，相信你現(xiàn)在已經(jīng)可以完成一些簡單的電子鐘實驗，DS1302 的原理與使用我們講到這里。

　　增強型PIC 實驗板系統(tǒng)資源豐富，可做實驗有：6 位LED 數(shù)碼管、8 路LED、直控鍵盤、蜂鳴器喇叭、繼電器試驗、I2C 總線接口、SPI 總線接口、160X 液晶、128X64 液晶、紅外接收頭接口、步進(jìn)電機驅(qū)動接口、AD 模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換接口、串行時鐘芯片DS1302、溫度傳感器DS18B20 接口、RS232 串口通訊、外擴展接口以便外接更多的實驗資源。