实时时钟芯片DS1302的工作原理及开发要点

DS1320的基本概述

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SPI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接口由MCU去完成而已。

DS1320的工作电压比较宽，在2.0V~5.5V都可以正常工作。芯片采用双电源供电，当主电源比备用电源高0.2V以上时，由主电源供电，否则由备用电源供电。备用电源一般是一个纽扣电池。DS1302的功耗一般很低，在2.0V工作电压的时候，工作电流小于300nA。

DS1302的指令格式

DS1302的时钟日历寄存器

在DS1302中有两块存储器：日历时钟寄存器和静态RAM存储器。
前者用于记录实时时间，后者用于记录其他数据。
对于基本的实时时钟应用，用户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。
DS1302有关日历和时钟的寄存器有12个，我们最常用的有7个。

要理解日历时钟寄存器的具体定义，你需要先了解一个编码知识点：
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的真实值为整数19，但BCD码表示的是整数13。

由于在DS1302的指令格式定义中，最后一位是读写控制位，所以，对于同一个寄存器单元，DS1302读寄存器和写寄存器的指令是不一样的。
为了程序设计方便，我们可以认为它们是读寄存器和写寄存器两个不同的地址，并定义三个数组，对读寄存器地址、写寄存器地址和日历时钟寄存器参数进行管理。

DS1302的通信接口

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。

官方手册下载：DS1302数据原版手册

控制字的输出总是从最低位开始，在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟信号的上升沿，数据被写入DS1302 ，数据的写入是从最低位到最高位的。
时间数据的读入从最低位开始；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的。

DS1302的单字节写操作时序

【1】在时钟信号SCLK为低电平的时候，拉高使能端RST的电平。
【2】数据位在时钟SCLK的上升沿完成写入操作。
【3】单字节的写入需要2个参数：第一个为控制字，指明控制方式和目标寄存器的地址；第二个位写入的具体数据。

//DS1302单字节写操作的底层驱动代码参考--51版
//第一个参数  addr：待写入的目标寄存器地址
//第二个参数  dat： 待写入的具体数据
void DS1302_WriteByte(unsigned char addr, unsigned char dat)
{
        unsigned char n;
        RST = 0;
        Delay_DS1302(1);
        SCLK = 0;
        Delay_DS1302(1);
        RST = 1;                    //在SCLK为低电平的时候拉高RST
        Delay_DS1302(1);        
        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;
                Delay_DS1302(1);    //在SCLK的上升沿写入数据位
                SCLK = 0;
                Delay_DS1302(1);
        }
        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;
                Delay_DS1302(1);    //在SCLK的上升沿写入数据位
                SCLK = 0;
                Delay_DS1302(1);
        }                 
        RST = 0;
        Delay_DS1302(1);
}

DS1302的单字节读操作时序

【1】在时钟信号SCLK为低电平的时候，拉高使能端RST的电平。
【2】数据位在时钟SCLK的上升沿完成写入操作；在SCLK的下降沿完成读出操作。
【3】单字节的读出有1个参数：第一个为控制字，指明控制方式和目标寄存器的地址。
【4】单字节的读出有1个返回值：为读到的具体数据。

unsigned char DS1302_ReadByte(unsigned char addr)
{
        unsigned char n,dat,tmp;
        RST = 0;
        Delay_DS1302(1);
        SCLK = 0;
        Delay_DS1302(1);
        RST = 1;
        Delay_DS1302(1);
        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;
                Delay_DS1302(1);
                SCLK = 0;
                Delay_DS1302(1);
        }
        
        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;
                Delay_DS1302(1);
                SCLK = 0;
                Delay_DS1302(1);
        }
        RST = 0;
        Delay_DS1302(1);
        SCLK = 1;
        Delay_DS1302(1);
        DSIO = 0;
        Delay_DS1302(1);
        DSIO = 1;
        Delay_DS1302(1);
        return dat;        
}