8.1 實時時鐘簡介

?????? RTC(Real Time Clock)，是實時時鐘的縮寫，實時時鐘是日常生活中應用最為廣泛的功能。它為人們提供精確的實時時間，或者為電子系統提供精確的時間基準，目前實時時鐘芯片大多采用精度較高的晶體振蕩器作為時鐘源。有些時鐘芯片為了在主電源掉電時，還可以工作，需要外加電池供電。

?????? 現在的高端處理器大都內置了RTC模塊，但是由于51單片機速度較慢，主要用于低端的控制系統中，所以沒有內置RTC模塊，需要采用時鐘芯片來完成這個功能，現在常用的時鐘芯片有很多，現在以DS1302為例說明時鐘芯片的使用方法。

8.2 DS1302簡介

8.2.1 DS1302概述

?????? DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實時時鐘芯片，附加31字節靜態RAM，采用SPI三線接口與CPU進行同步通信，并可采用突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號和RAM數據。實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調整，且具有閏年補償功能。工作電壓寬達2.5～5.5V。采用雙電源供電(主電源和備用電源)，可設置備用電源充電方式，提供了對備用電源進行涓細電流充電的能力。

8.2.2通信協議

?????? 在之前的章節中，除了USART那一部分，都是采用了并行通信作為數據傳輸的方式，并行通信雖然速度很快，但是對硬件有著很高的要求，比如如果傳輸8位的數據，就需要8根通信線，如果是16位的數據就需要16根通信線，并且隨著通信線長度不一樣，可能會存在數據錯誤或者丟失的情況。串行通信雖然速度沒有并行通信那么高，但是一根數據線可以傳送任意字節的數據，降低了設計中布線的難度。

?????? DS1302就是串行通信方式，芯片的引腳分布如下圖所示。

????串行通信中，用到了兩個端口，時鐘信號CLK和數據信號I/O，時鐘信號用于提供數據發送的脈沖，數據信號I/O用于將數據拆成0101的形式發送過去，DS1302的時序包括讀和寫兩種時序，時序圖如下圖所示。

(1)寫時序

(2)讀時序

8.2.3 RTC內部寄存器

(1)秒寄存器

讀地址：0x81

寫地址：0x80

Bit 7：時鐘開關

?????? 0：關閉

?????? 1：開啟

Bit 6~Bit 4：秒數據十位

Bit 3~Bit 0：秒數據個位

(2)分鐘寄存器

讀地址：0x83

寫地址：0x82

Bit 6~Bit 4：分鐘數據十位

Bit 3~Bit 0：分鐘數據個位

(3)小時寄存器

讀地址：0x85

寫地址：0x84

Bit 7：小時制選擇

?????? 0：24小時制

?????? 1：12小時制

Bit 5~Bit 4：小時數據十位(24小時制)

????????????? 當Bit 7設置為12小時制的時候Bit5代表上下午，Bit 4代表小時數據的十位

Bit 3~Bit 0：小時數據個位

(4)日期寄存器

讀地址：0x87

寫地址：0x86

Bit 5~Bit 4：日期數據十位

Bit 3~Bit 0：日期數據個位

(5)月份寄存器

讀地址：0x89

寫地址：0x88

Bit 5~Bit 4：月份數據十位

Bit 3~Bit 0：月份數據個位

(6)星期寄存器

讀地址：0x8B

寫地址：0x8A

Bit 2~Bit 0：星期數據個位

(7)年份寄存器

讀地址：0x8D

寫地址：0x8C

Bit 7~Bit 4：年份數據十位

Bit 3~Bit 0：年份數據個位

(8)寫保護寄存器

讀地址：0x8F

寫地址：0x8E

Bit 7：寫保護控制

?????? 0：關閉寫保護

?????? 1：開啟寫保護

8.2.4 原理圖

8.3 例程分析

(1)由于程度很長，只做幾個重點位置的講解。先來看顯示部分

在之前1602顯示的實驗上增加了一個函數LCD_Show_String，這個函數用于在屏幕任意位置顯示字符串，C語言中的字符串其實是一個一維數組，這個一維數組中存放的是ASCII碼，假設定義一個字符串Hello World，那么實際在單片機里面存儲的數據如下表所示

換算到16進制里面就是

現在來分析這個子函數

第112行：使用switch語句來進行坐標轉換，因為LCD1602第1行第1個位置的地址是0x80，第2行第1個位置的地址則是0xC0，所以需要用分支語句來控制最后的地址

第115行，如果是第1行(第1行用0表示的)，那么地址就是行地址加列地址，1602內部規定了列地址從0~15，如果是第1行第2個位置，那么具體的地址就應該是0x80+1=0x81，如果是第2行第5個位置就應該是0xC0+4=0xC4

第124行：地址設置屬于輸入命令，所以應該調用LCD命令寫入函數，將之前的地址數據寫入LCD1602中

第125行：由于LCD1602設置了地址自動加一，所以寫入連續的數據的時候不需要頻繁設置地址，這就可以采用循環的方式把字符串寫進去，ASCII雖然有128個數據，但是能夠顯示的數據并不多，仔細觀察ASCII碼表可以發現，只有空格之后的數據是可以顯示的，之前的都是控制字符，而空格的ASCII碼值是0x20，程序中的\0的ASCII碼值是0x00，也就是說當檢測到要寫入的數據是0x00的時候就說明字符串寫完了，此時結束循環即可

第127行：利用LCD數據寫入函數把指針指向的地址里面的數據寫入LCD1602

第128行：指針自增，為了讓指針指向的下一個字符的地址，因為數組里面的數據在地址中都是連續存放的，如果第一個字符的地址是0x00，那么下一個字符的地址就一定是0x01

(2)然后我們來看DS1302的驅動函數，重點分析如何將一個字節拆分成0101的二進制位發出去，并分析如何將0101的二進制位變成一個完整的字節。

假設存在1個字節0x23，現在我想把這個字節從最低位到最高位一位一位的將數據傳送出去，應該怎么辦呢？

?????? 首先23 H=0010 0011B，最低位是1，最高位是0，現在將0x23&0x01進行運算，結果當然是0x01，這時，我們就應該將數據線變成1，然后0x23往右移動一個二進制位，得出的結果是11 H=0001 0001 B(這里有一個重點，數據右移的時候，最高位是補0的，數據左移的時候，最低位補0)。

?????? 假設上面的數據右移了2次后，最初的23 H變成了08 H=0000 1000 B，現在繼續對0x08&0x01做運算得出的結果是0，這時，將數據線變為0，如此循環8次，就可以將1個字節分成串行數據一位一位的傳送出去了。

上圖所示的代碼就是串行數據的發送與接收，下面開始考慮接收，如何將串行數據拼接成并行數據呢？

?????? 假設串行數據先發送最低位，首先將一個數據00 H右移一個二進制位，得出的數據當然還是00 H，然后如果數據總線上的電平是1，那么此時就把00 H和80 H做或運算，得出的結果就是80 H，然后下一個電平的時候80 H右移一個二進制位，得出的結果是40 H，如果此時數據線的電平還是1，那就繼續和80 H做或運算，得C0 H，最終通過8次運算，就可以將1個字節全部接收完畢。

?????? 根據上面的分析和DS1302的時序圖，就可以寫出DS1302讀取數據的函數，如下圖所示。

(3)下面我們來分析下如何將DS1302計算得出的數據顯示在屏幕上，主函數的程序如下圖所示。

????在while循環里面，由于數據不連續，所以需要先寫顯示的地址，然后寫入數據以顯示年為例，由于年份后面2位(個位和十位)的坐標是第1行的第4列和第5列，所以只需要將地址設置成第一行的第4列就行了，由于1602內部地址從0開始，所以第1行的第4列地址應該是0x80+3。

?????? 第229行和第230行里面，數據除以10取整數部分和除以10取余數部分都比較容易理解，那么為什么要加上0x30呢，這是因為ASCII碼表里面，0~9的ASCII值是0x30~0x39，所以如果不加0x30，那么寫入的0~9實際是控制字符，剛才說過了ASCII碼表里面0x20之前的都是控制字符，直接寫入0x00~0x09是不顯示的，所以加上0x30之后，9就變成了0x39。

8.4 完整代碼

/*********************************************************************************************************                頭    文    件    引    用*********************************************************************************************************/#include                                             //導入51單片機頭文件/*********************************************************************************************************              數    據    類    型    定    義*********************************************************************************************************/#define u8 unsigned char                                        //定義無符號字符型數據(0~255)#define u16 unsigned int                                        //定義無符號整型數據(0~65535)/*********************************************************************************************************              硬    件    端    口    定    義*********************************************************************************************************///LCD1602控制端口#define LCD_DB  P0                                            //LCD數據口sbit LCD_RS = P2^0 ;                                          //數據命令選擇sbit LCD_RW = P2^1 ;                                          //讀寫控制sbit LCD_EN  = P2^2 ;                                          //使能控制//DS1302控制端口sbit DS_CLK  = P2^6 ;                                          //串行時鐘sbit DS_RST  = P2^5 ;                                          //復位sbit DS_IO  = P2^7 ;                                          //串行數據/*********************************************************************************************************              數    據    結    構    定    義*********************************************************************************************************/typedef struct{  u8 Second;                      //秒  u8 Minute;                      //分  u8 Hour;                      //時  u8 Date;                      //日  u8 Month;                      //月  u8 Year;                      //年}DS1302_Data;DS1302_Data Time;/********************************************************Name    :delay_msFunction  :毫秒延時函數Paramater  :      ms:延時的時間Return    :None********************************************************/void delay_ms( u16 ms ){  u8 i ;  while( --ms )    for( i=0; i<110; i++ ) ;}/*********************************************************************************************************                LCD1602    顯    示    程    序*********************************************************************************************************//********************************************************Name    :LCD_Write_CommandFunction  :LCD寫入命令Paramater  :      Command:命令代碼Return    :None********************************************************/void LCD_Write_Command( u8 Command ){  LCD_RS = 0 ;                                            //命令模式  LCD_RW = 0 ;                                            //寫模式  LCD_EN = 0 ;                                            //使能復位  LCD_DB = Command ;                                          //發送數據到P0總線  delay_ms( 5 ) ;  LCD_EN = 1 ;                                            //使能拉高  delay_ms( 1 ) ;  LCD_EN = 0 ;                                            //下降沿數據寫入  delay_ms( 1 ) ;}/********************************************************Name    :LCD_Write_DataFunction  :LCD寫入數據Paramater  :      Data:數據Return    :None********************************************************/void LCD_Write_Data( u8 Data ){  LCD_RS = 1 ;                                            //數據模式  LCD_RW = 0 ;                                            //寫模式  LCD_EN = 0 ;                                            //使能復位  LCD_DB = Data ;                                            //發送數據到P0總線  delay_ms( 5 ) ;  LCD_EN = 1 ;                                            //使能拉高  delay_ms( 1 ) ;  LCD_EN = 0 ;                                            //下降沿數據寫入  delay_ms( 1 ) ;}/********************************************************Name    :LCD_InitFunction  :LCD初始化Paramater  :NoneReturn    :None********************************************************/void LCD_Init(){  LCD_Write_Command( 0x38 ) ;                                      //8位總線寬度+顯示2行+每個字符占用5×10的點陣  LCD_Write_Command( 0x0C ) ;                                      //開啟顯示+關閉光標+關閉光標顯示  LCD_Write_Command( 0x06 ) ;                                      //光標右移+寫入數據后顯示屏不移動  LCD_Write_Command( 0x01 ) ;                                      //清屏}/********************************************************Name    :LCD_Show_StringFunction  :LCD顯示字符串Paramater  :NoneReturn    :None********************************************************/void LCD_Show_String( u8 x, u8 y, u8 *str ){  u8 Address ;  //計算坐標  switch( y )  {    case 0:      Address=0x80+x ;                                      //第一行數據地址      break;    case 1:      Address=0xC0+x ;                                      //第二行數據地址      break;    default:      break;  }  //寫入數據  LCD_Write_Command( Address ) ;                                    //設置寫入地址  while( *str!='\0' )  {    LCD_Write_Data( *str ) ;                                    //寫入數據    str ++ ;                                            //指針地址累加  }}/*********************************************************************************************************                DS1302    時    鐘    程    序*********************************************************************************************************//********************************************************Name    :DS1302_Write_ByteFunction  :DS1302寫入字節Paramater  :      Byte:寫入的字節Return    :None********************************************************/void DS1302_Write_Byte( u8 Byte ){  u8 i ;  for( i=0; i<8; i++ )  {    if( ( Byte&0x01 )==0x01 )                                    //判斷最低位是1      DS_IO = 1 ;                                          //數據線拉高發送1    else      DS_IO = 0 ;                                          //數據線拉低發送0    Byte >>= 1 ;                                          //數據右移一個位    DS_CLK = 0 ;                                          //時鐘線復位    DS_CLK = 1 ;                                          //時鐘線拉高產生上升沿  }}/********************************************************Name    :DS1302_Read_ByteFunction  :DS1302讀取字節Paramater  :NoneReturn    :讀取的字節********************************************************/u8 DS1302_Read_Byte(){  u8 i, Byte ;  DS_CLK = 1 ;                                            //時鐘線拉高  Byte = 0 ;  for( i=0; i<8; i++ )  {    Byte >>= 1 ;                                          //數據右移一個位    DS_CLK = 0 ;                                          //時鐘線拉低產生下降沿    if( DS_IO==1 )                                          //判斷數據線上的值為1      Byte |= 0x80 ;                                        //字節寫入1    DS_CLK = 1 ;                                          //時鐘線拉高  }  return Byte ;}/********************************************************Name    :DS1302_Read_TimeFunction  :DS1302讀取時間Paramater  :NoneReturn    :None********************************************************/void DS1302_Read_Time(){  u8 i, Byte ;  u8 Read_Address[] = { 0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8D } ;                    //寄存器地址  for( i=0; i<6; i++ )  {    DS_RST = 0 ;                                          //復位    DS_CLK = 0 ;                                          //時鐘線復位    DS_RST = 1 ;                                          //停止復位    DS1302_Write_Byte( Read_Address[ i ] ) ;                            //發送地址    Byte = DS1302_Read_Byte() ;                                    //讀取數據    switch( i )    {      case 0:        Time.Second = ( ( Byte&0xF0 )>>4 )*10+( Byte&0x0F ) ;                  //計算秒        break ;      case 1:        Time.Minute = ( ( Byte&0xF0 )>>4 )*10+( Byte&0x0F ) ;                  //計算分        break ;      case 2:        Time.Hour = ( ( Byte&0xF0 )>>4 )*10+( Byte&0x0F ) ;                    //計算時        break ;      case 3:        Time.Date = ( ( Byte&0xF0 )>>4 )*10+( Byte&0x0F ) ;                    //計算日        break ;      case 4:        Time.Month = ( ( Byte&0xF0 )>>4 )*10+( Byte&0x0F ) ;                  //計算月        break ;      case 5:        Time.Year = ( ( Byte&0xF0 )>>4 )*10+( Byte&0x0F ) ;                    //計算年        break ;    }  }}/*********************************************************************************************************                    主    函    數*********************************************************************************************************/void main(){  LCD_Init() ;  LCD_Show_String( 0, 0, " 2000 - 00 - 00 " ) ;  LCD_Show_String( 0, 1, "  00 : 00 : 00  " ) ;  while( 1 )  {    DS1302_Read_Time() ;                                              //DS1302讀取時間    //顯示年    LCD_Write_Command( 0x80+3 ) ;                                      //寫入顯示地址    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Year/10 ) ;                              //寫入十位    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Year%10 ) ;                              //寫入個位    //顯示月    LCD_Write_Command( 0x80+8 ) ;                                      //寫入顯示地址    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Month/10 ) ;                              //寫入十位    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Month%10 ) ;                              //寫入個位    //顯示日    LCD_Write_Command( 0x80+13 ) ;                                     //寫入顯示地址    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Date/10 ) ;                              //寫入十位    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Date%10 ) ;                              //寫入個位    //顯示時    LCD_Write_Command( 0xC0+2 ) ;                                      //寫入顯示地址    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Hour/10 ) ;                              //寫入十位    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Hour%10 ) ;                              //寫入個位    //顯示分    LCD_Write_Command( 0xC0+7 ) ;                                        //寫入顯示地址    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Minute/10 ) ;                              //寫入十位    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Minute%10 ) ;                              //寫入個位    //顯示秒    LCD_Write_Command( 0xC0+12 ) ;                                        //寫入顯示地址    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Second/10 ) ;                              //寫入十位    LCD_Write_Data( 0x30+Time.Second%10 ) ;                              //寫入個位  }}