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DS1302的内部原理
时钟芯片DS1302的内部原理
2007年09月14日星期五上午11:
09
摘要:
介绍美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟电路DS1302的结构、工作原理及其在实时显示时间中的应用。
它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时,且具有闰年补偿等多种功能。
给出DS1302在读写中的C51程序及流程图,以及在调试过程中的注意事项。
关键词:
时钟电路;实时时钟;单片机;应用
1引言
现在流行的串行时钟电路很多,如DS1302、DS1307、PCF8485等。
这些电路的接口简单、价格低廉、使用方便,被广泛地采用。
本文介绍的实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路,主要特点是采用串行数据传输,可为掉电保护电源提供可编程的充电功能,并且可以关闭充电功能。
采用普通32.768kHz晶振。
2DS1302的结构及工作原理
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。
2.1引脚功能及结构
图1示出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),后面有详细说明。
SCLK始终是输入端。
2.2DS1302的控制字节
DS1302的控制字如图2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。
2.3数据输入输出(I/O)
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。
2.4DS1302的寄存器
DS1302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,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。
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外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:
一类是单个RAM单元,共31个,每个单元组态为一个8位的字节,其命令控制字为C0H~FDH,其中奇数为读操作,偶数为写操作;另一类为突发方式下的RAM寄存器,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)。
3DS1302实时显示时间的软硬件
DS1302与CPU的连接需要三条线,即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。
图3示出DS1302与89C2051的连接图,其中,时钟的显示用LCD。
3.1DS1302与CPU的连接
实际上,在调试程序时可以不加电容器,只加一个32.768kHz的晶振即可。
只是选择晶振时,不同的晶振,误差也较大。
另外,还可以在上面的电路中加入DS18B20,同时显示实时温度。
只要占用CPU一个口线即可。
LCD还可以换成LED,还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101,内含看门狗(WDT)/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路,并有内置显示RAM,可显示任意字段笔划,具有3-4线串行接口,可与任何单片机、IC接口。
功耗低,显示状态时电流为2μA(典型值),省电模式时小于1μA,工作电压为2.4V~3.3V,显示清晰。
1DS1302简介:
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片,附加31字节静态RAM,采用SPI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和RAM数据。
实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年,一个月小与31天时可以自动调整,且具有闰年补偿功能。
工作电压宽达2.5~5.5V。
采用双电源供电(主电源和备用电源),可设置备用电源充电方式,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的外部引脚分配
图2DS1302的内部结构
各引脚的功能为:
Vcc1:
主电源;Vcc2:
备份电源。
当Vcc2>Vcc1+0.2V时,由Vcc2向DS1302供电,当Vcc2 SCLK: 串行时钟,输入; I/O: 三线接口时的双向数据线; CE: 输入信号,在读、写数据期间,必须为高。 该引脚有两个功能: 第一,CE开始控制字访问移位寄存器的控制逻辑;其次,CE提供结束单字节或多字节数据传输的方法。 DS1302有下列几组寄存器: ①DS1302有关日历、时间的寄存器共有12个,其中有7个寄存器(读时81h~8Dh,写时80h~8Ch),存放的数据格式为BCD码形式,如图3所示。 图3DS1302有关日历、时间的寄存器 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。 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。 ②DS1302有关RAM的地址 DS1302中附加31字节静态RAM的地址如图4所示。 图4 ③DS1302的工作模式寄存器 所谓突发模式是指一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。 突发模式寄存器如图5所示。 图5 ④此外,DS1302还有充电寄存器等。 2读写时序说明 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6。 图6控制字(即地址及命令字节) 控制字的最高有效位(位7)必须是逻辑1,如果它为0,则不能把数据写入到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; 位0(最低有效位): 如为0,表示要进行写操作,为1表示进行读操作。 控制字总是从最低位开始输出。 在控制字指令输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时,数据被写入DS1302,数据输入从最低位(0位)开始。 同样,在紧跟8位的控制字指令后的下一个SCLK脉冲的下降沿,读出DS1302的数据,读出的数据也是从最低位到最高位。 数据读写时序如图7。 图7数据读写时序 具体操作见驱动程序。 3电路原理图: 电路原理图如图8,DS1302与单片机的连接也仅需要3条线: CE引脚、SCLK串行时钟引脚、I/O串行数据引脚,Vcc2为备用电源,外接32.768kHz晶振,为芯片提供计时脉冲。 图8 4驱动程序 //寄存器宏定义 #defineWRITE_SECOND0x80 #defineWRITE_MINUTE0x82 #defineWRITE_HOUR0x84 #defineREAD_SECOND0x81 #defineREAD_MINUTE0x83 #defineREAD_HOUR0x85 #defineWRITE_PROTECT0x8E //位寻址寄存器定义 sbitACC_7=ACC^7; //管脚定义 sbitSCLK=P3^5;//DS1302时钟信号7脚 sbitDIO=P3^6;//DS1302数据信号6脚 sbitCE=P3^7;//DS1302片选5脚 //地址、数据发送子程序 voidWrite1302(unsignedcharaddr,dat) { unsignedchari,temp; CE=0;//CE引脚为低,数据传送中止 SCLK=0;//清零时钟总线 CE=1;//CE引脚为高,逻辑控制有效 //发送地址 for(i=8;i>0;i--)//循环8次移位 { SCLK=0; temp=addr; DIO=(bit)(temp&0x01);//每次传输低字节 addr>>=1;//右移一位 SCLK=1; } //发送数据 for(i=8;i>0;i--) { SCLK=0; temp=dat; DIO=(bit)(temp&0x01); dat>>=1; SCLK=1; } CE=0; } //数据读取子程序 unsignedcharRead1302(unsignedcharaddr) { unsignedchari,temp,dat1,dat2; CE=0; SCLK=0; CE=1; //发送地址 for(i=8;i>0;i--)//循环8次移位 { SCLK=0; temp=addr; DIO=(bit)(temp&0x01);//每次传输低字节 addr>>=1;//右移一位 SCLK=1; } //读取数据 for(i=8;i>0;i--) { ACC_7=DIO; SCLK=0; ACC>>=1; SCLK=1; } CE=0; dat1=ACC; dat2=dat1/16;//数据进制转换 dat1=dat1%16;//十六进制转十进制 dat1=dat1+dat2*10; return(dat1); } //初始化DS1302 voidInitial(void) { Write1302(WRITE_PROTECT,0X00);//禁止写保护 Write1302(WRITE_SECOND,0x56);//秒位初始化 Write1302(WRITE_MINUTE,0x34);//分钟初始化 Write1302(WRITE_HOUR,0x12);//小时初始化 Write1302(WRITE_PROTECT,0x80);//允许写保护 }
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- DS1302 内部 原理