【STC单片机学习】第十四课：SPI通信-实时时钟DS1302

1.14.1.RTC有关的背景知识

1.14.1.1、什么是实时时钟（RTC ：Real Time Clock）

(1)时间点和时间段的概念区分

时间段 ：定时器/计数器 ；       烧水；                    不唯一

时间点 ：RTC；                       闹钟、日历；          唯一

(2)单片机为什么需要时间点

单片机有时候需要做一些必须到某一个时间才能做的事，所以需要用RTC，比如定点炸弹！

RTC之于单片机，就是钟表(手表、手机)之于人

(3)RTC如何存在于系统中（STC芯片内部集成 or STC芯片外部扩展）

DS1302芯片，集成在单片机开发板上，属于STC51外部扩展！

1.14.1.2、DS1302介绍

(1)数据手册

DS1302数据手册

CE:=1,允许数据读写； =0，禁止数据读写

SCLK：一系列的上升沿伴随下降沿，CPU向DS1302发的时序信号

I/O：数据输入/输出

实物图

(2)SPI(Serial Peripheral Interface：串行外设接口)

SPI数据手册

同一个板子上的两个芯片之间，就常用SPI

SCLK：串行时钟

SDO：串行输出

SDI：串行输入

SS:用于片选

(3)一句话总结DS1302：

内部存着一个时间点信息（年月日时分秒星期几），可以读写，上电自动走表

1.14.1.3、RTC学习的关键点

STC芯片和RTC芯片通过SPI接口进行通信，所以学习的重点就在读懂SPI。

SPI 接口在 CPU 和外围低速器件之间进行同步串行数据传输，在主器件的移位脉冲下，数据按位传输， 高位在前先传 ，低位在后，为全双工通信。

(1)SPI接口及其相关概念：

3线or4线：咱们用3线：SCLK、IO(SDO+SDI)、CE(STC芯片引脚)。

同步：靠的就是SCLK。

主从：STC是Master、DS1302是Slave。

串行： SPI 允许数据一位一位的传送，主设备通过对 SCLK 时钟线的控制可以完成对通讯的控制。

工作模式：有4中模式，由CPOL和CPHA决定，后面会讲！

......

(2)时序的理解和编程实现

时序图是非常重要的，看懂时序图，单片机就学通了！

编程任务：简易电子钟。

1.将各种数据写入 DS1302 的寄存器，以设置它当前的时间格式；

2.DS1302 时钟会按照设置情况运转；

3.单片机将DS1302寄存器内的数据读出，并通过串口打印到PC。

1.14.2.原理图和接线

1.14.2.1、原理图分析

DS1302引脚介绍

该电路是独立的，DS1302 芯片的控制管脚(CLK、I/O、CE)接至 J3 端子

芯片的 VCC1 脚外接了一个纽扣电池 BT1，以保证系统断电后时钟仍然可以运行

芯片的 X1、X2 管脚处外接了一个 32.768KHZ 晶振，为时钟运行提供一个稳定的时钟频率。

1.14.2.2、接线

由于该模块电路是独立的，所以 DS1302 芯片的控制管脚 J3 端子可以使用任意单片机管脚连接。我们用单片机P3.4-P3.6接DS1302芯片，接线如下：

P3.4——CE

P3.5——I/O

P3.6——SCLK

1.14.3.数据手册带读

直接看DS1302芯片的数据手册！认认真真看！(大约30min)

杂记：

读写时钟方式：单字节/多字节(猝发模式)

2.0V—5V的宽电平

AM/PM指示器可选12小时/24小时制

一根I/O来进行一次一个字节/脉冲串多达31字节

SCLK用来同步、I/O进行实际数据传输

有备用电源接在Vcc1，主电源接在Vcc2，DS1302工作在max{Vcc1，Vcc2}

框图：

管脚说明

在SCLK上升沿数据被输入，在SCLK下降沿数据被输出

命令字(控制指令)

命令字是用来启动数据传输的控制指令！

MSB (位 7)必须是逻辑 1. 如果是 0,则禁止对 DS1302 写入.

位 6 在逻辑 0 时规定为时钟/日历数据,逻辑 1 时为 RAM 数据.

位 1 至 位 5 表示了输入输出的指定寄存器.

LSB (位 0) 在逻辑0时为写操作(输出),逻辑1 时为读操作(输入).

命令字以 LSB (位 0)开始总是输入.

数据传输摘要：时序图

 寄存器地址/定义

RTC

时钟脉冲串

在上电时, CE 必须为逻辑 0 直到 Vcc 大于 2.0V。

同样,SCLK 必须为逻辑 0 当 CE 变成逻辑 1 状态. 

1.14.4.时序图的读法1

1.14.4.1、时序图关键点

(1)横轴代表时间，纵轴是同一时间点各个通信线的状态

(2)静态与动态2个角度去看

静态，在每个时间点各自是怎么样

动态：连起来来看

(3)注意SCLK的边沿处：上升沿读入，下降沿写出

1.14.4.2、结合示例代码来理解时序

看懂时序图

看懂代码

看着时序图写代码

课程配套ARM3.0开发板光盘资料步骤3 51例程14、实时时钟DS1302数码管显示时钟程序ds1302.c

代码中：_nop_()指令说明

1.14.4.3、时序之上的东西

(1)大小端：一个字节发出去，先发高位还是低位

     上面的程序是先发低位。

      如果想先发高位怎么办？addr & 0x80,addr >>= 7;

(2)如何读写寄存器

通过addr这个参数，这个参数就是对应上面的RTC寄存器的READ/WRITE地址！

1.14.4.4、总结SPI的时序特征

(1)低位在前

(2)DS1302在上升沿读取，下降沿写入

(3)注意SCLK工作频率(加_nop_()延时)

1.14.5.编程实践1

1.14.5.1、建立工程

1.14.5.2、编写ds1302_write函数

//向ds1302的内部寄存器addr写一个value

(1)引脚定义

       P3.4——CE

       P3.5——I/O

       P3.6——SCLK

(2)delay900ms函数

(3)根据时序图写代码

时序开始

写入地址addr

写入字节(上升沿)

时序结束

每个操作时序后面加_nop_()

1.14.5.3、编写ds1302_read函数

//从ds1302的内部寄存器addr读出一个值，作为返回值

时序开始

写入地址addr

读出ds1302返回的字节(下降沿)

时序结束

每个操作时序后面加_nop_()

关键代码：

dat |= (IO>>i); //按位或就把第i位赋值给了dat

//最后dat存的是一个字节的数

如何理解？ 

1.14.6.编程实践2

1.14.6.1、比对自写代码和官方例程

官方分成多个文件，修改起来更为简单！

看看逻辑有没有问题！尤其是数据读取有没有错位！

1.14.6.2、读取时间，用ds1302_write

(1)DS1302的时间寄存器的地址

寄存器0：最高位 CH 是一个时钟停止标志位。如果时钟是备用电池，=0正常运转，=1不正常运转。剩下的7 位高 3 位是秒的十位，低 4 位是秒的个位，这里再提请注意一次，DS1302 内部是 BCD 码，而秒的十位最大是 5，所以 3 个二进制位就够了。(BCD码在后面会讲)

寄存器1：最高位未使用，剩下的 7 位中高 3 位是分钟的十位，低 4 位是分钟的个位。

寄存器2：bit7 是 1 的话代表是 12 小时制，0 代表是 24 小时制；bit6 固定是 0，bit5 在12 小时制下 0 代表的是上午，1 代表的是下午，在 24 小时制下和 bit4 一起代表了小时的十位，低 4 位代表的是小时的个位。

寄存器3：高 2 位固定是 0，bit5 和 bit4 是日期的十位，低 4 位是日期的个位。

寄存器4：高 3 位固定是 0，bit4 是月的十位，低 4 位是月的个位。

寄存器5：高 5 位固定是 0，低 3 位代表了星期。

寄存器 6：高 4 位代表了年的十位，低 4 位代表了年的个位。请特别注意，这里的 00～99 指的是 2000 年～2099 年。

寄存器 7：最高位一个写保护位，如果这一位是 1，那么是禁止给任何其它寄存器或者那 31 个字节的 RAM 写数据的。因此在写数据之前，这一位必须先写成 0。

(2)参考示例代码，写ds1302_read_time函数

u8 TIME[7]; //加入全局变量,用来存储当前时间

//---DS1302写入和读取时分秒的地址命令---//

//---秒分时日月周年 最低位读写位;-------//

u8 code READ_RTC_ADDR[7] = {0x81, 0x83, 0x85, 0x87, 0x89, 0x8b, 0x8d}; 

u8 code WRITE_RTC_ADDR[7] = {0x80, 0x82, 0x84, 0x86, 0x88, 0x8a, 0x8c};

void ds_readtime()

{

u8 i;

for(i = 0;i<8;i++)

{

TIME[i] = ds1302_read(READ_RTC_ADDR[i]);

}

}

1.14.7.添加串口调试1

1.14.7.1、移植串口代码

把原来的serial.c封装成头文件！

(1)注意波特率设置和晶振设置

     波特率设置为4800

(2)注意串口相关的接线设置

(3)测试串口输出效果

(4)注意二进制显示(HEX)和文本方式(字符)显示

1.14.7.2、串口输出时间信息

(1)写代码

从DS1302读取时间

for循环内打印一组7个时间到串口！

延时后继续

1.14.8.添加串口调试2

(2)状况：

1、代码确实得到了一系列的时间数据

2、秒确实在变化，而且变化的规律似乎是正确的。

3、但是时间不合心意！

还有大家没有疑惑吗？咱们的串口中，秒是09--10啊，咱们是hex显示啊，难道9直接到16了？？

下面讲一下DS1302的时间格式—BCD码！

1.14.9.DS1302的时间格式详解

1.14.9.1、BCD码

(1)什么是BCD码

 BCD码是一种数字编码，这种计数编码有个特点：很像10进制和16进制的结合。

看起来很像10进制（09+1=10而不是0A）

实际是用十六进制来表示的（BCD码的21其实在计算机中就是0x21）

BCD是十进制和十六进制中间的一种状态

综合来讲：BCD码是4位二进制数：0000-1001,表示十进制0-9，是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。

因此上面的09是00001001，10是00010000，因为BCD码逢十进一！

(2)区别BCD码、16进制、10进制三种数

举个例子：

十进制数 15 的BCD码表示为 00010101

16进制数 0x15 的二进制表示为00010101

1.14.9.2、年份从2000开始

直接读出的数+2000就是当前的年份，譬如读出的是BCD码20，对应0x20，其实就表示数字20，所以就是2020年。

1.14.10.向DS1302写入时间

1.14.10.1、写时间函数ds1302_init()

(1)写保护

就是防止时间被随意修改！当WP位为1是，有写保护！

去掉写保护

修改程序

加上写保护

(2)写入地址和读出地址不同

0x8E：写

(3)注意写入时序

1.14.10.2、先写入时间然后读取验证

1.14.11.对程序进行规整

1.14.11.1、程序规整介绍

分c文件和h文件

1.14.11.2、c文件和头文件

(1)c文件是C语言源文件，h文件是头文件

(2)源文件主要用来放：函数和全局变量定义

(3)头文件主要用来放：函数和全局变量的声明、宏定义、结构体共用体类型定义等

(4)一般是一个源文件就配一个头文件

(5)一般包含自己建立的头文件时用""而不用<>

(6)头文件中还有个固定格式

#ifndef __DS1302_H_

#define __DS1302_H_

头文件内容

#endif