通信协议与传感器1 |SPI协议-DS1302

一、模块功能

DS1302 是一款实时时钟（RTC）芯片，广泛应用于嵌入式系统中，核心功能如下：

• 精准计时：可记录年、月、日、时、分、秒，支持闰年自动修正，兼容 12/24 小时制切换
• 掉电保持：内置后备电池供电电路，主电源断电后仍能持续计时，时间数据不丢失
• 涓流充电：支持对备用电池进行涓流充电，延长断电续航时间
• 数据存储：内置 31 字节静态 RAM，可存储少量用户自定义数据
• 简化通信：采用三线制串行接口（CE、SCLK、IO），与 SPI 时序兼容，减少硬件引脚占用

二、工作原理

• 核心实现原理
• 

1. 核心控制位

• CH 位（时钟启停位）
  • 位置：秒寄存器（80H/81H）第 7 位
  • 功能：CH=1 晶振停止（时间冻结），CH=0 晶振启动（开始计时），上电默认 CH=1
  • 关键：初始化后必须置 0，否则芯片不计时
• WP 位（写保护位）
  • 位置：写保护寄存器（8EH/8FH）第 7 位
  • 功能：WP=1 禁止写入（防误改），WP=0 允许写入
  • 关键：写入前必须解除保护，写入后必须恢复保护

2. 编码与时序规则

• BCD 编码：用 4 位二进制表示 1 位十进制数（如 25 → 0x25），读写时需完成十进制 ↔ BCD 转换，不可直接写入十进制数。
• 通信时序：RST 拉高激活芯片，SCLK 上升沿发送数据、下降沿接收数据，通信结束后 RST 拉低，时序不匹配会导致通信失败。
• 小时模式：支持 12/24 小时制，第 7 位 = 1 为 12 小时制（带 AM/PM），第 7 位 = 0 为 24 小时制，初始化时需明确选择。

3. 硬件要求

• 晶振必须为 32.768kHz，焊接可靠；后备电池电压需充足，否则断电后时间丢失。
• 寄存器未使用的高位必须写 0，否则可能引发功能异常。

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1.初始化时间

1. 解除写保护：向 8EH 寄存器写入 0x00，将 WP 位置 0。
2. 写入时间数据：将十进制时间转换为 BCD 码，依次写入秒（80H）、分（82H）、时（84H）、日（86H）、月（88H）、周（8AH）、年（8CH）寄存器，写入秒寄存器时将 CH 位置 0。
3. 开启写保护：向 8EH 寄存器写入 0x80，将 WP 位置 1。

2. 读取时间

1. （可选）临时解除写保护：向 8EH 写入 0x00。
2. 依次读取秒（81H）、分（83H）、时（85H）等寄存器。
3. 将寄存器中的 BCD 码转换为十进制（如 0x25 → 25），用于显示或计算。
4. 恢复写保护：向 8EH 写入 0x80。

三、硬件配置

• 晶振：32.768kHz 晶振连接 X1、X2 引脚，搭配电容后接地。
• 电源：VCC2 接单片机 3.3V/5V 主电源，VCC1 接 3V 纽扣电池。
• 通信：RST（P13）、SCLK（P17）、I/O（P23）分别连接单片机 GPIO。

四、完整代码实现

• 可直接运行的示例代码

/*
  程序说明: DS1302驱动程序
  软件环境: Keil uVision 4.10 
  硬件环境: CT107单片机综合实训平台 8051，12MHz
  日    期: 2011-8-9
*/

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

sbit SCK=P1^7;		
sbit SDA=P2^3;		
sbit RST = P1^3;   // DS1302复位												

void Write_Ds1302(unsigned  char temp) 
{
	unsigned char i;
	for (i=0;i<8;i++)     	
	{ 
		SCK=0;
		SDA=temp&0x01;
		temp>>=1; 
		SCK=1;
	}
}   

void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat )     
{
 	RST=0;	_nop_();
 	SCK=0;	_nop_();
 	RST=1; 	_nop_();  
 	Write_Ds1302(address);	
 	Write_Ds1302(dat);		
 	RST=0; 
}

unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address )
{
 	unsigned char i,temp=0x00;
 	RST=0;	_nop_();
 	SCK=0;	_nop_();
 	RST=1;	_nop_();
 	Write_Ds1302(address);
 	for (i=0;i<8;i++) 	
 	{		
		SCK=0;
		temp>>=1;	
 		if(SDA)
 		temp|=0x80;	
 		SCK=1;
	} 
 	RST=0;	_nop_();
 	SCK=0;	_nop_();
	SCK=1;	_nop_();
	SDA=0;	_nop_();
	SDA=1;	_nop_();
	return (temp);			
}

时间设置函数：Set_Rtc

void Set_Rtc(unsigned char* ucRtc)
{
	unsigned char i;
	Write_Ds1302_Byte(0x8e, 0x00);  // 向8EH（写保护寄存器）写0x00，解除写保护（WP=0）
	for (i=0; i<3; i++)             // 循环写入时、分、秒（共3个时间字段）
	{
		// 0x84-2*i：地址计算逻辑
		// i=0 → 0x84（时寄存器写地址），i=1 → 0x82（分），i=2 → 0x80（秒）
		Write_Ds1302_Byte(0x84-2*i, ucRtc[i]);
	}
	Write_Ds1302_Byte(0x8e, 0x80);  // 向8EH写0x80，开启写保护（WP=1）
}

• 参数说明：ucRtc是字符数组指针，数组顺序为[时, 分, 秒]（均为 BCD 码）。
• 地址计算：利用0x84-2*i实现地址递减（84H→82H→80H），对应时、分、秒的写地址。
• 保护机制：先解除写保护，写入完成后立即恢复，防止数据误改。

5. 时间读取函数：Read_Rtc

void Read_Rtc(unsigned char* ucRtc)
{
	unsigned char i;
	for (i=0; i<3; i++)
	{
		// 0x85-2*i：地址计算逻辑
		// i=0 → 0x85（时寄存器读地址），i=1 → 0x83（分），i=2 → 0x81（秒）
		ucRtc[i] = Read_Ds1302_Byte (0x85-2*i);
	}
}

• 参数说明：ucRtc是输出数组指针，读取后数组存储[时, 分, 秒]的 BCD 码数据。
• 地址计算：读地址 = 写地址 + 1（如时写地址 84H→读地址 85H），因此用0x85-2*i对应。
• 无需解除保护：读取操作不受 WP 位限制，直接读取即可。

使用示例

// 主函数示例：设置时间并读取显示
void main()
{
	unsigned char rtc_data[3];
	// 初始化时间：12时30分00秒（BCD码：12→0x12，30→0x30，00→0x00）
	rtc_data[0] = 0x12; // 时
	rtc_data[1] = 0x30; // 分
	rtc_data[2] = 0x00; // 秒（CH位=0，启动计时）
	
	Set_Rtc(rtc_data);  // 设置时间
	
	while(1)
	{
		Read_Rtc(rtc_data); // 循环读取时间
		// 此处可添加数码管显示代码，将rtc_data中的BCD码转为十进制显示
	}
}