实时时钟芯片DS1302单片机C语言驱动程序
发布时间：2024年01月14日
实时时钟RTC相关索引
1.单片机RTC及时钟芯片的时间到底从哪一年起始？
2.STM32F103单片机内部RTC实时时钟驱动程序
3.实时时钟芯片DS1302单片机C语言驱动程序
一、DS1302简介
DS1302 是 DALLAS（达拉斯）公司推出的一款涓流充电时钟芯片。
主要特点：
1.可计算秒、分、时、日、日期、星期、月、年的能力，并有闰年补偿功能；
2.内部含有31个字节静态RAM；
3.采用串行数据传送方式，3线接口；
4.与TTL兼容，Vcc=5V；
5.时钟或RAM数据的读/写有两种传送方式：单字节传送和多字节传送方式；
6.工作电压范围宽：2.0～5.5V；
7.功耗低，2.0V时工作电流小于300nA。
8.采用8脚DIP封装或SOIC封装。
9.可选工业级温度范围：-40℃～+85℃；
DS1302的引脚如下图示意，其中X1/X2接32.768KHz的晶振，SCLK为数据时钟引脚，I/O为数据收发引脚，CE为芯片的使能引脚，Vcc1为后备电池供电引脚，Vcc2为主电源供电引脚。
二、驱动程序
1.读写时序
先看上图，无论是“读单字节”时序，还是“写单字节”时序，CE需要保持高电平，且在读写数据D0~D7之前，都要先写入一个字节的“命令字节”，即Command Byte（下面会讲到），SCLK上升沿的时候，写入数据，SCLK下降沿的时候读出数据，传输方式是LSB，低位在前，因此我们可以写出DS1302读或写单个字节的程序：
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_WriteByte
* 功 能：写1个字节
* 参 数：data：写入的数据
* 返回值：无
* 说 明：SCLK上升沿时，写入数据，LSB
*******************************************************************************/
void DS1302_WriteByte(uint8_t data)
{
uint8_t i;
DS1302_IOModeOut();//IO为输出模式
for (i = 0; i < 8; i++)
{
DS1302_SCLK_L();
(data & 0x01) ? (DS1302_IOOutput_H()) : (DS1302_IOOutput_L());
data >>= 1;//右移1位，准备发送下一位
DS1302_SCLK_H();//上升沿发出
}
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_ReadByte
* 功 能：读1个字节
* 参 数：无
* 返回值：data：写入的数据
* 说 明：SCLK下降沿时，读取数据，LSB
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_ReadByte(void)
{
uint8_t i;
uint8_t data = 0;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
DS1302_SCLK_H();
DS1302_IOModeIn();//IO为输入模式
data >>= 1;
DS1302_SCLK_L();//下降沿
data |= (DS1302_IORead() ? 0x80 : 0x00);
}
return data;
}
其中，引脚定义如下，可根据实际情况，改成自己使用的单片机引脚，笔者使用的是SM32F103C8T6：
#define DS1302_CE_H() HAL_GPIO_WritePin(DS1302_CE_GPIO_Port, DS1302_CE_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define DS1302_CE_L() HAL_GPIO_WritePin(DS1302_CE_GPIO_Port, DS1302_CE_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define DS1302_SCLK_H() HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_GPIO_Port, DS1302_SCLK_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define DS1302_SCLK_L() HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_GPIO_Port, DS1302_SCLK_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define DS1302_IOModeOut() Pin_SetOutputMode(DS1302_IO_GPIO_Port, DS1302_IO_Pin, GPIO_MODE_OUTPUT_PP, GPIO_NOPULL, GPIO_SPEED_FREQ_MEDIUM)
#define DS1302_IOModeIn() Pin_SetInputMode(DS1302_IO_GPIO_Port, DS1302_IO_Pin, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_NOPULL)
#define DS1302_IOOutput_H() HAL_GPIO_WritePin(DS1302_IO_GPIO_Port, DS1302_IO_Pin, GPIO_PIN_SET)
#define DS1302_IOOutput_L() HAL_GPIO_WritePin(DS1302_IO_GPIO_Port, DS1302_IO_Pin, GPIO_PIN_RESET)
#define DS1302_IORead() HAL_GPIO_ReadPin(DS1302_IO_GPIO_Port, DS1302_IO_Pin)
2.命令字节
上面说到无论读还是写，都要先写入命令字节，接下来看看命令字节是什么：
根据上图所示的描述，每次数据传输前都由命令字节开始，最高位bit7必须是1，否则DS1302会被禁用，停止工作；bit6是0的话，表示操作的是时钟/日历数据，是1的话表示操作的是RAM；bit1~bit5表示输入或输出的寄存器地址，bit0为0是写，为1是读操作，这些类似于24Cxx系列的EEPROM。传输的方式是LSB。
3.寄存器读写
3.1 基本寄存器读写
从下图寄存器地址定义表格中可看出，每个寄存器看上去有两个地址，读和写的地址不同，但实际上，结合上一小节“命令字节”每一位的描述，我们知道，命令字节的bit0位是读或写标志位，所以其实RTC的每个寄存器的地址是一样的，只是在读的时候，命令字节的bit0为1，写为0；而bit7必须为1，因此下图中RTC寄存器地址都是8或9开头的，0x81~0x8F、0x91的最高位是1，同理，CLOCK BURST、RAM及RAM BURST地址的最高位都是1；RTC和CLOCK BURST的地址，bit6都是0，表示时钟/日历的地址，而RAM、RAM BURST的地址，bit6都是1，表示RAM的地址；寄存器的真实地址，只有中间的A4/A3/A2/A1/A0位，例如，分钟寄存器的读地址，0x82=1000 0010b，对应A4/A3/A2/A1/A0为00001，因此各寄存器地址的宏定义如下：
#define WRITE 0x00//写命令
#define READ 0x01//读命令
#define REG_SEC 0x80//0x80 & (0x00 << 1)，秒
#define REG_MIN 0x82//0x80 & (0x01 << 1)，分
#define REG_HOUR 0x84//0x80 & (0x02 << 1)，时
#define REG_DATE 0x86//0x80 & (0x03 << 1)，日
#define REG_MONTH 0x88//0x80 & (0x04 << 1)，月
#define REG_DAY 0x8A//0x80 & (0x05 << 1)，周几
#define REG_YEAR 0x8C//0x80 & (0x06 << 1)，年
#define REG_WRITE_PROTECT 0x8E//0x80 & (0x07 << 1)，写保护
#define REG_RAM_1 0xC0//0xC0 & (0x00 << 1)，RAM的第一个字节
另外，需要注意的是，RTC寄存器中，数据是8421格式的BCD码存储的，这种编码方式在RTC功能中很常用。RTC各寄存器种关于时间的读写驱动如下：
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_WriteReg
* 功 能：写寄存器
* 参 数：reg：需要写入的寄存器地址；
data：需要写入的数据
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_WriteReg(uint8_t reg, uint8_t data)
{
DS1302_CE_L();
DS1302_SCLK_L();
DS1302_CE_H();//使能
DS1302_WriteByte(reg | WRITE);
DS1302_WriteByte(data);
DS1302_CE_L();
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_ReadReg
* 功 能：读寄存器
* 参 数：reg：需要写入的寄存器地址；
* 返回值：data：读取的数据
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_ReadReg(uint8_t reg)
{
uint8_t data = 0;
DS1302_CE_L();
DS1302_SCLK_L();
DS1302_CE_H();//使能
DS1302_WriteByte(reg | READ);
data = DS1302_ReadByte();
DS1302_CE_L();
DS1302_IOModeOut();
DS1302_IOOutput_L();
return data;
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetYear
* 功 能：获取年份
* 参 数：无
* 返回值：年份，十进制
* 说 明：将BCD码转为十进制
*******************************************************************************/
uint16_t DS1302_GetYear(void)
{
uint16_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_YEAR);
return BCDToDec(temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetWeekDay
* 功 能：获取星期几
* 参 数：无
* 返回值：星期几，十进制，1~7
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetDay(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_DAY);
return BCDToDec(temp & 0x07);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetMonth
* 功 能：获取月份
* 参 数：无
* 返回值：月份，十进制，1~12
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetMonth(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_MONTH);
return BCDToDec(temp & 0x1F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetDate
* 功 能：获取日期
* 参 数：无
* 返回值：日，十进制，1~31
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetDate(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_DATE);
return BCDToDec(temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetHour
* 功 能：获取小时
* 参 数：无
* 返回值：小时，十进制，1~12或0~23
* 说 明：返回的值需要结合小时模式及AM/PM位区分具体时间
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetHour(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_HOUR);
if ((temp & 0x80) == 0x80)//12小时模式
{
return BCDToDec(temp & 0x1F);
}else//24小时模式
{
return BCDToDec(temp & 0x3F);
}
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetMinute
* 功 能：获取分钟
* 参 数：无
* 返回值：分钟，十进制，0~59
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetMinute(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_MIN);
return BCDToDec(temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetSecond
* 功 能：获取秒
* 参 数：无
* 返回值：秒，十进制，0~59
* 说 明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetSecond(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_SEC);
return BCDToDec(temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetYear
* 功 能：写入年份
* 参 数：year：年份，十进制，0~99
* 返回值：无
* 说 明：将十进制转为BCD码
*******************************************************************************/
void DS1302_SetYear(uint16_t year)
{
uint8_t temp = DecToBCD(year);
DS1302_WriteReg(REG_YEAR, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetDay
* 功 能：写入星期几
* 参 数：day：星期几，1~7
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_SetDay(uint8_t day)
{
DS1302_WriteReg(REG_DAY, day & 0x07);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetMonth
* 功 能：写入月份
* 参 数：month：月份，1~12
* 返回值：无
* 说 明：转为BCD码
*******************************************************************************/
void DS1302_SetMonth(uint8_t month)
{
uint8_t temp = DecToBCD(month);
DS1302_WriteReg(REG_MONTH, temp & 0x1F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetDate
* 功 能：写入日
* 参 数：date：日，1~31
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_SetDate(uint8_t date)
{
uint8_t temp = DecToBCD(date);
DS1302_WriteReg(REG_DATE, temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetHour
* 功 能：写入小时
* 参 数：hour：小时，1~12或0~23
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_SetHour(uint8_t hour)
{
uint8_t temp = DecToBCD(hour);
DS1302_WriteReg(REG_HOUR, temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetMinute
* 功 能：写入分钟
* 参 数：min：分钟，0~59
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_SetMinute(uint8_t min)
{
uint8_t temp = DecToBCD(min);
DS1302_WriteReg(REG_MIN, temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetSecond
* 功 能：写入秒
* 参 数：sec：秒，0~59
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_SetSecond(uint8_t sec)
{
uint8_t temp = DecToBCD(sec);
DS1302_WriteReg(REG_SEC, temp & 0x7F);
}
其中BCD码与十进制数的转换，可参考BCD码与十进制数转换C语言程序。
3.2 特殊功能读写
除了以上时钟、日历相关的寄存器外，还有一些特殊的功能，比如12/24小时模式，写保护功能等，接下来看这些功能的读写。
3.2.1 时钟停止标志位
先看80H的bit7位，这是秒寄存器的最高位，手册中的描述如下图：
当该位为1时，时钟晶振停止，为0时，时钟开始工作，而上电后该位的状态是未定义的，因此上电后需将该位清零，时钟才开始工作；如果使用DS1302，发现读取的时间一直是初始化的时间而不变，那么有可能是这一位没有清零导致的；
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_ClearHaltFlag
* 功 能：Halt标志置0
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：先读时间秒，再将CH位与秒组合为1字节，该位为0，时钟才开始工作
*******************************************************************************/
void DS1302_ClearHaltFlag(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_GetSecond();
temp &= 0x7F;
DS1302_WriteReg(REG_SEC, temp);
}
3.2.2 12/24小时模式
小时寄存器84H的最高位是12/24小时模式选择位，功能描述如下：
DS1302可运行于12或24小时模式下，小时寄存器的bit7位是12/24小时模式选择位，1为12小时模式，0为24小时模式；在12小时模式下，bit5表示AM/PM（上午/下午），1为下午；24小时模式下，bit5是20~23小时的第2个“10小时”；当12/24小时模式改变了，小时这个数据也必须重新初始化。
上面说，24小时模式下，bit5是20~23小时的第2个“10小时”，这一点需要好好理解一下，意思是，24小时模式下，由于数据是BCD码格式的，当小时是0-19时，这个时候的bit5是0，例如19时，bit5-bit0表示为01 1001，即8421码的19，这个时候用不到bit5；当小时大于19，为20-23时，该位就是1了，比如22，bit5-bit0表示为10 0010；该功能的读写程序如下：
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetHourMode
* 功 能：获取小时模式
* 参 数：无
* 返回值：0,24小时模式，1,12小时模式
* 说 明：bit7
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetHourMode(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_HOUR);
temp &= 0x80;
return (temp >> 7);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetHourMode
* 功 能：设置小时模式
* 参 数：mode，0,24小时模式，1,12小时模式
* 返回值：无
* 说 明：bit7，更改模式时，小时必须重新初始化，
因此先读取原小时时间，再设置模式，再将小时写入寄存器
*******************************************************************************/
void DS1302_SetHourMode(uint8_t mode)
{
uint8_t hour = 0;//原时间
uint8_t temp = 0;//原模式
uint8_t reg = 0;//写入寄存器的值
temp = DS1302_GetHourMode();
if (mode != temp)//修改模式
{
reg |= ((mode & 0x01) << 7);//模式在最高位
hour = DS1302_ReadReg(REG_HOUR);//读取原寄存器的值，保存原时间
if (mode == 0)//改为24小时模式，之前是12小时模式，先判断AM/PM
{
if ((hour & 0x20) == 0x20)//bit5,1=PM
{
hour &= 0x1F;//提取0~4位的时间
hour = BCDToDec(hour);//BCD转为十进制
hour += 12;
reg |= DecToBCD(hour);//BCD
}else//AM
{
hour &= 0x1F;//提取0~4位的时间
reg |= hour;
}
}else//改为12小时模式，之前是24小时模式
{
hour &= 0x3F;
hour = BCDToDec(hour);//BCD转为十进制
if (hour > 12)//PM
{
hour -= 12;
reg |= DecToBCD(hour);//BCD
reg |= 0x20;//bit5置1
}else//AM
{
reg |= DecToBCD(hour);//BCD
reg &= 0xDF;//bit5置0
}
}
DS1302_WriteReg(REG_HOUR, reg);
}
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_SetAMPM
* 功 能：设置AM/PM模式
* 参 数：data，0为AM上午，1为PM下午
* 返回值：无
* 说 明：小时寄存器bit5，须在12小时模式下使用
*******************************************************************************/
void DS1302_SetAMPM(uint8_t data)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_HOUR);//先把原数据读出
(data == 0) ? (temp &= 0xDF) : (temp |= 0x20);
DS1302_WriteReg(REG_HOUR, temp);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_GetAMPM
* 功 能：读取AM/PM模式
* 参 数：无
* 返回值：0为AM上午，1为PM下午
* 说 明：小时寄存器bit5，须在12小时模式下使用
*******************************************************************************/
uint8_t DS1302_GetAMPM(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(REG_HOUR);
return ((temp & 0x20) >> 5);
}
3.3.3 写保护功能
写保护位的描述见下图：
控制寄存器的bit7位是写保护位，bit0-bit6位强制为0，读出也是0；在对时钟或RAM寄存器进行任何写入操作前，bit7位必须置位0，如果该位为1，将无法对任何寄存器进行写入操作；该位上电初始化的状态未定义，因此在试图对器件进行写入操作前需将写保护位清零。该功能相关程序如下：
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_WriteProtectEnable
* 功 能：使能写保护
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：无
*******************************************************************************/
void DS1302_WriteProtectEnable(void)
{
DS1302_WriteReg(REG_WRITE_PROTECT, 0x80);
}
/*******************************************************************************
* 函数名：DS1302_WriteProtectDisable
* 功 能：禁止写保护
* 参 数：无
* 返回值：无
* 说 明：取消写保护功能
*******************************************************************************/
void DS1302_WriteProtectDisable(void)
{
DS1302_WriteReg(REG_WRITE_PROTECT, 0x00);
}
Burst模式相关的寄存器，以及涓流充电寄存器在此不做讨论。
4.时钟初始化
首次上电时，单片机开始工作，读取RAM寄存器的值，与预设的值比较，如果值不正确，则是首次配置，初始化时间，并在RAM中写入预设的值；如果值正确，则直接读取时间寄存器的值，将时间输出即可；如果有电池供电，在主电源断开时，会继续计时，RAM寄存器中的值也会保存下来；
void DS1302_Init(void)
{
uint8_t temp = 0;
temp = DS1302_ReadReg(0xC0);//读RAM第一字节
if (temp != 0x5A)//不正确，重新初始化
{
DS1302_WriteProtectDisable();//关闭写保护
DS1302_ClearHaltFlag();//清除Halt标志
DS1302_SetHourMode(0);//24小时模式
DS1302_SetYear(24);//初始化时间24-01-11 22:30:00,Thursday，根据实际需要修改
DS1302_SetDay(4);
DS1302_SetMonth(1);
DS1302_SetDate(11);
DS1302_SetHour(22);
DS1302_SetMinute(30);
DS1302_SetSecond(0);
DS1302_WriteReg(0xC0, 0x5A);//写入0x5A
DS1302_WriteProtectEnable();//打开写保护
}
}
三、实验验证
在笔者的另一篇文章《单片机RTC及时钟芯片的时间到底从哪一年起始？》中，我们知道了DS1302复位时的初始时间是00年，一般我们在使用时，可以加上2000按照2000年处理，比如2024年，可以将年份设置为24，读出时加上2000变为2024年即可，这样可以使用到2099年；下面是上面DS1302_Init()函数初始化后，读取时间并通过串口打印输出的效果：
接下来测试12小时模式，设置时间时，通过DS1302_SetAMPM函数设置是上午还是下午，在输出的时间后面，通过函数DS1302_GetAMPM读取AM/PM标志，然后输出，看时间在AM/PM需要切换时是否正常：
还有需要验证是否有效的函数，就是12/24小时切换功能DS1302_SetHourMode函数，程序设置每隔3秒切换小时模式，24小时模式正常输出时间，12小时模式在后面输出AM/PM，输出的效果：
模式切换自如，可知各函数的功能正常。
文章来源:https://blog.csdn.net/wanglong3713/article/details/121327006
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