DS1302时钟芯片全解析——概况，性能，MCU连接，样例代码

DS1302概述：

数据：

DS1302是一个可充电实时时钟芯片，包含时钟（24小时格式或12小时格式）、日历（年，月，日，星期）、31字节RAM（断电数据丢失）。

供电：

DS1302采用两组供电，一组主电，由外部供电，一组备电，一般由纽扣电池供电。当主电存在时，由主电供电，当主电不存在时由备电供电。

功能：

DS1302，通过外部晶振自动对时间进行计数，对月末日期进行调整，以及闰年矫正。MCU可对其时间日期进行设置及读取，显示正确的当前时间。同时可借用31字节的RAM临时保存重要数据（因为外部断电后，纽扣电池供电保证数据不丢失）。

连接：

与MCU连接只需要三个普通GPIO口即可，DS1302芯片的通讯方式接近于SPI，其中将SPI的MISO和MOSI合并为I/O引脚。但是并不需要使用SPI复用引脚进行连接，只需要普通GPIO引脚即可。

DS1302型号说明：

这里是常用国产有替代型号：DS1302，插件；DS1302Z+T，贴片；DS1302N温度范围从（0 ~ +70℃）提高到 （-40~ +85℃），插件；DS1302ZN+T温度范围从（0 ~ +70℃）提高到 （-40~ +85℃），贴片。

DS1302引脚说明：

DS1302 MCU连接：

正常使用时完全可以安照下图进行连接，非常简单，任意的3个GPIO口连接CE、I/O、SCLK（这里的SCLK只是提供一个上升沿做时钟信号，设低再设高之后数据即被DS1302读取，并非SPI或IIC的CLK）。晶振直接近距离连接DS1302即可，不需要接对地的匹配电容。VCC2接外部供电，VCC1接纽扣电池。

下图，晶振近距离连接DS1302，斜线部分的不要走信号线，会对晶振信号产生影响。

DS1302寄存器定义:

首先是寄存器地址：

寄存地址最后一位表示读写，前边按正常数值。如秒钟地址，读地址为0b1000 0001 = 0x81；写地址为0b1000 0000 = 0x80，所以读地址比写地址大1。

寄存器定义：

一个字节的8位二进制数分为十位和个位，并不是直接对应的十六进制数，这点要注意。例如23秒，读出的是0x23，而不是0x17。采用右移和与运算可对数据进行分离。
控制寄存器进行写保护操作，只对最高位写保护为进行操作即可。

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RAM操作：

和时间寄存器一样，最后一位表示读写，前边按正常数值。如RAM 0地址，读地址为0b1100 0001 = 0xC1；写地址为0b1100 0000 = 0xC0。数据内容不限，任意单字节数值。

DS1302寄存器读写:

首先是读写时序图：
RST 即CE，为数据传输控制，数据传输时设高电平，不用时设低电平；
SCLK即DS1302 读写数值控制信号，上升沿触发， 即SCLK的GPIO由低电平设置到高电平时，DS1302读取或写出一个数据。
I/O即DS1302读取或写出的数据。在MCU写入数据时，连接的GPIO设置为一般输出模式，通过高低电平切换，写入数据；在MCU写入数据时，连接的GPIO设置为一般读取电平模式，通过获取DS1302 I/O输出的高低电平，读取数据。
I/O数据的寄存器地址由低位到高位的顺序进行写入；数据也是由低位到高位写入，或读出。 其中R/W 即为读写控制位0为读，1为写，A0-A4为地址数据，R/C为时间寄存器还是RAM寄存器控制位，D0-D7为写入数据，读取时该位置为读出数据。
在进行写时间数据操作时，MCU先向DS1302输出写寄存器地址，再紧跟着输出时间数据；在进行读时间数据操作时，MCU先向DS1302输出读寄存器地址，再紧跟着读取DS1302输出的时间数据；该数据输入输出流程时序由SCLK上升沿控制。

DS1302代码样例（基于HC32L130）:

ds1302.h文件

#ifndef __DS1302_H__
#define __DS1302_H__

#include "ddl.h"
#include "gpio.h"
#include "hc32l13x.h"

//DS1302 GPIO定义
#define DS1302_RSTPORT				GpioPortB
#define	DS1302_RSTPIN					GpioPin12
#define	DS1302_DATAPORT				GpioPortB
#define	DS1302_DATAPIN				GpioPin11
#define	DS1302_CLKPORT				GpioPortB
#define	DS1302_CLKPIN					GpioPin10
//DS1302地址定义
#define ds1302_sec_add			  0x80		//秒数据地址
#define ds1302_min_add			  0x82		//分数据地址
#define ds1302_hr_add			    0x84		//时数据地址
#define ds1302_date_add			  0x86		//日数据地址
#define ds1302_month_add		  0x88		//月数据地址
#define ds1302_day_add			  0x8a		//星期数据地址
#define ds1302_year_add			  0x8c		//年数据地址
#define ds1302_control_add		0x8e		//控制数据地址
#define ds1302_charger_add		0x90 					 
#define ds1302_clkburst_add		0xbe
//初始时间定义
extern	uint8_t time_buf[8]; //设置时间
extern	uint8_t readtime[14];//当前时间

void ds1302_init(void);
void ds1302ioinit(void);

void ds1302_write_byte(uint8_t data);
uint8_t ds1302_read_byte(void);

void ds1302_write_reg_byte(uint8_t addr,uint8_t	data);
uint8_t ds1302_read_reg_byte(uint8_t addr);

void ds1302_read_time(void);
void ds1302_write_time(void);

uint8_t	ds1302_read_hour(void);
uint8_t	ds1302_read_minute(void);
uint8_t	ds1302_read_second(void);

#endif /* __DS1302_H__ */

ds1302.c文件

#include "ds1302.h"
#include "hc32l13x.h"

//定义GPIO操作
#define DS1302_SCK_PIN_LOW 		Gpio_ClrIO(DS1302_CLKPORT,DS1302_CLKPIN)
#define DS1302_SCK_PIN_HIGH 	Gpio_SetIO(DS1302_CLKPORT,DS1302_CLKPIN)

#define DS1302_RST_PIN_LOW 		Gpio_ClrIO(DS1302_RSTPORT,DS1302_RSTPIN)
#define DS1302_RST_PIN_HIGH 	Gpio_SetIO(DS1302_RSTPORT,DS1302_RSTPIN)

#define DS1302_SDA_PIN_LOW		Gpio_ClrIO(DS1302_DATAPORT,DS1302_DATAPIN)
#define DS1302_SDA_PIN_HIGH		Gpio_SetIO(DS1302_DATAPORT,DS1302_DATAPIN)
#define DS1302_SDA_PIN_READ		Gpio_GetInputIO(DS1302_DATAPORT,DS1302_DATAPIN)

//GPIO定义 SCLK和RST（CE）
void	ds1302ioinit(void) 
{
		stc_gpio_cfg_t         GpioInitStruct;	
		DDL_ZERO_STRUCT(GpioInitStruct);  
		///< 打开GPIO外设时钟门控
		Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);

		///< 端口驱动能力配置->低驱动能力
		GpioInitStruct.enDrv = GpioDrvL;
		///< 端口方向配置->输出
    GpioInitStruct.enDir = GpioDirOut;
		///< 端口上下拉配置->下拉
		GpioInitStruct.enPu = GpioPuDisable;
    GpioInitStruct.enPd = GpioPdEnable;

		///< 端口输出关闭
    Gpio_ClrIO(DS1302_CLKPORT, DS1302_CLKPIN);
    Gpio_ClrIO(DS1302_RSTPORT, DS1302_RSTPIN);

		///< 端口初始化
		Gpio_Init(DS1302_CLKPORT,DS1302_CLKPIN,&GpioInitStruct);
		Gpio_Init(DS1302_RSTPORT,DS1302_RSTPIN,&GpioInitStruct);
}

//GPIO定义 I/O输出
void	ds1302_dataOut_init(void)
{
		stc_gpio_cfg_t         GpioInitStruct;	
		DDL_ZERO_STRUCT(GpioInitStruct);  
		///< 打开GPIO外设时钟门控
		Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);

		///< 端口驱动能力配置->低驱动能力
		GpioInitStruct.enDrv = GpioDrvL;
		///< 端口方向配置->输出
    GpioInitStruct.enDir = GpioDirOut;
		///< 端口上下拉配置->下拉
		GpioInitStruct.enPu = GpioPuDisable;
    GpioInitStruct.enPd = GpioPdEnable;
    
    ///< 端口输出关闭
    Gpio_ClrIO(DS1302_DATAPORT, DS1302_DATAPIN);
		///< 端口初始化
		Gpio_Init(DS1302_DATAPORT,DS1302_DATAPIN,&GpioInitStruct);
}
//GPIO定义 I/O输入
void	ds1302_dataIn_init(void)
{
		stc_gpio_cfg_t         GpioInitStruct;	
		DDL_ZERO_STRUCT(GpioInitStruct);  
		///< 打开GPIO外设时钟门控
		Sysctrl_SetPeripheralGate(SysctrlPeripheralGpio, TRUE);
		
		///< 端口驱动能力配置->低驱动能力
		GpioInitStruct.enDrv = GpioDrvL;
		///< 端口方向配置->输入
    GpioInitStruct.enDir = GpioDirIn;
		///< 端口上下拉配置->无
		GpioInitStruct.enPu = GpioPuDisable;
		GpioInitStruct.enPd = GpioPdDisable;
		///< 端口开漏输出配置->开漏输出关闭
    GpioInitStruct.enOD = GpioOdDisable;
    ///< 端口输入/输出值寄存器总线控制模式配置->AHB
    GpioInitStruct.enCtrlMode = GpioAHB;

		Gpio_Init(DS1302_DATAPORT,DS1302_DATAPIN,&GpioInitStruct);               ///< 端口初始化
}

//DS1302初始化函数
void ds1302_init(void) 
{
		ds1302ioinit();
		ds1302_dataOut_init();
}

//向DS1302写入一字节数据
void ds1302_write_byte(uint8_t data) 
{
	uint8_t i;

	ds1302_dataOut_init();
	for (i = 0; i < 8; i ++) 
	{
		DS1302_SCK_PIN_LOW;
		if (data & 0x01) 
				DS1302_SDA_PIN_HIGH;
		else
				DS1302_SDA_PIN_LOW;
		DS1302_SCK_PIN_HIGH;
		data = data >> 1;
	}
}

//从DS1302读出一字节数据
uint8_t ds1302_read_byte(void)
{
	uint8_t i, data = 0;
	ds1302_dataIn_init();
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
			DS1302_SCK_PIN_LOW;
			data >>= 1;
			if(DS1302_SDA_PIN_READ)
					data |= 0x80;
			DS1302_SCK_PIN_HIGH;
	}
	return data;
}

//向DS1302写入对应寄存器数据
void ds1302_write_reg_byte(uint8_t addr,uint8_t	data)
{
    DS1302_RST_PIN_LOW;
    DS1302_SCK_PIN_LOW;
    DS1302_RST_PIN_HIGH;
    ds1302_write_byte(addr);
    ds1302_write_byte(data);
    DS1302_SCK_PIN_HIGH;
    DS1302_RST_PIN_LOW;
}

//从DS1302读出对应寄存器数据
uint8_t ds1302_read_reg_byte(uint8_t addr)
{
    uint8_t data;
	
    DS1302_RST_PIN_LOW;
    DS1302_SCK_PIN_LOW;
    DS1302_RST_PIN_HIGH;
    ds1302_write_byte(addr);
    data=ds1302_read_byte();
    DS1302_SCK_PIN_HIGH;
    DS1302_RST_PIN_LOW;
    return data;
}

//向DS1302写入时间数据
void ds1302_write_time(void) 
{
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_control_add,0x00);			//关闭写保护 
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_charger_add,0x00);	    		//禁止充电 

	ds1302_write_reg_byte(ds1302_year_add,time_buf[1]);		//年 
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_month_add,time_buf[2]);	//月 
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_date_add,time_buf[3]);		//日 
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_hr_add,time_buf[4]);		//时 
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_min_add,time_buf[5]);		//分
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_sec_add,time_buf[6]);		//秒
	ds1302_write_reg_byte(ds1302_day_add,time_buf[7]);		//周 

	ds1302_write_reg_byte(ds1302_control_add,0x80);			//打开写保护     
}

//从DS1302读出时间数据
void ds1302_read_time(void)  
{
	time_buf[1]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_year_add+1);		//年 
	time_buf[2]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_month_add+1);		//月 
	time_buf[3]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_date_add+1);		//日 
	time_buf[4]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_hr_add+1);		  //时 
	time_buf[5]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_min_add+1);		  //分 
	time_buf[6]=(ds1302_read_reg_byte(ds1302_sec_add+1))&0x7f;//秒，屏蔽秒的第7位，避免超出59
	time_buf[7]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_day_add+1);		  //周 	
	
	readtime[0]=(time_buf[0]>>4);   //分离出年千位
  readtime[1]=(time_buf[0]&0x0F); //分离出年百位 
  readtime[2]=(time_buf[1]>>4);   //分离出年十位
  readtime[3]=(time_buf[1]&0x0F); //分离出年个位 
  readtime[4]=(time_buf[2]>>4);   //分离出月十位
  readtime[5]=(time_buf[2]&0x0F); //分离出月个位 
  readtime[6]=(time_buf[3]>>4);   //分离出日十位
  readtime[7]=(time_buf[3]&0x0F); //分离出日个位 
  readtime[8]=(time_buf[4]>>4);   //分离出小时十位
  readtime[9]=(time_buf[4]&0x0F); //分离出小时个位 
  readtime[10]=(time_buf[5]>>4);   //分离出分钟十位
  readtime[11]=(time_buf[5]&0x0F); //分离出分钟个位
  readtime[12]=(time_buf[6]>>4);   //分离出秒钟十位
  readtime[13]=(time_buf[6]&0x0F); //分离出秒钟个位 
}

//从DS1302读出小时数据
uint8_t	ds1302_read_hour(void)
{
	uint8_t	time_hour;
	time_buf[4]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_hr_add+1);		  //时
	readtime[8]=(time_buf[4]>>4);   //分离出小时十位
  readtime[9]=(time_buf[4]&0x0F); //分离出小时个位 
	time_hour = readtime[8]*10+readtime[9];
	return	time_hour;
}

//从DS1302读出分钟数据
uint8_t	ds1302_read_minute(void)
{
	uint8_t	time_minute;
	time_buf[5]=ds1302_read_reg_byte(ds1302_min_add+1);		  //分
	readtime[10]=(time_buf[5]>>4);   //分离出分钟十位
  readtime[11]=(time_buf[5]&0x0F); //分离出分钟个位 
	time_minute = readtime[10]*10+readtime[11];
	return	time_minute;
}

//从DS1302读出秒钟数据
uint8_t	ds1302_read_second(void)
{
	uint8_t	time_second;
	time_buf[6]=(ds1302_read_reg_byte(ds1302_sec_add+1))&0x7f;//秒，屏蔽秒的第7位，避免超出59
	readtime[12]=(time_buf[6]>>4);   //分离出秒钟十位
  readtime[13]=(time_buf[6]&0x0F); //分离出秒钟个位 
	time_second = readtime[12]*10+readtime[13];
	return	time_second;
}

main.c文件

#include "gpio.h"
#include "ddl.h"
#include "ds1302.h"

//读写时间列表定义
uint8_t time_buf[8]; //设置时间
uint8_t readtime[14];//当前时间

//读取时间
uint8_t ds1302_hour = 0;
uint8_t ds1302_minute = 0;
uint8_t ds1302_second = 0;

void init()
{
		time_buf[0] = 0x00;		//年 
		time_buf[1] = 0x24;		//年 
		time_buf[2] = 0x07;		//月 
		time_buf[3] = 0x19;		//日 
		time_buf[4]	= 0x17;		//时 
		time_buf[5] = 0x16;		//分
		time_buf[6]	= 0x20;		//秒
		time_buf[7] = 0x05;		//周 
}


int main(void)
{
		init();
		//DS1302初始化
		ds1302_init();
		//DS1302写入时间数据
		ds1302_write_time();

		while(1)
		{
				ds1302_hour = ds1302_read_hour();					//读取小时数据
				ds1302_minute = ds1302_read_minute();			//读取分钟数据
				ds1302_second	= ds1302_read_second();			//读取秒钟数据
				//DS1302读取时间数据
				ds1302_read_time();
		}
}

调试效果：