单片机学习笔记—DS1302实时时钟工作原理

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本文介绍: 提前预告：本节会带大家看芯片手册！学会看芯片手册是一位开发工程师必备的技能！DS1302介绍DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能还有另外一个名词就是RTC(Real Time Clock)：实时时钟，是一种集成电路，通常称为时钟芯片。（我们的单片机内部没有RTC，可以外接一个RTC的芯片，给单片机提供实时时钟。市面上有很多种实时时钟芯片，有的自带电池，功能各不相同。）

提前预告：本节会带大家看芯片手册！学会看芯片手册是一位开发工程师必备的技能！

DS1302介绍

DS1302是由美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片。它可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿等多种功能

还有另外一个名词就是RTC(Real Time Clock)：实时时钟，是一种集成电路，通常称为时钟芯片。（我们的单片机内部没有RTC，可以外接一个RTC的芯片，给单片机提供实时时钟。市面上有很多种实时时钟芯片，有的自带电池，功能各不相同。）

这个模块在我们开发板上的这个位置，那个芯片就是DS1302芯片

这个是这个模块的原理图

问题来了，前面定时器那一节我们也做过是时钟了，但是为什么还要用这个时钟芯片来做呢？

其实定时器做的时钟有几个缺点，第一个缺点就是它的精度不高（相对于时钟芯片来讲），第二个缺点就是它会占用我们单片机的CPU时间。还有一点最重要的是单片机定时器的时钟不能掉电继续运行，就是开关重启之后时间又得重新开始计时。而时钟芯片会带有一个备用电池，如果掉电的话它的内部逻辑判断就会自动把电源切换到备用电池，即使我们单片机不工作，这个备用电池也会给时钟芯片提供电能，让它能够在单片机不工作的时候继续走时，等下次单片机工作的时候，再读取时间的时候还是一个正确的实时时间。

学会读芯片手册（DS1302芯片手册）

平时我们根据功能找到一块芯片后，第一时间应该看芯片数据手册datasheet，这个芯片怎么玩怎么用都在手册上写得很清楚，所以一定要学会看芯片手册。

接下来介绍DS1302芯片手册的内容，看看这个芯片是怎么玩的。

通过刚才的讲解我们知道这个时钟芯片是用来计时的，我们先来看一下它的引脚定义和电路。

封装

市面上这种芯片可能会有两种封装，

DIP直插封装，和贴片封装：

引脚定义

这个是它的应用电路，可以看到它有8个引脚。

电源部分

第一部分就是电源部分的引脚

其中电源部分的第一个引脚是VCC2是主电源，它和我们单片机的VCC电源正极连在一起的。

还有一个引脚是VCC1，连接备用电源。

当VCC主电源一旦掉电之后，它会自动切换到备用电池，保证时钟继续运行。前面介绍过DS1302是具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，也就意味着再VCC有点的时候，它会对这个备用电池进行充电（当然要保证这个备用电池是可充电电池）。

但是一般来说我们的芯片不需要配这个涓细电流充电能力，因为它在掉电的模式下使用备用电池功耗是很低的，我们只需要接个电池就能运行很久时间了。

这个是我们芯片的GND

芯片和备用电池的GND是连在一起的

以上就是芯片手册上的原理图，我们看一下开发板上这一模块的原理图，这里的VCC1没有接备用电池，所以掉电继续走时的这个功能就看不到了。

时钟部分

然后我们看一下X1和X2，它们是固定接晶振，这个晶振的频率是32.768千赫兹，是因为通用的实时时钟的晶振都是32.768千赫兹，方便应用，并且精度比较高。这就好像我们的单片机在使用串口的时候，为什么需要11.0592兆带这么多小数点的晶振，是因为这个晶振对他来说是比较能够保证精度的。晶振能够提供稳定的计数脉冲。

通信部分

有了电源和计数脉冲之后，这个芯片就可以独立工作了。但是单片机如果设置时间和如何去获取时间就需要这三个引脚：

这三个引脚就是通信的引脚，利用这三个引脚，单片机就可以把芯片内部的时钟给读出来，写入时间也是通过这三个引脚。

这三个引脚规定了一套协议，我们利用这个协议就可以对里面的芯片里面的寄存器进行读写。

这三个引脚的通信模式就和我们上一节讲的74HC595这个移位寄存器的操作就很类似的。

其中I/O对应74HC595这个移位寄存器的SER。

CE是对IO和SCLK这两个操作进行使能，相当于开关控制

总结列表

内部结构图

这个是这个DS1302芯片的内部结构图

电源控制部分

这就是电源控制部分

时钟控制部分

这个是时钟部分，X1和X2接的是外部晶振，通过内部电路的设置，频率分频等等运算之后，就会输出一个1Hz的标准计时频率。

寄存器部分

这个是芯片内部的一个寄存器部分，内部的时间都是存在这个寄存器里面的，它是31*8这么大的一个RAM，就跟单片机内部的RAM一样，比如说我们定一个变量i，那么在单片机内部的寄存器里面就为这里变量开辟了一个地址的空间。

这些就是一部分跟时钟有关的寄存器

访问部分

接下来就是访问部分。怎么去读写寄存器就是靠这部分来的。其中CE引脚是芯片的使能，当然并不是说芯片不使能这个时钟就不工作了。这个CE是就相当于一个中介开关一样，数据从移位寄存器过来之后，首先要经过一个开关，开关使能之后才能去访问这个RAM。CE为高电平的时候，IO和SCLK的操作才是有用的。

I/O和SCLK控制输入移位寄存器。

寄存器部分的详细定义

接下来详细介绍一个寄存器部分的定义

这些寄存器都有一个地址，每个地址下就是一个数据，数据是以一个字节一个字节存储的，一个字节有8位。在所有的这些寄存器中，第一个寄存器是秒寄存器，也就是地址0它存储的是秒。第二个是分寄存器，第三个是小时寄存器，第四个就是date(1-31)寄存器，接下来就是月寄存器，再下来是Day寄存器（星期一到星期日），然后是年寄存器（可以工作在2000-2099年，2100年之后这个芯片就不中用了）。