1 引言
現在流行的串行時(shí)鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的接口簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、使用方便，被廣泛地采用。本文介紹的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點(diǎn)是采用串行數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，并且可以關(guān)閉充電功能。采用普通32.768kHz晶振。

2 DS1302的結構及工作原理
DS1302 是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計時(shí)，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。采用三線(xiàn)接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節的時(shí)鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個(gè)31×8的用于臨時(shí)性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對后背電源進(jìn)行涓細電流充電的能力。
2.1 引腳功能及結構
圖1示出DS1302的引腳排列,其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大于Vcc1＋0.2V時(shí)，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是復位/片選線(xiàn)，通過(guò)把RST輸入驅動(dòng)置高電平來(lái)啟動(dòng)所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節或多字節數據的傳送手段。當RST為高電平時(shí)，所有的數據傳送被初始化，允許對DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過(guò)程中RST置為低電平，則會(huì )終止此次數據傳送，I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運行時(shí)，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時(shí)，才能將RST置為高電平。I/O為串行數據輸入輸出端(雙向)，后面有詳細說(shuō)明。SCLK始終是輸入端。

2.2 DS1302的控制字節
DS1302 的控制字如圖2所示�？刂谱止澋淖罡哂行�位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數據寫(xiě)入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日歷時(shí)鐘數據，為1表示存取RAM數據;位5至位1指示操作單元的地址;最低有效位(位0)如為0表示要進(jìn)行寫(xiě)操作，為1表示進(jìn)行讀操作，控制字節總是從最低位開(kāi)始輸出。



2.3 數據輸入輸出(I/O)
在控制指令字輸入后的下一個(gè)SCLK時(shí)鐘的上升沿時(shí)，數據被寫(xiě)入DS1302，數據輸入從低位即位0開(kāi)始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個(gè)SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據，讀出數據時(shí)從低位0位到高位7。
2.4 DS1302的寄存器
DS1302有12個(gè)寄存器，其中有7個(gè)寄存器與日歷、時(shí)鐘相關(guān)，存放的數據位為BCD碼形式,其日歷、時(shí)間寄存器及其控制字見(jiàn)表1。



此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時(shí)鐘突發(fā)寄存器及與RAM相關(guān)的寄存器等。時(shí)鐘突發(fā)寄存器可一次性順序讀寫(xiě)除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi)：一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫(xiě)操作；另一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節，命令控制字為FEH(寫(xiě))、FFH(讀)。

3 DS1302實(shí)時(shí)顯示時(shí)間的軟硬件
DS1302與CPU的連接需要三條線(xiàn)，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。圖3示出DS1302與89C2051的連接圖，其中，時(shí)鐘的顯示用LCD。
3.1 DS1302與CPU的連接
實(shí)際上，在調試程序時(shí)可以不加電容器，只加一個(gè)32.768kHz 的晶振即可。只是選擇晶振時(shí)，不同的晶振，誤差也較大。另外，還可以在上面的電路中加入DS18B20，同時(shí)顯示實(shí)時(shí)溫度。只要占用CPU一個(gè)口線(xiàn)即可。 LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛信杰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內含看門(mén)狗(WDT)/時(shí)鐘發(fā)生器及兩種頻率的蜂鳴器驅動(dòng)電路，并有內置顯示RAM，可顯示任意字段筆劃，具有3－4線(xiàn)串行接口，可與任何單片機、IC接口。功耗低，顯示狀態(tài)時(shí)電流為2μA (典型值)，省電模式時(shí)小于1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。




3.2 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)間流程
圖4示出DS1302的實(shí)時(shí)時(shí)間流程。根據此流程框圖，不難采集實(shí)時(shí)時(shí)間。下面結合流程圖對DS1302的基本操作進(jìn)行編程：








根據本人在調試中遇到的問(wèn)題，特作如下說(shuō)明：
DS1302 與微處理器進(jìn)行數據交換時(shí)，首先由微處理器向電路發(fā)送命令字節，命令字節最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫(xiě)DS1302，即寫(xiě)保護；D6=0，指定時(shí)鐘數據，D6=1，指定RAM數據；D5～D1指定輸入或輸出的特定寄存器；最低位LSB(D0)為邏輯0，指定寫(xiě)操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。
在DS1302的時(shí)鐘日歷或RAM進(jìn)行數據傳送時(shí)，DS1302必須首先發(fā)送命令字節。若進(jìn)行單字節傳送，8位命令字節傳送結束之后，在下2個(gè)SCLK周期的上升沿輸入數據字節，或在下8個(gè)SCLK周期的下降沿輸出數據字節。
DS1302與RAM相關(guān)的寄存器分為兩類(lèi):一類(lèi)是單個(gè)RAM單元，共31個(gè)，每個(gè)單元組態(tài)為一個(gè)8位的字節，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫(xiě)操作；再一類(lèi)為突發(fā)方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性讀、寫(xiě)所有的RAM的31個(gè)字節。
要特別說(shuō)明的是備用電源B1，可以用電池或者超級電容器(0.1F以上)。雖然DS1302在主電源掉電后的耗電很小，但是，如果要長(cháng)時(shí)間保證時(shí)鐘正常，最好選用小型充電電池�？梢杂美鲜诫娔X主板上的3.6V充電電池。如果斷電時(shí)間較短(幾小時(shí)或幾天)時(shí)，就可以用漏電較小的普通電解電容器代替。100 μF就可以保證1小時(shí)的正常走時(shí)。DS1302在第一次加電后，必須進(jìn)行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調整時(shí)間。

4 結論
DS1302 存在時(shí)鐘精度不高，易受環(huán)境影響，出現時(shí)鐘混亂等缺點(diǎn)。DS1302可以用于數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點(diǎn)的記錄，能實(shí)現數據與出現該數據的時(shí)間同時(shí)記錄。這種記錄對長(cháng)時(shí)間的連續測控系統結果的分析及對異常數據出現的原因的查找具有重要意義。傳統的數據記錄方式是隔時(shí)采樣或定時(shí)采樣，沒(méi)有具體的時(shí)間記錄，因此，只能記錄數據而無(wú)法準確記錄其出現的時(shí)間；若采用單片機計時(shí)，一方面需要采用計數器，占用硬件資源，另一方面需要設置中斷、查詢(xún)等，同樣耗費單片機的資源，而且，某些測控系統可能不允許。但是，如果在系統中采用時(shí)鐘芯片DS1302，則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。