基于DS1302數字時鐘電路的設計

目錄

　　從古代的滴漏更鼓到近代的機械鐘，從電子表到目前的數字時鐘，為了準確的測量和記錄時間，人們一直在努力改良著計時工具。鐘表的數字化，大力推動了計時的精確性和可靠性。在單片機構成的裝置中，實時時鐘是必不可少的部件。目前常用的實時時鐘，很多采用單片機的中斷效勞來實現，這種方式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、查詢等，同樣消耗單片機的資源，而且某些測控系統可能不允許;有的那么使用并行接口的時鐘芯片，如MC146818、DS12887等，它們雖然能滿足單片機系統對實時時鐘的要求，但是這些芯片與單片機接口復雜，占用地址、數據總線多，芯片體積大，占用空間多，給其它設計帶來諸多不便。

　　本設計選取串行接口時鐘芯片DS1302與單片機同步通信構成數字時鐘電路。其簡單的三線接口能為單片機節省大量資源，DS1302的后背電源及對后背電源進行涓細電流充電的能力保證電路斷電后仍能保存時間和數據信息等。這些優點解決了目前常用的實時時鐘所無法解決的問題。該時鐘電路強大的功能和優越的性能，在很多領域的應用中，尤其是某些自動化控制、長時間無人看守的測控系統等對時鐘精確性和可靠性有較高要求的場合，具有很高的使用價值。

　　1.DS1302簡介

　　DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，且具有閏年補償功能，工作電壓寬達2.5～5.5V。時鐘可工作在24小時格式或12小時〔AM/PM〕格式。DS1302與單片機的接口使用同步串行通信，僅用3條線與之相連接?？刹捎靡淮蝹魉鸵粋€字節或突發方式一次傳送多個字節的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用于臨時性存放數據的RAM存放器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后背電源雙電源引腳，同時提供了對后背電源進行涓細電流充電的能力。

　　2.DS1302引腳功能與內部結構

　　DS1302的引腳功能如表1所示，外形及內部結構如圖1所示：

表1 DS1302引腳功能表

圖1 DS1302管腳圖及內部結構圖

　　3.DS1302的控制字

　　DS1302的控制字節如圖2所示：

圖2 DS1302控制字節的含義

　　控制字節的最高有效位〔位7〕必須是邏輯1，如果它為0，那么不能把數據寫入到DS1302中。位6如果為0，那么表示存取日歷時鐘數據，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表示要進行寫操作，為1表示進行讀操作，控制字節總是從最低位開始輸出。

　　4.DS1302的復位引腳

　　通過把RST輸入驅動置高電平來啟動所有的數據傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位存放器;其次RST提供了終止單字節或多字節數據的傳送手段。當RST為高電平時，所有的數據傳送被初始化，允許對DS1302進行操作。如果在傳送過程中置RST為低電平，那么會終止此次數據傳送，并且I/O引腳變為高阻態。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，必須保持RST低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電。

　　5.DS1302的數據輸入輸出

　　在控制指令字輸入后的下一個SCLK時鐘的上升沿時數據被寫入DS1302，數據輸入從低位即位0開始。同樣，在緊跟8位的控制指令字后的下一個SCLK脈沖的下降沿讀出DS1302的數據，讀出數據時從低位0位至高位7，數據讀寫時序如圖3所示：

圖3 數據讀寫時序

　　6.DS1302DS1302的存放器

　　DS1302共有12個存放器，其中有7個存放器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為BCD碼形式。其日歷、時間存放器及其控制字見表2。

　　此外，DS1302還有年份存放器、控制存放器、充電存放器、時鐘突發存放器及與RAM相關的存放器等。時鐘突發存放器可一次性順序讀寫除充電存放器外的所有存放器的內容。 DS1302與RAM相關的存放器分為兩類，一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態為一個8位的字節，其命令控制字為C0H--FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作;再一類為突發方式下的RAM存放器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個字節，命令控制字為FEH〔寫〕、FFH〔讀〕。

表2 DS1302的日歷、時鐘存放器及其控制字

　　該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。