時鐘晶元

現在流行的串列時鐘電路很多，如DS1302、 DS1307、PCF8485等。這些電路的介面簡單、價格低廉、使用方便，被廣泛地採用。本文介紹的實時時鐘電路DS1302是DALLAS公司的一種具有涓細電流充電能力的電路，主要特點是採用串列數據傳輸，可為掉電保護電源提供可編程的充電功能，並且可以關閉充電功能。採用普通32.768kHz晶振。

DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進行計時，具有閏年補償功能，工作電壓為2.5V～5.5V。採用三線介面與CPU進行同步通信，並可採用突發方式一次傳送多個位元組的時鐘信號或RAM數據。DS1302內部有一個31×8的用於臨時性存放數據的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級產品，與DS1202兼容，但增加了主電源/後備電源雙電源引腳，同時提供了對後備電源進行涓細電流充電的能力。

引腳功能及結構

在DS1302的引腳排列，其中Vcc1為後備電源，VCC2為主電源。在主電源關閉的情況下，也能保持時鐘的連續運行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當Vcc2大於Vcc1+0.2V時，Vcc2給DS1302供電。當Vcc2小於Vcc1時，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源，外接32.768kHz晶振。RST是複位/片選線，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/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單位元組或多位元組數據的傳送手段。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RST置為低電平，則會終止此次數據傳送，I/O引腳變為高阻態。上電運行時，在Vcc≥2.5V之前，RST必須保持低電平。只有在SCLK為低電平時，才能將RST置為高電平。I/O為串列數據輸入輸出端(雙向)，後面有詳細說明。SCLK始終是輸入端。

DS1302的控制字元表示。控制位元組的最高有效位(位7)必須是邏輯1，如果它為0，則不能把數據寫入DS1302中，位6如果為0，則表示存取日曆時鐘數據，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，控制位元組總是從最低位開始輸出。

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脈衝的下降沿讀出DS1302的數據，讀出數據時從低位0位到高位7。

DS1302有12個寄存器，其中有7個寄存器與日曆、時鐘相關，存放的數據位為BCD碼形式。

此外，DS1302 還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與RAM相關的寄存器等。時鐘突發寄存器可一次性順序讀寫除充電寄存器外的所有寄存器內容。 DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態為一個8位的位元組，其命令控制字為C0H～FDH，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作；另一類為突發方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性讀寫所有的RAM的31個位元組，命令控制字為FEH(寫)、FFH(讀)。

DS1302與CPU的連接需要三條線，即SCLK(7)、I/O(6)、RST(5)。圖3示出DS1302與89C2051的連接圖，其中，時鐘的顯示用LCD。

實際上，在調試程序時可以不加電容器，只加一個32.768kHz的晶振即可。只是選擇晶振時，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，同時顯示實時溫度。只要佔用CPU一個口線即可。LCD還可以換成LED，還可以使用北京衛信傑科技發展有限公司生產的10位多功能8段液晶顯示模塊LCM101，內含看門狗(WDT)/時鐘發生器及兩種頻率的蜂鳴器驅動電路，並有內置顯示RAM，可顯示任意欄位筆劃，具有3－4線串列介面，可與任何單片機、IC介面。功耗低，顯示狀態時電流為2μA (典型值)，省電模式時小於1μA，工作電壓為2.4V～3.3V，顯示清晰。

圖4示出DS1302的實時時間流程。根據此流程框圖，不難採集實時時間。下面結合流程圖對DS1302的基本操作進行編程：

根據本人在調試中遇到的問題，特作如下說明：

DS1302 與微處理器進行數據交換時，首先由微處理器向電路發送命令位元組，命令位元組最高位MSB(D7)必須為邏輯1，如果D7=0，則禁止寫DS1302，即防寫；D6=0，指定時鐘數據，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，指定寫操作(輸入)， D0=1，指定讀操作(輸出)。

在DS1302的時鐘日曆或RAM進行數據傳送時，DS1302必須首先發送命令位元組。若進行單位元組傳送，8位命令位元組傳送結束之後，在下2個SCLK周期的上升沿輸入數據位元組，或在下8個SCLK周期的下降沿輸出數據位元組。

DS1302與RAM相關的寄存器分為兩類：一類是單個RAM單元，共31個，每個單元組態為一個8位的位元組，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寄存器，在此方式下可一次性讀、寫所有的RAM的31個位元組。

要特別說明的是備用電源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，如果要長時間保證時鐘正常，最好選用小型充電電池。可以用老式電腦主板上的3.6V充電電池。如果斷電時間較短(幾小時或幾天)時，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小時的正常走時。DS1302在第一次加電后，必須進行初始化操作。初始化后就可以按正常方法調整時間。

DS1302存在時鐘精度不高，易受環境影響，出現時鐘混亂等缺點。DS1302可以用於數據記錄，特別是對某些具有特殊意義的數據點的記錄，能實現數據與出現該數據的時間同時記錄。這種記錄對長時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採樣或定時採樣，沒有具體的時間記錄，因此，只能記錄數據而無法準確記錄其出現的時間；若採用單片機計時，一方面需要採用計數器，佔用硬體資源，另一方面需要設置中斷、查詢等，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，如果在系統中採用時鐘晶元DS1302，則能很好地解決這個問題。