使用51单片机和DS1302时钟芯片做一个简易的电子时钟

一、前言

今天给大家推荐一个51单片机小实验，带你使用51单片机做一款简易的电子时钟，其中计时模块采用DS1302硬件模块，显示采用LCD显示屏，具体怎么实现开来一起看看吧！

二、DS1302模块介绍

DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟和31字节静态 RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟、日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，每月的天数和闰年自动补偿等多种功能。时钟操作可通过 AM/PM 指示，DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，简易三线SPI通信模式：

• RES 复位
• I/O 数据线
• SCLK 串行时钟

SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如MSP430单片机系列处理器。

DS1302时钟芯片的工作原理如下：

• DS1302芯片内部有一组定时器和寄存器，通过这些寄存器可以实现时钟的读写操作。
• DS1302通过三根引脚与外部设备连接，分别是RST、DAT和CLK。RST引脚用于复位
• DS1302，DAT引脚用于数据传输，CLK引脚用于时钟信号。
• DS1302芯片使用BCD码表示时间信息，即用4位二进制数表示一个十进制数。例如，分的BCD码为00H到59H。

三、驱动DS1302的代码

以下是使用51单片机驱动DS1302时钟芯片的代码，具体实现步骤如下：

3.1 初始化DS1302时钟芯片

void DS1302Init() {
    // 初始化DS1302时钟芯片
    DS1302WriteByte(0x8E, 0x00);
    // 关闭写保护
    DS1302WriteByte(0x90, 0x00);
}

3.2 读取DS1302时钟芯片的时间

void DS1302ReadTime(unsigned char *p) {
    // 读取DS1302时钟芯片的时间
    unsigned char i;
    DS1302WriteByte(0xBF, 0x00);
    for (i = 0; i < 7; i++) {
        p[i] = DS1302ReadByte();
    }
}

3.3 设置DS1302时钟芯片的时间

void DS1302WriteTime(unsigned char *p) {
    // 设置DS1302时钟芯片的时间
    unsigned char i;
    DS1302WriteByte(0xBE, 0x00);
    for (i = 0; i < 7; i++) {
        DS1302WriteByte(p[i], 0x00);
    }
}

3.4 读取DS1302时钟芯片的RAM

// 从DS1302读取一个字节的数据
void DS1302ReadByte(uchar *dat) {
    uchar i;

    for (i = 0; i < 8; i++) {
        SCLK = 0;
        _nop_();
        *dat |= IO << i;
        SCLK = 1;
        _nop_();
    }
}

四、读取DS1302时钟芯片的RAM

DS1302时钟芯片有31个字节的RAM空间，可以用来存储一些数据。在实际应用中，我们可能需要读取这些存储的数据。读取DS1302的RAM和读取寄存器类似，也需要先向DS1302发送读取RAM的命令，然后再读取RAM的内容。

读取DS1302的RAM需要使用到DS1302的另一个引脚——CE（片选使能）引脚，该引脚在读写DS1302的RAM时需要保持为低电平。读取RAM的过程如下：

4.1 发送读取RAM的命令

向DS1302写入读取RAM的命令：0x61。DS1302会自动切换到RAM读取模式，准备将RAM中的数据传输给单片机。

DS1302Write(0x61); // 发送读取RAM命令

4.2 读取RAM的内容

发送读取RAM命令后，就可以读取RAM中的数据了。读取RAM的数据需要先读取DS1302的数据引脚（IO引脚）上的高电平脉冲，然后再读取8个位的数据。具体的读取过程可以使用DS1302ReadByte函数实现，该函数会读取一个字节的数据。

for (i = 0; i < 31; i++) {
    DS1302ReadByte(&byte); // 读取一个字节的数据
    ram[i] = byte; // 存储到数组中
}

读取完RAM后，我们可以将其存储到一个数组中，方便后续的使用。

4.3 读取部分单独代码实现（注重逻辑）

#include 
#include 

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit SCLK = P2^0;
sbit IO = P2^1;
sbit CE = P2^2;

uchar ds1302_read_ram(uchar address)
{
    uchar i, dat;
    
    CE = 0;
    _nop_();
    SCLK = 0;
    _nop_();
    CE = 1;
    _nop_();
    
    IO = 0; // 写指令
    SCLK = 0;
    _nop_();
    SCLK = 1;
    _nop_();
    IO = address | 0xc0; // 选择地址并读取 RAM
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        SCLK = 0;
        _nop_();
        SCLK = 1;
        _nop_();
    }
    IO = 0; // 接收数据
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        dat >>= 1;
        if (IO) dat |= 0x80;
        SCLK = 0;
        _nop_();
        SCLK = 1;
        _nop_();
    }
    CE = 0;
    
    return dat;
}

在上述代码中，ds1302_read_ram 函数接收一个参数 address，用于指定要读取的 RAM 地址，返回一个字节表示该地址处的 RAM 数据。

该函数的具体实现过程如下：

• 置 CE 为低电平，并延迟一段时间。
• 置 SCLK 为低电平，并延迟一段时间。
• 置 CE 为高电平，并延迟一段时间。
• 置 IO 为低电平，表示写指令。
• 置 SCLK 为低电平，并延迟一段时间。
• 置 SCLK 为高电平，并延迟一段时间。
• 置 IO 为 address | 0xc0，即选择地址并读取 RAM。
• 依次进行 8 次时钟上升沿，在每个上升沿时读取数据位。
• 置 CE 为低电平。
• 返回读取到的数据。

需要注意的是，读取 RAM 数据时需要将地址的最高位（即 bit7）置为 1，以表示要读取 RAM。另外，在读取数据位时需要依次进行 8 次时钟上升沿，且每次读取时需要先右移数据，再将新数据左移并或上读到的数据位。

五、整体代码实现

下面是使用51单片机和DS1302时钟芯片实现的简易电子时钟的代码实现。代码中包含了DS1302的初始化、时钟读取、RAM读写等基本功能。

#include 
#include "LCD1602.h"
#include "DS1302.h"

#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int

sbit beep=P3^6;     //定义蜂鸣器接口

void main()
{
    uchar year, month, day, hour, minute, second;  //年月日时分秒
    uchar str_data[11], str_time[11];              //用于存放LCD上显示的日期和时间

    LCD_Init();  //初始化LCD显示屏
    DS1302_Init();  //初始化DS1302时钟芯片

    //将时间初始化为2023年2月21日0时0分0秒
    DS1302_Write(0x8e,0);   //关闭写保护
    DS1302_Write(0x80,0x23);   //年份
    DS1302_Write(0x82,0x02);   //月份
    DS1302_Write(0x84,0x21);   //日期
    DS1302_Write(0x86,0x00);   //时钟
    DS1302_Write(0x88,0x00);   //分钟
    DS1302_Write(0x8a,0x00);   //秒钟
    DS1302_Write(0x8e,0x80);   //开启写保护

    while(1)
    {
        //读取DS1302时钟芯片中的年月日时分秒
        year = DS1302_Read(0x80);
        month = DS1302_Read(0x82);
        day = DS1302_Read(0x84);
        hour = DS1302_Read(0x86);
        minute = DS1302_Read(0x88);
        second = DS1302_Read(0x8a);

        //将年月日时分秒转换成字符串
        sprintf(str_data, "Data: 20%02x-%02x-%02x", year, month, day);
        sprintf(str_time, "Time: %02x:%02x:%02x", hour, minute, second);

        //在LCD上显示日期和时间
        LCD_Write_String(0,0,str_data);
        LCD_Write_String(0,1,str_time);

        Delay_Ms(1000);  //延时1秒
    }
}

六、显示效果