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