基于ds1302数字时钟电路的设计 

基于DS1302数字时钟电路的设计

1 引 言

从古代的滴漏更鼓到近代的机械钟，从电子表到目前的数字时钟，为了准确的测量和记录时间，人们一直在努力改进着计时工具。钟表的数字化，大力推动了计时的精确性和可靠性。在单片机构成的装置中，实时时钟是必不可少的部件。目前常用的实时时钟，很多采用单片机的中断服务来实现，这种方式一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且某些测控系统可能不允许；有的则使用并行接口的时钟芯片，如MC146818、DS12887等，它们虽然能满足单片机系统对实时时钟的要求，但是这些芯片与单片机接口复杂，占用地址、数据总线多，芯片体积大，占用空间多，给其它设计带来诸多不便。本设计选取串行接口时钟芯片DS1302与单片机同步通信构成数字时钟电路。其简单的三线接口能为单片机节省大量资源，DS1302的后背电源及对后背电源进行涓细电流充电的能力保证电路断电后仍能保存时间和数据信息等。这些优点解决了目前常用的实时时钟所无法解决的问题。该时钟电路强大的功能和优越的性能，在很多领域的应用中，尤其是某些自动化控制、长时间无人看守的测控系统等对时钟精确性和可靠性有较高要求的场合，具有很高的使用价值。

1.1 多功能数字钟的起源

1350年6月6日意大利人乔万尼?德?党笛制造了世界上第一台结构简单的机械打点

多功能数字钟。1657年，荷兰人惠更斯首先把重力摆引入机械钟，从而创立了摆钟。

到了20世纪，随着电子工业的迅速发展，电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字显示式石英钟表相继问世，多功能数字钟的日差已小于0.5秒。特别是原子钟的出现，它是原子的振动来控制，是目前世界上最精确的钟，即使经过100万年，其偏差也不会超过1秒钟。

多功能数字钟最早起源于欧洲中世纪的教堂，是完全机械式结构，动力使用重锤，打点钟声完全使用人工撞击铸钟，因此当时一个多功能数字钟工程在建筑和机械结构方面是相当复杂的。进入电子时代后，电子多功能数字钟也相应出现。我国电子多功能数字钟行业从80年代起逐渐成长壮大起来，目前在技术及应用水平上已经达到世界同类水平。

1.2 国内外研究现状、发展动态

随着人类科技文明的发展，人们对于时钟的要求在不断地提高。时钟已不仅仅被看成一种用来显示时间的工具，在很多实际应用中它还需要能够实现更多其它的功能。高精度、多功能、小体积、低功耗，是现代时钟发展的趋势。在这种趋势下，时钟的数字化、多功能化已经成为现代时钟生产研究的主导设计方向。

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核心芯片简介

1.3 多种多样实现多功能数字钟的技术

数字钟是一种用数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，已得到广泛的使用。数字钟的设计方法有许多种,例如,可用中小规模集成电路组成电子钟；也可以利用专用的电子钟芯片配以显示电路及其所需要的外围电路组成电子钟；还可以利用单片机来实现电子钟等等。这些方法都各有其特点

1.4产品领域下面将主要的性能指标作一综合

", 实时时钟具有能计算2100 年之前的秒分时日日期星期月年的能力还有闰年调整的能力

", 31 8 位暂存数据存储RAM ", 串行I/O 口方式使得管脚数量最少 ", 宽范围工作电压2.0 5.5V ", 工作电流2.0V 时,小于300nA

", 读/写时钟或RAM 数据时有两种传送方式单字节传送和多字节传送字符组方式 ", 8 脚DIP 封装或可选的8 脚SOIC 封装根据表面装配 ", 简单3 线接口 ", 与TTL 兼容Vcc=5V ", 可选工业级温度范围-40 +85 ", 与DS1202 兼容

", 在DS1202 基础上增加的特性 对Vcc1 有可选的涓流充电能力 双电源管用于主电源和备份电源供应 备份电源管脚可由电池或大容量电容输入

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2 核心芯片简介

2.1 DS1302简介

DS1302

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是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，

它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5～5.5V。时钟可工作在24小时格式或12小时（AM/PM）格式。 DS1302与单片机的接口使用同步串行通信，仅用3条线与之相连接。可采用一次传送一个字节或突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源／后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。 2.1.1 DS1302引脚功能与内部结构

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DS1302的引脚功能如表1所示，外形及内部结构如图1所示

引脚号 1 2、3 4 5 6 7 8 引脚名称 VCC2 X1、X2 GND RST I/O SCLK VCC1 功能 主电源 ：

振荡源，外接32768Hz晶振 地线 复位/片选线 串行数据输入/输出端（双向） 串行时钟输入端 后备电源 表1 DS1302引脚功能表

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图1 DS1302管脚图及内部结构图

2.1.2 DS1302的控制字

DS1302的控制字节如图2所示：

7 6 5 4 3 2 1 0

RAM RAM A4 CK 图2 DS1302控制字节的含义

1 A3 A2 A1 A0 K 控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入到DS1302中。位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;位5至位1指示操作单元的地址;最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。 2.1.3 DS1302的复位引脚

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通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。 RST输入有两种功能：首先，

RST接通控制逻辑，允许地址／命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供了终止单字节

或多字节数据的传送手段。当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。如果在传送过程中置RST为低电平，则会终止此次数据传送，并且I/O引脚变为高阻态。上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。 2.1.4 DS1302的数据输入输出

在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位至高位7，数据读写时序如图3所示：

SCLKRST0I/O1234567014567R/WA0A1A2A3A4R/C1DATA I/O BYTE1DATA I/O BYTE2图3 数据读写时序

2.1.5 DS1302的寄存器

DS1302共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。其日历、时间寄存器及其控制字见表2。

此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器的内容。 DS1302与RAM相关的寄存器分为两类，一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H--FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；再一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。

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