今天我們來(lái)討論一款老掉牙的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片 DS1302 。什么是實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RealTime Clock, RTC）呢？為什么我們需要它呢？假設(shè)你使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)萬(wàn)年歷應(yīng)用，一般的做法是這樣的：設(shè)置中斷后判斷1秒是否到來(lái)，如果到來(lái)就將秒數(shù)加1，然后再考慮一些進(jìn)位處理，例如，每60秒則分鐘加1，每60分則小時(shí)加1， 24小時(shí)或12小時(shí)制也要區(qū)分對(duì)待，每12個(gè)月則年加1，還要考慮閏月閏年。雖然考慮的事情好像有些多，但是在資訊非常發(fā)達(dá)的今天，從網(wǎng)絡(luò)上搜索出現(xiàn)成的代碼也絕不是難事。

當(dāng)然，利用代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)這些算法并不是惟一途徑，你也可以使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片來(lái)減輕編程負(fù)擔(dān)，只要我們把芯片內(nèi)的年月日時(shí)分秒等參數(shù)設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間，啟動(dòng)后內(nèi)部會(huì)自動(dòng)開始計(jì)數(shù)，理論上芯片記錄的時(shí)間將與我們的時(shí)間 實(shí)時(shí)同步 ，進(jìn)位的問題也由芯片自行處理，我們只需要在必要的時(shí)候從芯片中讀取一些時(shí)間值即可，實(shí)在不要太簡(jiǎn)單。

DS1302就是一款使用廣泛的RTC芯片，我們來(lái)看看與時(shí)間相關(guān)的寄存器有哪些，如下圖所示（DS1302內(nèi)部另外還有31個(gè)字節(jié)的RAM，本文不涉及）：

首先我們關(guān)注一下地址，可能不少人會(huì)想：這些地址怎么這么怪呢？你這個(gè)廠家設(shè)計(jì)芯片時(shí)就不能靠譜點(diǎn)嗎？地址從0x00開始連續(xù)增加會(huì)死呀？竟然還分為不同的讀寫地址，我看這個(gè)芯片設(shè)計(jì)者是閑得“淡”疼，簡(jiǎn)單的問題復(fù)雜化！

然而實(shí)際上，這9個(gè)寄存器地址的確是 0x0 ～0x8 ，并且讀寫的也確實(shí)是同一個(gè)地址的數(shù)據(jù)，只不過數(shù)據(jù)手冊(cè)在標(biāo)記這些地址時(shí)，把發(fā)送串行數(shù)據(jù)中的其它一些位也考慮進(jìn)來(lái)了。我們來(lái)看看如何往DS1302中寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，相應(yīng)的時(shí)序如下圖所示：

可以看到，單個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫入到DS1302需要兩個(gè)字節(jié)，前一個(gè)字節(jié)用來(lái)確定寫數(shù)據(jù)的目的地址。后一個(gè)字節(jié)就是需要寫入的數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意： 兩個(gè)字節(jié)都是以低位先行的方式發(fā)送 ，正常情況下確定地址的前一個(gè)字節(jié)如下圖所示

讀寫數(shù)據(jù)時(shí)最高位（第7位）必須為1，最低位用來(lái)表示讀（RD=1）還是寫（ **WR=0** ）數(shù)據(jù)。我們剛剛提過，DS1302內(nèi)部額外還有31個(gè)字節(jié)的RAM，可作為通用的RAM使用，第6位表示往RAM（RAM=1）還是RTC（ **CK=0** ）中寫入（或讀取）數(shù)據(jù)，**前面表格中標(biāo)注的寫或讀地址就是把這****8** **位都考慮進(jìn)來(lái)了** 。

如果你往RTC中寫入數(shù)據(jù)，第7位總是1，第6位與第0位總是0，所以寫的地址總是偶數(shù)，讀的地址總是奇數(shù)。是不是閑得“淡”疼呢？還真不是，因?yàn)閺谋举|(zhì)上來(lái)講，讀寫信號(hào)以及訪問區(qū)域（RAM/CK）選擇位也可以算是地址線。例如，以前討論的HD44780有一個(gè)RS引腳表示寫入的是數(shù)據(jù)還是指令，但是你也可以認(rèn)為它是一條地址線，它決定你將代碼寫入數(shù)據(jù)寄存器還是指令寄存器。

好吧！地址的事情已經(jīng)談妥了，咱們來(lái)一一介紹DS1302內(nèi)部與時(shí)間有關(guān)的寄存器：

（1 ）【地址0x80 】秒鐘寄存器（Seconds ） ：DS1302中RTC寄存器都是以BCD碼來(lái)保存的，也就是說，個(gè)位與十位分別占用一些位。在8位秒鐘寄存器中，BIT3～0用來(lái)保存秒鐘的個(gè)位，BIT6～4用保存秒鐘的十位，因?yàn)槊霐?shù)是不可能大于5的，所以用3位已然足夠，而最高位BIT7表示時(shí)鐘掛起位（ ClockHalt, CH ） ，當(dāng)CH=1時(shí)，時(shí)鐘暫時(shí)處于掛起狀態(tài)（暫停計(jì)數(shù)），當(dāng)CH=0時(shí)，計(jì)數(shù)才會(huì)開始運(yùn)行。 **這個(gè)寄存器的設(shè)計(jì)還是很巧妙的** ，也就是說，只要我們往秒寄存器寫入實(shí)際的秒鐘數(shù)時(shí)，CH位都會(huì)被清零。換句話說，一般情況下，我們都會(huì)先初始化年月日時(shí)分等其它寄存器，而秒鐘寄存器留待最后設(shè)置，同時(shí)也開啟了芯片計(jì)數(shù)。

（2 ）【地址0x82 】分鐘寄存器（Minutes ） ：與秒鐘寄存器一樣，BIT3～0用來(lái)保存分鐘的 個(gè)數(shù) ，BIT6～4用保存分鐘的 十位 ，最高位是無(wú)效的。

（3 ）【地址0x84 】小時(shí)寄存器（Hour ） ：該寄存器的低4位保存小時(shí)的個(gè)位，而小時(shí)的十位則取決于時(shí)間是24還是12小時(shí)制。BIT7=1時(shí)為12小時(shí)制，那么小時(shí)的十位不可能大于1（ 1 ～12 ），它只需要一位（BIT4）表示即可，只是還多了一個(gè)BIT5用來(lái)表示下午（PM=1）還是上午（AM=0）；而BIT7=0時(shí)為24小時(shí)制，十位數(shù)最大值可能為2（ **0** **～23** ），所以用BIT5～BIT4表示小時(shí)的十位。

（4 ）【地址0x86 】日期寄存器（Data ） ：日期表示一個(gè)月份有多少天，其范圍為1～31，十位最大值為3，所以用BIT5～4表示十位，BIT3～0表示個(gè)位。

（5 ）【地址0x88 】月份寄存器（Month ） ：月份范圍是1～12，所以用BIT4表示十位，BIT3～0表示個(gè)位。

（6 ）【地址0x8A 】星期寄存器（Day ） ：星期的范圍是1～7，所以用BIT2～BIT0表示即可?？赡苡行┤嗽谙耄簽槭裁葱瞧跀?shù)用Day而不用Week之類的呢？我還以為是天數(shù)呢！因?yàn)橛⑽牡男瞧?～7都是以Day結(jié)尾，例如，Monday，Sunday， Friday等等。英文詢問今天星期幾即“What day is today？”

（7 ）【地址0x8C 】年份寄存器（Year ） ：DS1302的年份范圍是00～99，所以分別用高4位與低4位分別表示十位與個(gè)位。

（8 ）【地址0x8E 】寫保護(hù)寄存器（Write Protect, WP ） ： 該寄存器只有最高位有效，為1表示開啟寫保護(hù)，為0表示解除寫保護(hù)。在往RTC（或RAM）中寫入數(shù)據(jù)前，必須將該位清0。

（9 ）【地址0x90 】充電寄存器 ：與時(shí)間計(jì)數(shù)無(wú)關(guān)，咱們最后討論。

我們使用VisualCom軟件平臺(tái)來(lái)仿真一下，相應(yīng)的仿真效果如下圖所示：

調(diào)出的DS1302器件有一個(gè)能夠方便我們觀察RTC內(nèi)部狀態(tài)的屏幕，其實(shí)就是一塊能夠顯示4行20個(gè)字符的液晶顯示模組（LCM2004），從屏幕上看到信息就是從DS1302中讀取出來(lái)并寫入到LCM2004中的。當(dāng)然，一些特殊的寄存器狀態(tài)還是得觀察“內(nèi)存”窗口，相應(yīng)的預(yù)置數(shù)據(jù)如下圖所示：

VisualCom軟件平臺(tái)中的預(yù)置數(shù)據(jù)格式均按照正常位序定義，共16位有效，高8位設(shè)置訪問地址，低8位則是寫入的數(shù)據(jù)，如下圖所示：

首先我們解除了寫保護(hù)。因?yàn)闊o(wú)論你寫什么、往哪里寫，寫保護(hù)都需要解除（將WP位清零），所以需要寫入的數(shù)據(jù)為“ 0b10001110_0000000 （0x8E00 ） ”，如下圖所示

寫保護(hù)解鎖后，咱們就可以為所欲為了，在依次寫入年份、星期、月份、日期、小時(shí)、分鐘后，我們才設(shè)置了 秒鐘 ，也就同時(shí)啟動(dòng)了芯片的計(jì)數(shù)，簡(jiǎn)單吧！

最后我們談?wù)?充電寄存器 ，它是用來(lái)做什么的呢？有電腦使用經(jīng)驗(yàn)的讀者都知道，當(dāng)我們將電腦徹底關(guān)機(jī)（電）后再開機(jī)，時(shí)間仍然還在繼續(xù)跑的，對(duì)不對(duì)？因?yàn)殡娔X的處理器也有RTC功能，當(dāng)電腦處于開機(jī)時(shí)，RTC由外部電源供電，而在斷電狀態(tài)下，RTC則由主板上的電池（最常見的是鈕扣電池 CR2032 ）供電。換句話說，RTC單元的供電總是不會(huì)斷開的，所以計(jì)數(shù)功能也從來(lái)沒有停止過，類似的供電電路如下圖所示：

圖中RTC_VDD是RTC單元的供電電源，電路系統(tǒng)上電后VCC是有電的，同時(shí)也給RTC單元供電，斷電后則由電池供電，兩個(gè)二極管可以防止VCC與電池之間出現(xiàn)漏電狀態(tài)。

DS1302有兩個(gè)電源供電引腳，VCC2為主電源供電（相當(dāng)于上圖的 VCC ），VCC1為輔助電源供電。當(dāng)VCC2沒有電源供電時(shí)，掛在VCC1引腳的電池將給RTC供電，如圖所示：

如果電池是可充電型的，當(dāng)VCC2主電源有供電時(shí)，我們就可以使用充電寄存器來(lái)控制充電參數(shù)，我們來(lái)看看VCC2與VCC1之間的內(nèi)部電路，如下圖所示：

可以看到，VCC2與VCC1之間有三級(jí)開關(guān)，TCS3～TCS0控制主電源是否往輔助電源供電，DS1～DS0控制串聯(lián)的二極管個(gè)數(shù)，ROUT1～ROUT0控制串聯(lián)的電阻值，數(shù)據(jù)手冊(cè)有下表所示的功能表：

如果你使用可充電電池，并且決定使用充電功能，應(yīng)該通過選擇合適的二極管數(shù)量與阻值 來(lái)限制最大充電電流 。假設(shè)供電電源為5V，并且使用1個(gè)二極管與2K歐姆電阻串聯(lián)方式，則最大充電電流為IMAX=（5V-0.7V）/2K≈2.2mA。