DS1302通信时序介绍
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DS1302 我们前边也有提起过,是三根线,分别是 CE、I/O 和 SCLK,其中 CE 是使能线,SCLK 是时钟线,I/O 是数据线。前边我们介绍过了 SPI 通信,同学们发现没发现,这个 DS1302的通信线定义和 SPI 怎么这么像呢?
事实上,DS1302 的通信是 SPI 的变异种类,它用了 SPI 的通信时序,但是通信的时候没有完全按照 SPI 的规则来,下面我们一点点解剖 DS1302 的变异 SPI 通信方式。先看一下单字节写入操作,如图 15-11 所示。
图 15-11 DS1302 单字节写操作
然后我们再对比一下 CPOL=0/CPHA=0 情况下的 SPI 的操作时序,如图 15-12 所示。
图 15-12 CPOL=0/CPHA=0 通信时序
图 15-11 和图 15-12 的通信时序,其中 CE 和 SSEL 的使能控制是反的,对于通信写数据,都是在 SCK 的上升沿,从机进行采样,下降沿的时候,主机发送数据。DS1302 的时序里,单片机要预先写一个字节指令,指明要写入的寄存器的地址以及后续的操作是写操作,然后再写入一个字节的数据。
对于单字节读操作,我就不做对比了,把 DS1302 的时序图贴出来,大家自己看一下即可,如图 15-13 所示。
图 15-13 DS1302 单字节读操作
读操作有两处需要特别注意的地方。第一,DS1302 的时序图上的箭头都是针对 DS1302来说的,因此读操作的时候,先写第一个字节指令,上升沿的时候 DS1302 来锁存数据,下降沿我们用单片机发送数据。到了第二个字数据,由于我们这个时序过程相当于CPOL=0/CPHA=0,前沿发送数据,后沿读取数据,第二个字节是 DS1302 下降沿输出数据,我们的单片机上升沿来读取,因此箭头从 DS1302 角度来说,出现在了下降沿。
第二个需要注意的地方就是,我们的单片机没有标准的 SPI 接口,和 I2C 一样需要用 IO口来模拟通信过程。在读 DS1302 的时候,理论上 SPI 是上升沿读取,但是程序是用 IO 口模拟的,所以数据的读取和时钟沿的变化不可能同时了,必然就有一个先后顺序。通过实验发现,如果先读取 IO 线上的数据,再拉高 SCLK 产生上升沿,那么读到的数据一定是正确的,而颠倒顺序后数据就有可能出错。这个问题产生的原因还是在于 DS1302 的通信协议与标准SPI 协议存在的差异造成的,如果是标准 SPI 的数据线,数据会一直保持到下一个周期的下降沿才会变化,所以读取数据和上升沿的先后顺序就无所谓了;但 DS1302 的 IO 线会在时钟上升沿后被 DS1302 释放,也就是撤销强推挽输出变为弱下拉状态,而此时在 51 单片机引脚内部上拉的作用下,IO 线上的实际电平会慢慢上升,从而导致在上升沿产生后再读取 IO 数据的话就可能会出错。因此这里的程序我们按照先读取 IO 数据,再拉高 SCLK 产生上升沿的顺序。
下面我们就写一个程序,先将 2013 年 10 月 8 号星期二 12 点 30 分 00 秒这个时间写到DS1302 内部,让 DS1302 正常运行,然后再不停的读取 DS1302 的当前时间,并显示在我们的液晶屏上。
/***************************Lcd1602.c 文件程序源代码*****************************/
(此处省略,可参考之前章节的代码)
事实上,DS1302 的通信是 SPI 的变异种类,它用了 SPI 的通信时序,但是通信的时候没有完全按照 SPI 的规则来,下面我们一点点解剖 DS1302 的变异 SPI 通信方式。先看一下单字节写入操作,如图 15-11 所示。
图 15-11 DS1302 单字节写操作
然后我们再对比一下 CPOL=0/CPHA=0 情况下的 SPI 的操作时序,如图 15-12 所示。
图 15-12 CPOL=0/CPHA=0 通信时序
图 15-11 和图 15-12 的通信时序,其中 CE 和 SSEL 的使能控制是反的,对于通信写数据,都是在 SCK 的上升沿,从机进行采样,下降沿的时候,主机发送数据。DS1302 的时序里,单片机要预先写一个字节指令,指明要写入的寄存器的地址以及后续的操作是写操作,然后再写入一个字节的数据。
对于单字节读操作,我就不做对比了,把 DS1302 的时序图贴出来,大家自己看一下即可,如图 15-13 所示。
图 15-13 DS1302 单字节读操作
读操作有两处需要特别注意的地方。第一,DS1302 的时序图上的箭头都是针对 DS1302来说的,因此读操作的时候,先写第一个字节指令,上升沿的时候 DS1302 来锁存数据,下降沿我们用单片机发送数据。到了第二个字数据,由于我们这个时序过程相当于CPOL=0/CPHA=0,前沿发送数据,后沿读取数据,第二个字节是 DS1302 下降沿输出数据,我们的单片机上升沿来读取,因此箭头从 DS1302 角度来说,出现在了下降沿。
第二个需要注意的地方就是,我们的单片机没有标准的 SPI 接口,和 I2C 一样需要用 IO口来模拟通信过程。在读 DS1302 的时候,理论上 SPI 是上升沿读取,但是程序是用 IO 口模拟的,所以数据的读取和时钟沿的变化不可能同时了,必然就有一个先后顺序。通过实验发现,如果先读取 IO 线上的数据,再拉高 SCLK 产生上升沿,那么读到的数据一定是正确的,而颠倒顺序后数据就有可能出错。这个问题产生的原因还是在于 DS1302 的通信协议与标准SPI 协议存在的差异造成的,如果是标准 SPI 的数据线,数据会一直保持到下一个周期的下降沿才会变化,所以读取数据和上升沿的先后顺序就无所谓了;但 DS1302 的 IO 线会在时钟上升沿后被 DS1302 释放,也就是撤销强推挽输出变为弱下拉状态,而此时在 51 单片机引脚内部上拉的作用下,IO 线上的实际电平会慢慢上升,从而导致在上升沿产生后再读取 IO 数据的话就可能会出错。因此这里的程序我们按照先读取 IO 数据,再拉高 SCLK 产生上升沿的顺序。
下面我们就写一个程序,先将 2013 年 10 月 8 号星期二 12 点 30 分 00 秒这个时间写到DS1302 内部,让 DS1302 正常运行,然后再不停的读取 DS1302 的当前时间,并显示在我们的液晶屏上。
/***************************Lcd1602.c 文件程序源代码*****************************/
(此处省略,可参考之前章节的代码)
/*****************************main.c 文件程序源代码******************************/ #include <reg52.h> sbit DS1302_CE = P1^7; sbit DS1302_CK = P3^5; sbit DS1302_IO = P3^4; bit flag200ms = 0; //200ms 定时标志 unsigned char T0RH = 0; //T0 重载值的高字节 unsigned char T0RL = 0; //T0 重载值的低字节 void ConfigTimer0(unsigned int ms); void InitDS1302(); unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg); extern void InitLcd1602(); extern void LcdShowStr(unsigned char x, unsigned char y, unsigned char *str); void main(){ unsigned char i; unsigned char psec=0xAA; //秒备份,初值 AA 确保首次读取时间后会刷新显示 unsigned char time[8]; //当前时间数组 unsigned char str[12]; //字符串转换缓冲区 EA = 1; //开总中断 ConfigTimer0(1); //T0 定时 1ms InitDS1302(); //初始化实时时钟 InitLcd1602(); //初始化液晶 while (1){ if (flag200ms){ //每 200ms 读取一次时间 flag200ms = 0; for (i=0; i<7; i++){ //读取 DS1302 当前时间 time[i] = DS1302SingleRead(i); } if (psec != time[0]){ //检测到时间有变化时刷新显示 str[0] = '2'; //添加年份的高 2 位:20 str[1] = '0'; str[2] = (time[6] >> 4) + '0'; //“年”高位数字转换为 ASCII 码 str[3] = (time[6]&0x0F) + '0'; //“年”低位数字转换为 ASCII 码 str[4] = '-'; //添加日期分隔符 str[5] = (time[4] >> 4) + '0'; //“月” str[6] = (time[4]&0x0F) + '0'; str[7] = '-'; str[8] = (time[3] >> 4) + '0'; //“日” str[9] = (time[3]&0x0F) + '0'; str[10] = '\0'; LcdShowStr(0, 0, str); //显示到液晶的第一行 str[0] = (time[5]&0x0F) + '0'; //“星期” str[1] = '\0'; LcdShowStr(11, 0, "week"); LcdShowStr(15, 0, str); //显示到液晶的第一行 str[0] = (time[2] >> 4) + '0'; //“时” str[1] = (time[2]&0x0F) + '0'; str[2] = ':'; //添加时间分隔符 str[3] = (time[1] >> 4) + '0'; //“分” str[4] = (time[1]&0x0F) + '0'; str[5] = ':'; str[6] = (time[0] >> 4) + '0'; //“秒” str[7] = (time[0]&0x0F) + '0'; str[8] = '\0'; LcdShowStr(4, 1, str); //显示到液晶的第二行 psec = time[0]; //用当前值更新上次秒数 } } } } /* 发送一个字节到 DS1302 通信总线上 */ void DS1302ByteWrite(unsigned char dat){ unsigned char mask; for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1){ //低位在前,逐位移出 if ((mask&dat) != 0){ //首先输出该位数据 DS1302_IO = 1; }else{ DS1302_IO = 0; } DS1302_CK = 1; //然后拉高时钟 DS1302_CK = 0; //再拉低时钟,完成一个位的操作 } DS1302_IO = 1; //最后确保释放 IO 引脚 } /* 由 DS1302 通信总线上读取一个字节 */ unsigned char DS1302ByteRead(){ unsigned char mask; unsigned char dat = 0; for (mask=0x01; mask!=0; mask<<=1){ //低位在前,逐位读取 if (DS1302_IO != 0){ //首先读取此时的 IO 引脚,并设置 dat 中的对应位 dat |= mask; } DS1302_CK = 1; //然后拉高时钟 DS1302_CK = 0; //再拉低时钟,完成一个位的操作 } return dat; //最后返回读到的字节数据 } /* 用单次写操作向某一寄存器写入一个字节,reg-寄存器地址,dat-待写入字节 */ void DS1302SingleWrite(unsigned char reg, unsigned char dat){ DS1302_CE = 1; //使能片选信号 DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x80); //发送写寄存器指令 DS1302ByteWrite(dat); //写入字节数据 DS1302_CE = 0; //除能片选信号 } /* 用单次读操作从某一寄存器读取一个字节,reg-寄存器地址,返回值-读到的字节 */ unsigned char DS1302SingleRead(unsigned char reg){ unsigned char dat; DS1302_CE = 1; //使能片选信号 DS1302ByteWrite((reg<<1)|0x81); //发送读寄存器指令 dat = DS1302ByteRead()//读取字节数据 DS1302_CE = 0; //除能片选信号 return dat; } /* DS1302 初始化,如发生掉电则重新设置初始时间 */ void InitDS1302(){ unsigned char i; unsigned char code InitTime[] = { //2013 年 10 月 8 日 星期二 12:30:00 0x00,0x30,0x12, 0x08, 0x10, 0x02, 0x13 }; DS1302_CE = 0; //初始化 DS1302 通信引脚 DS1302_CK = 0; i = DS1302SingleRead(0); //读取秒寄存器 if ((i & 0x80) != 0){ //由秒寄存器最高位 CH 的值判断 DS1302 是否已停止 DS1302SingleWrite(7, 0x00); //撤销写保护以允许写入数据 for (i=0; i<7; i++){ //设置 DS1302 为默认的初始时间 DS1302SingleWrite(i, InitTime[i]); } } } /* 配置并启动 T0,ms-T0 定时时间 */ void ConfigTimer0(unsigned int ms){ unsigned long tmp; //临时变量 tmp = 11059200 / 12; //定时器计数频率 tmp = (tmp * ms) / 1000; //计算所需的计数值 tmp = 65536 - tmp; //计算定时器重载值 tmp = tmp + 12; //补偿中断响应延时造成的误差 T0RH = (unsigned char)(tmp>>8); //定时器重载值拆分为高低字节 T0RL = (unsigned char)tmp; TMOD &= 0xF0; //清零 T0 的控制位 TMOD |= 0x01; //配置 T0 为模式 1 TH0 = T0RH; //加载 T0 重载值 TL0 = T0RL; ET0 = 1; //使能 T0 中断 TR0 = 1; //启动 T0 } /* T0 中断服务函数,执行 200ms 定时 */ void InterruptTimer0() interrupt 1{ static unsigned char tmr200ms = 0; TH0 = T0RH; //重新加载重载值 TL0 = T0RL; tmr200ms++; if (tmr200ms >= 200){ //定时 200ms tmr200ms = 0; flag200ms = 1; } }前边学习了 I2C 和 EEPROM 的底层读写时序,那么 DS1302 的底层读写时序程序的实现方法是与之类似的,这里就不过多解释了,大家自己认真揣摩一下。
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