代码收藏家 蓝桥杯单片机学习之SPI协议详解
上期我们学习了DS18B20的基本使用方法，并实现了一个简单的温度报警器，接下来我们学习DS1302的相关内容
蓝桥杯单片机学习——SPI协议&DS1302实时时钟
DS1302
DS1302 是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，具有以下特点：
【1】 可以对年、月、日、周、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能。
【2】 31字节大小的RAM
【3】 工作电压：2.0~5.5V
【4】 采用三线接口的SPI通信协议
【5】 支持单字节和多字节（突发模式）传输
【6】 兼容TTL电平标准
【7】 具有两个电源引脚，可以可以通过涓细电流对后备电源充电
引脚图
其中：
X1、X2连接外部晶振，频率为32.768kHz不需要外界起振电容或者并联电阻
Vcc2：主电源引脚
Vcc1：后备电源引脚
SCLK:：时钟线，用于提供时钟信号，内部接有40KΩ的下拉电阻（默认是低电平）
I/O：数据线，用于输入/输出逻辑0/1，内部接有40KΩ的下拉电阻 （默认是低电平）
CE：相当于复位引脚，在整个通信期间处于高电平，为低电平时不允许通信，内部接有40KΩ的下拉电阻 （默认是低电平）
典型连接电路
原理图：
时钟寄存器
前面提到，DS1302具有实时时钟的功能，如下是时钟相关的寄存器
其中：
CH：时钟暂停标志，当他的值为1是，时钟停止，当为0时，时钟正常工作
WP：写保护标志位，当位0时，允许对时钟寄存器进行写入操作，当为1时，不允许对时钟进行写入操作
值得一提的是：
地址/命令字
前面我们讲过，在写入或读出数据之前，都需要提前发送对应的读写地址（指令），读写地址的指令如图：
读写指令具有以下特点：
SPI协议
SPI，是英语Serial Peripheral interface的缩写，意思为：串行外围设备接口。
在DS1302中采用的是3线制的SPI通信协议，分别是SCLK时钟线、I/O数据线、CE复位线
下面是SPI的具体操作：
1. 读时序
【1】 单片机将CE拉高，表示通信开始
【2】单片机通过 I/O写入数据位，低位在前，高位在后。
【3】 SCLK参数时钟信号，DS302在每一个上升沿读取一次I/O的电平信号
【4】循环【2】、【3】八次后，读地址写入完毕。
【5】 DS1302通过I/O写入数据位，低位在前，高位在后。
【6】单片机在读地址写入完毕后的每一个下降沿读取一次I/O的电平信号
【7】循环【5】、【6】八次后，对应时钟寄存器的数据发送完毕
【8】 CE被拉低，表示本次通信结束
官方提供的代码如下：
// 写入读写地址（指令）
void Write_Ds1302(unsigned char temp)
{
unsigned char i;
for (i=0;i<8;i++) //循环八次【2】、【3】步骤，写入地址（指令）
{
SCK=0;
SDA=temp&0x01; //单片机通过 I/O写入数据位
temp>>=1;
SCK=1; //DS302在每一个上升沿读取一次I/O的电平信号
}
}
//读出一个字节的数据函数，，address为读写地址（指令），temp为读出的数据
unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address )
{
unsigned char i,temp=0x00;
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
RST=1; _nop_();
Write_Ds1302(address); //写入读写地址（指令）完成这一步之后，SCK = 1
for (i=0;i<8;i++) //循环八次【5】、【6】步骤，读出数据
{ // DS1302通过I/O写入数据位
SCK=0; //d单片机每一个下降沿读取一次I/O的电平信号
temp>>=1;
if(SDA) //如果为1，则对应位写入1，反之对应位为0
temp|=0x80;
SCK=1;
}
RST=0; _nop_(); //结束通信，完成读一个字节数据
SCK=0; _nop_();
SCK=1; _nop_();
SDA=0; _nop_();
SDA=1; _nop_();
return (temp); //返回读取的值
}
2.写时序
【1】 单片机将CE拉高，表示通信开始
【2】单片机通过 I/O写入数据位，低位在前，高位在后。
【3】 SCLK参数时钟信号，DS302在每一个上升沿读取一次I/O的电平信号
【4】循环【2】、【3】八次后，读地址写入完毕。
【5】 再次循环【2】、【3】八次，写入想要写入的数据
【6】 CE被拉低，表示本次通信结束
官方提供的代码如下：
// 写入读写地址（指令）
void Write_Ds1302(unsigned char temp)
{
unsigned char i;
for (i=0;i<8;i++) //循环八次【2】、【3】步骤，写入地址（指令）
{
SCK=0;
SDA=temp&0x01; //单片机通过 I/O写入数据位
temp>>=1;
SCK=1; //DS302在每一个上升沿读取一次I/O的电平信号
}
}
//写入一个字节的数据函数，address为读写地址（指令），dat为写入的数据
void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat )
{
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
RST=1; _nop_();
Write_Ds1302(address); // 写入读写地址（指令）
Write_Ds1302(dat); // 写入数据dat
RST=0; //CE被拉低，本次通信结束
}
注意：
在写入数据之前，需要先关闭写保护，即在0x8E，写入0x00，
在写入数据之后，需要打开写保护，防止误操作，即在0x8E,写入0x80；
DS1302的读写字节都需要在地址（指令）发送完成后的一秒内完成。否则可能会引起错误。
则此，DS1302介绍完毕，下面为实践部分
DS1302实现实时时钟
1.任务需求
显示格式如下：
小时—分钟—秒
2.实现思路
3.代码实现
1.main.c
#include <STC15F2K60S2.H>
#include "ds1302.h"
#include "LS138.h"
/*秒 分钟 小时 日 月 星期 年 读写保护*/
unsigned char code DS1302_Write_Addr[8] = {0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8A,0x8C,0x8E}; //存放DS1302写寄存器的地址
unsigned char code DS1302_Read_Addr[7] = {0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8B,0x8D}; //存放DS1302读寄存器的地址
//设置时间：23年1月12号23点59分56秒星期四
unsigned char DS1302_Timer[7] = {0x56,0x59,0x23,0x12,0x01,0x04,0x23}; //存放DS1302的时间，
//这个数组为数码管显示函数对应的数组，可在SEG_Write()函数中显示对应的内容，每一行共十个元素
/*0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 */
unsigned char code NixieTube1[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90, //数码管段码表
/* A B C D E F H L N P */
0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E,0x89,0xC7,0xC8,0x8C,
/* U - ' ' */
0xC1,0xBF,0xFF};
//DS1302设置时间函数
void DS1302_SetTime()
{
unsigned char i =0;
Write_Ds1302_Byte(0x8E,0x00); //关闭写保护
for(i=0;i<7;i++)
{
Write_Ds1302_Byte(DS1302_Write_Addr[i],DS1302_Timer[i]); //依次写入：秒 分钟 小时 日 月 星期 年
}
Write_Ds1302_Byte(0x8E,0x80); //打开写保护，防止误操作
}
//DS1302读取时间函数
void DS1302_ReadTime()
{
unsigned char i =0;
for(i=0;i<7;i++)
{
DS1302_Timer[i] = Read_Ds1302_Byte(DS1302_Read_Addr[i]); //依次读取：秒 分钟 小时 日 月 星期 年
}
}
//数码管显示函数，可选择指定的数码管亮起，指定的数据
void SEG_WriteTime(unsigned char pos,unsigned char dat)
{
LS138_Clear();
LS138_Set(7); //选择Y7端
P0 = 0xFF; //消隐
P0 = NixieTube1[dat]; //写入段码
LS138_Clear();
LS138_Set(6); //选择Y6端
P0 = 0x00; //消隐
P0 =(unsigned char)0x01 << pos ; //选择需要亮起的数码管
LS138_Clear(); //关闭数码管
P0 = 0xFF; //消隐
Delayxms(1); //延时
}
//数码管显示指定的内容函数，这里显示的是：小时-分钟-秒
void SEG_ShowTime()
{
SEG_WriteTime(0,DS1302_Timer[2]/16);
SEG_WriteTime(1,DS1302_Timer[2]%16);
SEG_WriteTime(2,21);
SEG_WriteTime(3,DS1302_Timer[1]/16);
SEG_WriteTime(4,DS1302_Timer[1]%16);
SEG_WriteTime(5,21);
SEG_WriteTime(6,DS1302_Timer[0]/16);
SEG_WriteTime(7,DS1302_Timer[0]%16);
}
void main()
{
LS138_Init(); //LS138初始化
DS1302_SetTime(); //设置DS1302的时钟时间
while(1)
{
DS1302_ReadTime(); //读取时间
SEG_ShowTime(); //显示时间
}
}
2.官方提供的DS1302驱动代码
/*
程序说明: DS1302驱动程序
软件环境: Keil uVision 4.10
硬件环境: CT107单片机综合实训平台 8051，12MHz
日 期: 2011-8-9
*/
#include <reg52.h>
#include <intrins.h>
sbit SCK=P1^7;
sbit SDA=P2^3;
sbit RST = P1^3; // DS1302复位
void Write_Ds1302(unsigned char temp)
{
unsigned char i;
for (i=0;i<8;i++)
{
SCK=0;
SDA=temp&0x01;
temp>>=1;
SCK=1;
}
}
void Write_Ds1302_Byte( unsigned char address,unsigned char dat )
{
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
RST=1; _nop_();
Write_Ds1302(address);
Write_Ds1302(dat);
RST=0;
}
unsigned char Read_Ds1302_Byte ( unsigned char address )
{
unsigned char i,temp=0x00;
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
RST=1; _nop_();
Write_Ds1302(address);
for (i=0;i<8;i++)
{
SCK=0;
temp>>=1;
if(SDA)
temp|=0x80;
SCK=1;
}
RST=0; _nop_();
SCK=0; _nop_();
SCK=1; _nop_();
SDA=0; _nop_();
SDA=1; _nop_();
return (temp);
}
总结
本期我们学习了DS1302的基本使用，读取时间和设置时间的方法（读写单子字节到时钟寄存器的操作），关于DS1302突发模式发送/读取多个字节操作和31字节RAM的使用方法，这里不做细讲，因为我也没学。。。。。。
一个遗留的问题
我在编写DS1302实时时钟的时候，发现单片机上32.768KHz的晶振起振速度太慢了，导致需要上电一段时间（时间不确定，有的时候是几秒，有的时候10秒左右），DS1302才能正常的工作，想问一下是什么原因。
作者：不想写代码的我
