讨论一款老掉牙的实时时钟芯片DS1302
今天我们来讨论一款老掉牙的实时时钟芯片 ds1302 。什么是实时时钟（realtime clock, rtc）呢？为什么我们需要它呢？假设你使用单片机实现万年历应用，一般的做法是这样的：设置中断后判断1秒是否到来，如果到来就将秒数加1，然后再考虑一些进位处理，例如，每60秒则分钟加1，每60分则小时加1， 24小时或12小时制也要区分对待，每12个月则年加1，还要考虑闰月闰年。虽然考虑的事情好像有些多，但是在资讯非常发达的今天，从网络上搜索出现成的代码也绝不是难事。
当然，利用代码来实现这些算法并不是惟一途径，你也可以使用实时时钟芯片来减轻编程负担，只要我们把芯片内的年月日时分秒等参数设置为当前时间，启动后内部会自动开始计数，理论上芯片记录的时间将与我们的时间 实时同步 ，进位的问题也由芯片自行处理，我们只需要在必要的时候从芯片中读取一些时间值即可，实在不要太简单。
ds1302就是一款使用广泛的rtc芯片，我们来看看与时间相关的寄存器有哪些，如下图所示（ds1302内部另外还有31个字节的ram，本文不涉及）：
首先我们关注一下地址，可能不少人会想：这些地址怎么这么怪呢？你这个厂家设计芯片时就不能靠谱点吗？地址从0x00开始连续增加会死呀？竟然还分为不同的读写地址，我看这个芯片设计者是闲得“淡”疼，简单的问题复杂化！
然而实际上，这9个寄存器地址的确是 0x0 ～0x8 ，并且读写的也确实是同一个地址的数据，只不过数据手册在标记这些地址时，把发送串行数据中的其它一些位也考虑进来了。我们来看看如何往ds1302中写入一个字节的数据，相应的时序如下图所示：
可以看到，单个字节数据写入到ds1302需要两个字节，前一个字节用来确定写数据的目的地址。后一个字节就是需要写入的数据。请注意： 两个字节都是以低位先行的方式发送 ，正常情况下确定地址的前一个字节如下图所示
读写数据时最高位（第7位）必须为1，最低位用来表示读（rd=1）还是写（ **wr=0** ）数据。我们刚刚提过，ds1302内部额外还有31个字节的ram，可作为通用的ram使用，第6位表示往ram（ram=1）还是rtc（ **ck=0** ）中写入（或读取）数据，**前面表格中标注的写或读地址就是把这****8** **位都考虑进来了** 。
如果你往rtc中写入数据，第7位总是1，第6位与第0位总是0，所以写的地址总是偶数，读的地址总是奇数。是不是闲得“淡”疼呢？还真不是，因为从本质上来讲，读写信号以及访问区域（ram/ck）选择位也可以算是地址线。例如，以前讨论的hd44780有一个rs引脚表示写入的是数据还是指令，但是你也可以认为它是一条地址线，它决定你将代码写入数据寄存器还是指令寄存器。
好吧！地址的事情已经谈妥了，咱们来一一介绍ds1302内部与时间有关的寄存器：
（1 ）【地址0x80 】秒钟寄存器（seconds ） ：ds1302中rtc寄存器都是以bcd码来保存的，也就是说，个位与十位分别占用一些位。在8位秒钟寄存器中，bit3～0用来保存秒钟的个位，bit6～4用保存秒钟的十位，因为秒数是不可能大于5的，所以用3位已然足够，而最高位bit7表示时钟挂起位（ clockhalt, ch ） ，当ch=1时，时钟暂时处于挂起状态（暂停计数），当ch=0时，计数才会开始运行。 **这个寄存器的设计还是很巧妙的** ，也就是说，只要我们往秒寄存器写入实际的秒钟数时，ch位都会被清零。换句话说，一般情况下，我们都会先初始化年月日时分等其它寄存器，而秒钟寄存器留待最后设置，同时也开启了芯片计数。
（2 ）【地址0x82 】分钟寄存器（minutes ） ：与秒钟寄存器一样，bit3～0用来保存分钟的 个数 ，bit6～4用保存分钟的 十位 ，最高位是无效的。
（3 ）【地址0x84 】小时寄存器（hour ） ：该寄存器的低4位保存小时的个位，而小时的十位则取决于时间是24还是12小时制。bit7=1时为12小时制，那么小时的十位不可能大于1（ 1 ～12 ），它只需要一位（bit4）表示即可，只是还多了一个bit5用来表示下午（pm=1）还是上午（am=0）；而bit7=0时为24小时制，十位数最大值可能为2（ **0** **～23** ），所以用bit5～bit4表示小时的十位。
（4 ）【地址0x86 】日期寄存器（data ） ：日期表示一个月份有多少天，其范围为1～31，十位最大值为3，所以用bit5～4表示十位，bit3～0表示个位。
（5 ）【地址0x88 】月份寄存器（month ） ：月份范围是1～12，所以用bit4表示十位，bit3～0表示个位。
（6 ）【地址0x8a 】星期寄存器（day ） ：星期的范围是1～7，所以用bit2～bit0表示即可。可能有些人在想：为什么星期数用day而不用week之类的呢？我还以为是天数呢！因为英文的星期1～7都是以day结尾，例如，monday，sunday， friday等等。英文询问今天星期几即“what day is today？”
（7 ）【地址0x8c 】年份寄存器（year ） ：ds1302的年份范围是00～99，所以分别用高4位与低4位分别表示十位与个位。
（8 ）【地址0x8e 】写保护寄存器（write protect, wp ） ： 该寄存器只有最高位有效，为1表示开启写保护，为0表示解除写保护。在往rtc（或ram）中写入数据前，必须将该位清0。
（9 ）【地址0x90 】充电寄存器 ：与时间计数无关，咱们最后讨论。
我们使用visualcom软件平台来仿真一下，相应的仿真效果如下图所示：
调出的ds1302器件有一个能够方便我们观察rtc内部状态的屏幕，其实就是一块能够显示4行20个字符的液晶显示模组（lcm2004），从屏幕上看到信息就是从ds1302中读取出来并写入到lcm2004中的。当然，一些特殊的寄存器状态还是得观察“内存”窗口，相应的预置数据如下图所示：
visualcom软件平台中的预置数据格式均按照正常位序定义，共16位有效，高8位设置访问地址，低8位则是写入的数据，如下图所示：
首先我们解除了写保护。因为无论你写什么、往哪里写，写保护都需要解除（将wp位清零），所以需要写入的数据为“ 0b10001110_0000000 （0x8e00 ） ”，如下图所示
写保护解锁后，咱们就可以为所欲为了，在依次写入年份、星期、月份、日期、小时、分钟后，我们才设置了 秒钟 ，也就同时启动了芯片的计数，简单吧！
最后我们谈谈 充电寄存器 ，它是用来做什么的呢？有电脑使用经验的读者都知道，当我们将电脑彻底关机（电）后再开机，时间仍然还在继续跑的，对不对？因为电脑的处理器也有rtc功能，当电脑处于开机时，rtc由外部电源供电，而在断电状态下，rtc则由主板上的电池（最常见的是钮扣电池 cr2032 ）供电。换句话说，rtc单元的供电总是不会断开的，所以计数功能也从来没有停止过，类似的供电电路如下图所示：
图中rtc_vdd是rtc单元的供电电源，电路系统上电后vcc是有电的，同时也给rtc单元供电，断电后则由电池供电，两个二极管可以防止vcc与电池之间出现漏电状态。
ds1302有两个电源供电引脚，vcc2为主电源供电（相当于上图的 vcc ），vcc1为辅助电源供电。当vcc2没有电源供电时，挂在vcc1引脚的电池将给rtc供电，如图所示：
如果电池是可充电型的，当vcc2主电源有供电时，我们就可以使用充电寄存器来控制充电参数，我们来看看vcc2与vcc1之间的内部电路，如下图所示：
可以看到，vcc2与vcc1之间有三级开关，tcs3～tcs0控制主电源是否往辅助电源供电，ds1～ds0控制串联的二极管个数，rout1～rout0控制串联的电阻值，数据手册有下表所示的功能表：
如果你使用可充电电池，并且决定使用充电功能，应该通过选择合适的二极管数量与阻值 来限制最大充电电流 。假设供电电源为5v，并且使用1个二极管与2k欧姆电阻串联方式，则最大充电电流为imax=（5v-0.7v）/2k≈2.2ma。
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当然，利用代码来实现这些算法并不是惟一途径，你也可以使用实时时钟芯片来减轻编程负担，只要我们把芯片内的年月日时分秒等参数设置为当前时间，启动后内部会自动开始计数，理论上芯片记录的时间将与我们的时间 实时同步 ，进位的问题也由芯片自行处理，我们只需要在必要的时候从芯片中读取一些时间值即可，实在不要太简单。
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可以看到，单个字节数据写入到ds1302需要两个字节，前一个字节用来确定写数据的目的地址。后一个字节就是需要写入的数据。请注意： 两个字节都是以低位先行的方式发送 ，正常情况下确定地址的前一个字节如下图所示
读写数据时最高位（第7位）必须为1，最低位用来表示读（rd=1）还是写（ **wr=0** ）数据。我们刚刚提过，ds1302内部额外还有31个字节的ram，可作为通用的ram使用，第6位表示往ram（ram=1）还是rtc（ **ck=0** ）中写入（或读取）数据，**前面表格中标注的写或读地址就是把这****8** **位都考虑进来了** 。
如果你往rtc中写入数据，第7位总是1，第6位与第0位总是0，所以写的地址总是偶数，读的地址总是奇数。是不是闲得“淡”疼呢？还真不是，因为从本质上来讲，读写信号以及访问区域（ram/ck）选择位也可以算是地址线。例如，以前讨论的hd44780有一个rs引脚表示写入的是数据还是指令，但是你也可以认为它是一条地址线，它决定你将代码写入数据寄存器还是指令寄存器。
好吧！地址的事情已经谈妥了，咱们来一一介绍ds1302内部与时间有关的寄存器：
（1 ）【地址0x80 】秒钟寄存器（seconds ） ：ds1302中rtc寄存器都是以bcd码来保存的，也就是说，个位与十位分别占用一些位。在8位秒钟寄存器中，bit3～0用来保存秒钟的个位，bit6～4用保存秒钟的十位，因为秒数是不可能大于5的，所以用3位已然足够，而最高位bit7表示时钟挂起位（ clockhalt, ch ） ，当ch=1时，时钟暂时处于挂起状态（暂停计数），当ch=0时，计数才会开始运行。 **这个寄存器的设计还是很巧妙的** ，也就是说，只要我们往秒寄存器写入实际的秒钟数时，ch位都会被清零。换句话说，一般情况下，我们都会先初始化年月日时分等其它寄存器，而秒钟寄存器留待最后设置，同时也开启了芯片计数。
（2 ）【地址0x82 】分钟寄存器（minutes ） ：与秒钟寄存器一样，bit3～0用来保存分钟的 个数 ，bit6～4用保存分钟的 十位 ，最高位是无效的。
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（5 ）【地址0x88 】月份寄存器（month ） ：月份范围是1～12，所以用bit4表示十位，bit3～0表示个位。
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（8 ）【地址0x8e 】写保护寄存器（write protect, wp ） ： 该寄存器只有最高位有效，为1表示开启写保护，为0表示解除写保护。在往rtc（或ram）中写入数据前，必须将该位清0。
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图中rtc_vdd是rtc单元的供电电源，电路系统上电后vcc是有电的，同时也给rtc单元供电，断电后则由电池供电，两个二极管可以防止vcc与电池之间出现漏电状态。
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