带你使用51单片机做一款简易的电子时钟
一、前言
今天给大家推荐一个51单片机小实验，带你使用51单片机做一款简易的电子时钟，其中计时模块采用DS1302硬件模块，显示采用LCD显示屏，具体怎么实现开来一起看看吧！
二、DS1302模块介绍
DS1302 是 DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片，内含有一个实时时钟和31字节静态 RAM，通过简单的串行接口与单片机进行通信。实时时钟、日历电路提供秒、分、时、日、周、月、年的信息，每月的天数和闰年自动补偿等多种功能。时钟操作可通过 AM/PM 指示，DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信，简易三线SPI通信模式：
RES 复位
I/O 数据线
SCLK 串行时钟
SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如MSP430单片机系列处理器。
DS1302时钟芯片的工作原理如下：
DS1302芯片内部有一组定时器和寄存器，通过这些寄存器可以实现时钟的读写操作。
DS1302通过三根引脚与外部设备连接，分别是RST、DAT和CLK。RST引脚用于复位
DS1302，DAT引脚用于数据传输，CLK引脚用于时钟信号。
DS1302芯片使用BCD码表示时间信息，即用4位二进制数表示一个十进制数。例如，分的BCD码为00H到59H。
三、驱动DS1302的代码
以下是使用51单片机驱动DS1302时钟芯片的代码，具体实现步骤如下：
3.1 初始化DS1302时钟芯片
voidDS1302Init(){
//初始化DS1302时钟芯片
DS1302WriteByte(0x8E,0x00);
//关闭写保护
DS1302WriteByte(0x90,0x00);
}
3.2 读取DS1302时钟芯片的时间
voidDS1302ReadTime(unsignedchar*p){
//读取DS1302时钟芯片的时间
unsignedchari;
DS1302WriteByte(0xBF,0x00);
for(i=0;i< 7; i++) {
p[i] = DS1302ReadByte();
}
}
3.3 设置DS1302时钟芯片的时间
voidDS1302WriteTime(unsignedchar*p){
//设置DS1302时钟芯片的时间
unsignedchari;
DS1302WriteByte(0xBE,0x00);
for(i=0;i< 7; i++) {
DS1302WriteByte(p[i], 0x00);
}
}
3.4 读取DS1302时钟芯片的RAM
//从DS1302读取一个字节的数据
voidDS1302ReadByte(uchar*dat){
uchari;
for(i=0;i< 8; i++) {
SCLK = 0;
_nop_();
*dat |= IO << i;
SCLK = 1;
_nop_();
}
}
四、读取DS1302时钟芯片的RAM
DS1302时钟芯片有31个字节的RAM空间，可以用来存储一些数据。在实际应用中，我们可能需要读取这些存储的数据。读取DS1302的RAM和读取寄存器类似，也需要先向DS1302发送读取RAM的命令，然后再读取RAM的内容。
读取DS1302的RAM需要使用到DS1302的另一个引脚——CE（片选使能）引脚，该引脚在读写DS1302的RAM时需要保持为低电平。读取RAM的过程如下：
4.1 发送读取RAM的命令
向DS1302写入读取RAM的命令：0x61。DS1302会自动切换到RAM读取模式，准备将RAM中的数据传输给单片机。
DS1302Write(0x61);//发送读取RAM命令
4.2 读取RAM的内容
发送读取RAM命令后，就可以读取RAM中的数据了。读取RAM的数据需要先读取DS1302的数据引脚（IO引脚）上的高电平脉冲，然后再读取8个位的数据。具体的读取过程可以使用DS1302ReadByte函数实现，该函数会读取一个字节的数据。
for(i=0;i< 31; i++) {
DS1302ReadByte(&byte); // 读取一个字节的数据
ram[i] = byte; // 存储到数组中
}
读取完RAM后，我们可以将其存储到一个数组中，方便后续的使用。
4.3 读取部分单独代码实现（注重逻辑）
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitSCLK=P2^0;
sbitIO=P2^1;
sbitCE=P2^2;
uchards1302_read_ram(ucharaddress)
{
uchari,dat;
CE=0;
_nop_();
SCLK=0;
_nop_();
CE=1;
_nop_();
IO=0;//写指令
SCLK=0;
_nop_();
SCLK=1;
_nop_();
IO=address|0xc0;//选择地址并读取RAM
for(i=0;i< 8; i++) {
SCLK = 0;
_nop_();
SCLK = 1;
_nop_();
}
IO = 0; // 接收数据
for (i = 0; i < 8; i++) {
dat >>=1;
if(IO)dat|=0x80;
SCLK=0;
_nop_();
SCLK=1;
_nop_();
}
CE=0;
returndat;
}
在上述代码中，ds1302_read_ram 函数接收一个参数 address，用于指定要读取的 RAM 地址，返回一个字节表示该地址处的 RAM 数据。
该函数的具体实现过程如下：
置 CE 为低电平，并延迟一段时间。
置 SCLK 为低电平，并延迟一段时间。
置 CE 为高电平，并延迟一段时间。
置 IO 为低电平，表示写指令。
置 SCLK 为低电平，并延迟一段时间。
置 SCLK 为高电平，并延迟一段时间。
置 IO 为 address | 0xc0，即选择地址并读取 RAM。
依次进行 8 次时钟上升沿，在每个上升沿时读取数据位。
置 CE 为低电平。
返回读取到的数据。
需要注意的是，读取 RAM 数据时需要将地址的最高位（即 bit7）置为 1，以表示要读取 RAM。另外，在读取数据位时需要依次进行 8 次时钟上升沿，且每次读取时需要先右移数据，再将新数据左移并或上读到的数据位。
五、整体代码实现
下面是使用51单片机和DS1302时钟芯片实现的简易电子时钟的代码实现。代码中包含了DS1302的初始化、时钟读取、RAM读写等基本功能。
#include
#include"LCD1602.h"
#include"DS1302.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitbeep=P3^6;//定义蜂鸣器接口
voidmain()
{
ucharyear,month,day,hour,minute,second;//年月日时分秒
ucharstr_data[11],str_time[11];//用于存放LCD上显示的日期和时间
LCD_Init();//初始化LCD显示屏
DS1302_Init();//初始化DS1302时钟芯片
//将时间初始化为2023年2月21日0时0分0秒
DS1302_Write(0x8e,0);//关闭写保护
DS1302_Write(0x80,0x23);//年份
DS1302_Write(0x82,0x02);//月份
DS1302_Write(0x84,0x21);//日期
DS1302_Write(0x86,0x00);//时钟
DS1302_Write(0x88,0x00);//分钟
DS1302_Write(0x8a,0x00);//秒钟
DS1302_Write(0x8e,0x80);//开启写保护
while(1)
{
//读取DS1302时钟芯片中的年月日时分秒
year=DS1302_Read(0x80);
month=DS1302_Read(0x82);
day=DS1302_Read(0x84);
hour=DS1302_Read(0x86);
minute=DS1302_Read(0x88);
second=DS1302_Read(0x8a);
//将年月日时分秒转换成字符串
sprintf(str_data,"Data:20%02x-%02x-%02x",year,month,day);
sprintf(str_time,"Time:%02x:%02x:%02x",hour,minute,second);
//在LCD上显示日期和时间
LCD_Write_String(0,0,str_data);
LCD_Write_String(0,1,str_time);
Delay_Ms(1000);//延时1秒
}
}
六、显示效果
