單片機DS1302時鐘的Protues仿真

缐磊 王毓謙

摘 要：本文利用單片機和DS1302時鐘芯片設計一個簡易的時鐘裝置，闡述了該裝置的硬件組成、軟件實現、程序流程圖及程序說明，并在在Protues仿真軟件中進行仿真。仿真結果表明該電子鐘具有工作可靠、結構簡單的特點，有很大的擴展空間。

關鍵詞：DS1302；Protues；單片機；時鐘

一般情況下，可通過單片機的定時器功能模擬一個簡單的電子時鐘，但是此種方法不僅時間誤差大，耗費單片機的內部資源，而且不可保存時間，一旦系統斷電，時鐘及恢復到復位值。本文選用專門的時鐘芯片DS1302，仿真設計結構簡單，調試方便，成本低，設計開發周期短，有很大的擴展空間。

1 時鐘芯片DS1304簡介

DS1302是美國 DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的低功耗實時時鐘芯片，它可以對年、月、日、周、日、時、分、秒進行計時，并能夠對每月的天數和閏年的天數進行自動調整，時鐘可以采用24小時制，也可以采用12小時制。DS1302功耗很低，保持數據和時鐘信息時功率小于1uW，在沒有電源供電的情況下，可以工作長達10年的時間。

具體各管腳功能如下：X1和X2為晶振接入引腳，接入的晶振為32.768kHz；SCLK為串行時鐘引腳；I/O為數據輸入與輸出引腳；CE為復位引腳；VCC1和VCC2為點源供電引腳，且VCC1為主電源，VCC2為備份點源，當VCC2>VCC1+0.2V時，由VCC2向DS1302供電，否則由VCC1供電。DS1302與單片機等微處理器接口時，可以采用簡單的同步串行工作方式，僅需要三個口線與單片機相連：1）CE管腳、2）I/O管腳、3）串行時鐘SCLK管腳。

DS1302內部有12個寄存器，其中有7個寄存器與日歷、時鐘相關，存放的數據位為BCD碼，其日歷、時間寄存器及其控制字如表1所示。

此外DS1302內部還有年份寄存器、控制寄存器、充電寄存器、時鐘突發寄存器及與RAM相關的寄存器等。對于開發者來說，主要使用DS1302內部的這12個寄存器。如果在開發系統中，微處理器的RAM空間不夠等也可以使用DS1302內部的RAM空間。DS1302內部還有31RAM單元，每個單元為8位。31個單元對應著62個命令控制字：C0H～FDH，共62個，其中奇數為讀操作，偶數為寫操作。當然，也可以一次性地讀寫這31個單元，命令控制字分別為FEH（寫）、FFH（讀），這種方式稱為突發方式。

2 DS1302的讀寫時序

對DS1302進行讀寫操作時，數據總是從最低位開始傳動，通過一個SCLK時鐘的下降/上升沿該位數據寫入芯片，整個過程中控制器一直主導著時序，而時鐘芯片則處于被動狀態。

DS1302寫1位邏輯電平值的步驟為：

①控制器拉高RST引腳，引入邏輯控制模式；

②控制器清零時鐘線SCLK；

③將需要寫入的數據置于數據線I/O上；

④控制器拉高時鐘線SCLK，形成一個時鐘上升沿，則DS1302讀入I/O引腳上的電平值，從而完成了1位邏輯電平的寫操作；

DS1302讀1位邏輯電平值的步驟為：

①控制器拉高CE引腳，進入邏輯控制模式；

②控制器拉高時鐘線SCLK，此時DS1302將1位數據置于數據線I/O上；

③將I/O引腳的電平值讀入控制器內部寄存器暫存；

④控制器拉低時鐘線SCLK，形成一個時鐘下降沿，則控制器完成對I/O引腳上的電平值的讀取，從而完成了1位邏輯電平的讀操作。

3 硬件設計

實現DS1302時鐘功能的主體原件是AT89C51單片機，需在Protues電路窗口中繪制所示的單片機DS1302時鐘仿真電路圖。

4 軟件設計

系統通過串行讀寫DS1302時鐘芯片，完成時鐘信息顯示。采用8位的數碼管顯示時間或日期，數碼管的位選通過譯碼器選擇；時鐘芯片與單片機三線相連，對時鐘操作分讀寫字節、讀寫命令和初始化等部分實現。讀者可根據實際情況自行編寫代碼，本程序源代碼不詳細說明。

5 仿真運行

在電路圖中選中AT89C51并單擊，打開“Edit Component”對話窗口，在“Program File”欄中，選擇用keil生成的“.HEX”文件，單擊Protues ISIS界面左下角開始按鈕，進入程序調試狀態，結果如圖4所示。

6 結語

在本項目中，設計了基于DS1302時鐘芯片的時鐘，可以看出，該系統結構簡單，成本低，運行穩定精確。另外可以考慮增加按鍵，即增加按鍵用來調整時間和日期，這需要用到DS1302的寫時序，其操作過程和讀時序非常類似，可見其具有很大的擴展空間。

參考文獻

[1]李偉躍.基于時鐘芯片DS1302的萬年歷的設計[J].科技創新導報，2012（09）：20-21.

[2]李芝浩，朱爾隆.基于protues仿真的自動售貨機的實現[J].電子技術與軟件工程，2014（16）：147

[3]劉春燕，晁勤，袁鐵江，魏麗麗.多功能數字萬年歷的設計[J].自動化應用，2013（01）：39-41.

[4]李秀麗，雷晨，孫藝玫，徐倩.基于Protues的GPS守時授時時鐘裝置的設計與仿真[J].防災減災學報，2011，27（01）：74-78.

[5]曲立國，黃友銳，唐超禮，徐善永.Protues在電子課程設計中的應用[J].科技視界，2012（14）：96-98.

[6]田清華.單片機流水燈的Protues仿真[J].科技傳播，2013，5（06）：202-203.

作者簡介

缐磊（1998-），男，漢，河南省南陽市臥龍區人，本科在讀，鄭州大學 過程裝備與控制工程。

王毓謙（1997-），男，漢，黑龍江省齊齊哈爾市人，本科在讀，鄭州大學 過程裝備與控制工程。