對DS1302芯片的一些理解和學(xué)習(xí)心得

準(zhǔn)確地說，我是從2012年的秋天開始接觸DS1302這個芯片的。時年大四，正在做電子專業(yè)的專業(yè)實習(xí)。我們的題目是“智能家居”，其中用到了DS1302這個芯片。當(dāng)時做下來只是知道了這個東西是干什么用的，至于怎么用，可以說是完全沒弄明白。但當(dāng)時在網(wǎng)上找了相關(guān)的資料，也下載了一些前輩寫的程序，當(dāng)時扔到Proteus上去仿真，大概知道了改哪條語句可以實現(xiàn)什么功能什么的。時隔一年以后，已經(jīng)是畢業(yè)的人了。剛剛到公司報道，工作還比較閑，晚上或周末就有時間學(xué)點電路什么的，就又把DS1302翻了出來。這期間買了IC和關(guān)鍵的32.768kHz的晶振。于是就把電路給搭了出來。這次算是一次入門，雖然沒能完全搞透，但知道了以下幾點：

1.DS1302的驅(qū)動分為往里寫和往外讀;

2.片內(nèi)集成了一部分RAM，這部分內(nèi)容是不受晶振影響的;個人觀點，這部分應(yīng)用很雞肋。

3.往里寫數(shù)據(jù)和往外讀數(shù)據(jù)的時候，IO口方向(input或output)是不同的：在寫數(shù)據(jù)的時候是先發(fā)8位的地址位，再發(fā)8位的時間信息(或?qū)⒁獙懭隦AM的內(nèi)容)，此過程中，IO口方向一直是output。而讀數(shù)據(jù)時，同樣也是要先發(fā)8位的地址位，但之后要將IO口狀態(tài)改為input，這時將開始允許從DS1302傳來信息。這里我只是說允許信息過來，而不是說接收信息，因為信息是一位一位傳過來的，要加以整理并儲存下來才算是接受，這是軟件對應(yīng)上的事情，但不考慮這些的話，至少此時是有信息過來的，只是你如何讀取并保存的問題。

最近斥資2000元添購了我人生的第一臺示波器。要說示波器大家都很熟悉，學(xué)電的沒有沒用過的。但有自己的示波器的人恐怕不多。為什么要強調(diào)一下是“我”的示波器呢，這里不免啰嗦幾句，談?wù)勎覍χ袊F(xiàn)行教育的一點看法。

我的大學(xué)后半程算是在專業(yè)知識上下了些工夫的。這從我兩屆大學(xué)生電子設(shè)計競賽和優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計等榮譽上可以驗證。當(dāng)然，我現(xiàn)在仍要本著學(xué)習(xí)的態(tài)度在這個行業(yè)里發(fā)展自我，但我認(rèn)為我在大學(xué)里接受到的專業(yè)技能方面的資源肯定是大于其他同學(xué)的，我經(jīng)常出入實驗室，示波器，函數(shù)發(fā)生器也總用，但都是在老師的指導(dǎo)下使用，老師說這個東西要測一下，就去測。至于如果想做一些自己想做的實驗，總是覺得不是很方便。我的母校在我大二的時候，將模電實驗室的示波器全部更新成數(shù)字示波器，這些示波器在高校中應(yīng)該說算數(shù)一數(shù)二了，但很遺憾，在實驗課之外，這些家伙鮮有人問津。

近幾年我的母校有了很多的課外實踐活動，老師和同學(xué)們都開始熱衷做項目。也有相當(dāng)?shù)囊徊糠謱嶒炠Y源被共享出來。這是好事。但對于學(xué)生來說，不可一味地埋頭在一個項目中，要挑起頭做實驗，廣泛地涉獵，而老師要做的就是引導(dǎo)。

閑話至此。買了示波器以后做的第一個實驗是TDA2030功率放大器的性能測定。發(fā)現(xiàn)了不少問題，由于本篇主要講DS1302，所以暫不總結(jié)關(guān)于TDA2030的東西。第二個實驗就是觀測DS1302的通訊波形。這次終于讓我搞懂了它。以下為DS1302的學(xué)習(xí)心得：

通過示波器觀察通訊信號的波形是一種必要的手段，尤其是當(dāng)電路不能正常工作的時候。不能正常工作首先可以去判斷硬件方面是不是OK。一些論壇上有人認(rèn)為晶振不起振是硬件的問題，個人認(rèn)為并非是這樣。舉個例子：用DS1302與某單片機連接，為單片機燒寫給DS1302寫入時間信息的軟件，正常動作以后，改燒寫只能讀數(shù)據(jù)的軟件，(此過程中DS1302一直有電)發(fā)現(xiàn)也可正常讀數(shù)，但給DS1302斷電再上電，卻發(fā)現(xiàn)不能正常讀數(shù)。用萬用表測晶振兩端電壓，應(yīng)該是一端為高電平一端為低電平，證明晶振沒有起振嗎?是和晶振兩端的電容有關(guān)嗎?

晶振這里沒有起振是顯然的，但卻不一定是硬件的問題。上例中重新上電以后，單片機沒有執(zhí)行給DS1302寫入命令的指令，也就造成DS1302上秒寄存器的最高位可能不是0，這一位決定了DS1302是計數(shù)還是暫停，為1的話，DS1302是不計數(shù)的。當(dāng)然，是否確實如此還需驗證。關(guān)于晶振還有就是其兩端電容究竟用多大，有的資料寫用6pF,有的說用30pF，還有說可以不用的。后兩種我沒試過，第一種是OK的。另兩種會再以后確認(rèn)一下是否可以。這里有一點，匹配的電容和走時的精準(zhǔn)度是有關(guān)系的。這里不要妄信一些論壇上是一些人說什么晶振質(zhì)量不好，什么芯片質(zhì)量不好的混話。

我測了一下晶振一端的波形，如下圖

圖1 DS1302晶振一側(cè)波形(1通道)

沒有示波器的話用萬用表量也可以，電壓值是多少并不是關(guān)鍵問題，主要是晶振兩端對地的電壓如果相等，那么基本可以斷定晶振是正常工作的。這也說明，在軟件方面，至少寫秒寄存器這部分是OK的。

可能還有人會糾結(jié)上拉電阻的問題。有的電路圖上三條通信線RST(也稱OE)、SDA和CLK都有上拉電阻(10k左右)，有的就只是在SDA線上加了上拉電阻。這里建議大家去研究研究IO口的輸入輸出狀態(tài)相關(guān)的知識(可以參照本博客中另一篇關(guān)于STC12C5410學(xué)習(xí)筆記的文章，本文不再贅述)。只說一句，現(xiàn)在除了89C51、89C52這種很入門級的單片機，基本都可以通過設(shè)定相應(yīng)的寄存器去控制各個IO口的狀態(tài)。由于RST和CLK這兩條線對單片機來說都是輸出線，這樣一般都會將這兩個IO口設(shè)定成內(nèi)部上拉的模式，所以一般外部就不用再加電阻了。

但SDA不同，以為讀和寫數(shù)據(jù)時，SDA的IO口方向一個是輸入一個是輸出，輸出的話也是用內(nèi)部上拉模式，但輸入的話一般會選擇高阻模式，此時沒有內(nèi)部上拉電阻，所以要外接一個上拉電阻來給DS1302這邊提供高電平和電流。這個上拉電阻不要太小，我試過加120Ω的上拉電阻，在51單片機上運行，波形完全走樣。但在arduino上運行似乎還好。原因有可能是兩者IO口低輸出時的對地等效電阻不同。很多資料上都是用的10kΩ的上拉電阻，我測試后也是好用的。

本文中的測試波形都是在arduino平臺上測試得到的，arduino有個好處就是有個很方便的串口查看器，在電腦上可以輕松讀取串口上送多來的信息。但好像目前在工業(yè)上的應(yīng)用很有限，尤其是國內(nèi)，主要是一些年輕的電子愛好者或一些搞機械或者搞美術(shù)的創(chuàng)客們用的多一點。它就是可以設(shè)定IO口方向的。但文本給出的程序代碼主要是基于51單片機的，而且是89C52這種不帶IO方向設(shè)定功能的。原因就是我也很想搞清楚沒有IO口方向控制時，單片機怎么區(qū)分輸出和輸入的操作。我會一邊測試一邊寫這篇筆記。首先來看看正常工作的波形是什么樣的：

圖2 讀取一次完整時間信息的波形(SDA和CLK)

圖2所示是讀取一次完整時間信息的SDA和CLK的波形。通道1表示SDA，通道2表示CLK，從左至右可以看出CLK明顯被分成7份，這些依次代表對秒、分、時、日、月、星期、年這7個信息讀取時的CLK，對應(yīng)的通道1是SDA(數(shù)據(jù))信息。注意，這里都是讀操作。我將讀取秒的那部分波形展開，如圖3.

圖3 秒信息讀取的時序圖