时钟芯片DS1302可靠起振的方法【转载】

shenhaiyu

简介 在DS1302的实际使用中,采用辅助电容法,可以解决DS1302在应用中由于晶振的负载电容不匹配而引起的停振问题。
关键词 时钟 负载电容匹配
概述
　　DS1302是Dallas公司生产的一种实时时钟芯片。它通过串行方式与单片机进行数据传送,能够向单片机提供包括秒、分、时、日、月、年等在内的实时时间信息,并可对月末日期、闰年天数自动进行调整;它还拥有用于主电源和备份电源的双电源引脚,在主电源关闭的情况下,也能保持时钟的连续运行。另外,它还能提供31字节的用于高速数据暂存的RAM。鉴于上述特点,DS1302已在许多单片机系统中得到应用,为系统提供所需的实时时钟信息。
一、 DS1302的主要特性
1. 引脚排列

图1 DS1302引脚排列图
　　DS1302的引脚排列如图1所示,各引脚的功能如下：
　　X1,X2——32768Hz晶振引脚端; 　　RST——复位端; 　　I/O——数据输入/输出端; 　　SCLK——串行时钟端; 　　GND——地; 　　VCC2,VCC1——主电源与后备电源引脚端。
2. 主要功能
　　DS1302时钟芯片内主要包括移位寄存器、控制逻辑电路、振荡器、实时时钟电路以及用于高速暂存的31字节RAM。DS1302与单片机系统的数据传送依靠RST,I/O,SCLK三根端线即可完成。其工作过程可概括为：首先系统RST引脚驱动至高电平,然后在作用于SCLK时钟脉冲的作用下,通过I/O引脚向DS1302输入地址/命令字节,随后再在SCLK时钟脉冲的配合下,从I/O引脚写入或读出相应的数据字节。因此,其与单片机之间的数据传送是十分容易实现的。
二、 时钟的产生及存在的问题
　　(1) 在实际使用中,我们发现DS1302的工作情况不够稳定,主要表现在实时时间的传送有时会出现误差,有时甚至整个芯片停止工作。我们对DS1302的工作电路进行了分析,其与单片机系统的连接如图2所示。从图中可以看出,DS1302的外部电路十分简单,惟一外接的元件是32768Hz的晶振。通过实验我们发现：当外接晶振电路振荡时,DS1302计时正确;当外接晶振电路停振时,DS1302计时停止。因此,我们认为32768Hz晶振是造成DS1302工作不稳定的主要原因。

图2 DS1302与单片机系统的连接图
　　(2) DS1302时钟的产生基于外接的晶体振荡器,振荡器的频率为32768Hz。该晶振通过引脚X1、X2直接连接至DS1302,即DS1302是依靠外部晶振与其内部的电容配合来产生时钟脉冲的。由于DS1302在芯片本身已经集成了6pF的电容,所以,为了获得稳定可靠的时钟,必须选用具有6pF负载电容的晶振。
　　然而,许多人在选用晶振时仅仅注意了晶振的额定频率值,而忽视了晶振的负载电容大小,甚至连许多经销商也不能提供所售晶振的负载电容。所以即使在使用中选用了符合32768Hz的晶振,但如果该晶振的负载电容与DS1302提供的6pF不一致时,就会影响晶振的起振或导致振荡频率的偏移,出现上述在应用中的问题。
三、 利用辅助电容实现负载匹配
　　（1） 当所选的晶振负载电容不是6pF时,可以采用增加辅助电容的方法提高或降低DS1302振荡器的电容性负载,使之与晶体所需的电容值匹配。如果已知晶体的负载电容为CI,若CI<6pF,则可以增加一个并联电容CS以产生所需的总负载电容CI,即CI=6pF+CS;若CI>6pF,则可以在晶体的一端增加一个串联电容CS,以产生所需的负载电容CI,即1/CI=1/6pF+1/CS,通过计算即可得出应增加的辅助电容大小。辅助电容的接法如图3所示。

图3 CS连接电路图
　　（2） 在使用前对晶体的负载电容并不知道的情况下,通过测定晶体振荡频率的方法可以确定该晶体的负载电容。
　　对于晶体振荡器来说,其振荡频率与负载电容之间的关系是确定的。以本文讨论的DS1302使用的32768Hz晶振为例：当它工作于所要求的负载电容时,能较准确地产生 32768Hz的频率;当它的负载电容小于6pF时,其振荡频率会正向偏移;当它的负载电容大于6pF时,其振荡频率就会负向偏移。因此,对于未知负载电容的晶体应首先采用实验的方法,在其两端加入辅助电容使晶体起振,然后用频率计测出振荡频率。若测得频率大于32768Hz,说明负载电容偏小;若测得频率小于32768Hz,说明负载电容偏大。对辅助电容逐步调整,最终使振荡频率尽可能接近32768Hz,则此时晶体端所接负载电容的总和就是适合该晶体的负载电容。
结论
　　以上方法经我们在实际工作中多次使用,证明确实有效。它放宽了DS1302在使用中对晶振的条件要求,增强了DS1302在工作中的稳定性,对DS1302更广泛地应用具有积极的意义。
参考文献
1 TI最新特低功耗微控制器系列资料. P&S武汉力源电子股份有限公司,2000(3) 2 崔惠柳. 单片机应用技术选编:串行时钟芯片DS1302在汽车智能记录仪中的应用.北京：北京航空航天大学出版社,1999

黄金情

支持下，正在找校准时钟的方法，学习了。
支持人真不容易呀，发表回复验证码输了十几次。

shenhaiyu

黄金情 发表于 2013-12-8 22:43
支持下，正在找校准时钟的方法，学习了。
支持人真不容易呀，发表回复验证码输了十几次。

呵呵，谢谢支持！多在论坛发帖就不用验证码了~~~~

philhoo

这个要好好学习一下啦，我用ＤＳ１３０２芯片加晶振，一直显示不出正常时间啊。

shenhaiyu

philhoo 发表于 2013-12-9 21:57
这个要好好学习一下啦，我用ＤＳ１３０２芯片加晶振，一直显示不出正常时间啊。

我还有几篇DS1302的帖子，都看看一定能搞定

刘云峰

世界因你们这些人而精彩啊，谢谢分享

shenhaiyu

刘云峰 发表于 2015-3-19 09:13
世界因你们这些人而精彩啊，谢谢分享

谢谢支持~~~~~~~

cccheng

哈哈......我做了个I2CLCD时钟带温度显示、星期显示。{:soso_e100:}晒下代码：

1. #include <Wire.h>
   
2. #include <OneWire.h>
   
3. #include <DallasTemperature.h>
   
4. #include <LiquidCrystal_I2C.h>
   
5. 
   
6. #include <stdio.h>
   
7. #include <string.h>
   
8. #include <DS1302.h>
   
9. 
   
10. int Mode=0;
    
11. int h = 0;
    
12. int m = 0;
    
13. int s = 0;
    
14. int d = 12;
    
15. int mo = 5;
    
16. int y = 15;
    
17. uint8_t CE_PIN   = 5;
    
18. uint8_t IO_PIN   = 6;
    
19. uint8_t SCLK_PIN = 7;
    
20. float c = 0.00;
    
21. String comdata = "";
    
22. int numdata[7] ={0}, j = 0, mark = 0;
    
23. char day[10];
    
24. 
    
25. 
    
26. byte one[8] = {
    
27.   B00000,
    
28.   B00000,
    
29.   B00000,
    
30.   B11111,
    
31.   B00000,
    
32.   B00000,
    
33.   B00000,
    
34.   B00000,
    
35. };
    
36. 
    
37. byte two[8] = {
    
38.   B00000,
    
39.   B01110,
    
40.   B00000,
    
41.   B00000,
    
42.   B00000,
    
43.   B11111,
    
44.   B00000,
    
45.   B00000,
    
46. };
    
47. 
    
48. byte three [8] = {
    
49.   B00000,
    
50.   B01110,
    
51.   B00000,
    
52.   B01110,
    
53.   B00000,
    
54.   B11111,
    
55.   B00000,
    
56.   B00000,
    
57. };
    
58. 
    
59. byte four[8] = {
    
60.   B00000,
    
61.   B11111,
    
62.   B10001,
    
63.   B10101,
    
64.   B11101,
    
65.   B00001,
    
66.   B01110,
    
67.   B00000,
    
68. };
    
69. 
    
70. 
    
71. byte five [8] = {
    
72.   B00000,
    
73.   B11110,
    
74.   B01000,
    
75.   B11110,
    
76.   B01010,
    
77.   B01010,
    
78.   B11111,
    
79.   B00000,
    
80. };
    
81. 
    
82. byte six[8] = {
    
83.   B00000,
    
84.   B00100,
    
85.   B00000,
    
86.   B11111,
    
87.   B00000,
    
88.   B01010,
    
89.   B10001,
    
90.   B00000,
    
91. };
    
92. 
    
93. byte seven [8] = {
    
94.   B11111,
    
95.   B10001,
    
96.   B10001,
    
97.   B11111,
    
98.   B10001,
    
99.   B10001,
    
100.   B11111,
     
101.   B00000,
     
102. };
     
103. 
     
104. 
     
105. LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
     
106. DS1302 rtc(CE_PIN, IO_PIN, SCLK_PIN);
     
107. #define ONE_WIRE_BUS 2
     
108. OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
     
109. DallasTemperature sensors(&oneWire);
     
110. 
     
111. 
     
112. 
     
113. void setup() {
     
114.   sensors.begin();
     
115.   lcd.init();
     
116.   lcd.backlight();
     
117.   lcd.createChar(0, one);
     
118.   lcd.createChar(1, two);
     
119.   lcd.createChar(2, three);
     
120.   lcd.createChar(3, four);
     
121.   lcd.createChar(4, five);
     
122.   lcd.createChar(5, six);
     
123.   lcd.createChar(6, seven);
     
124.   lcd.home();
     
125.   lcd.print("Welcome to use!");
     
126.   delay(1000);
     
127.   lcd.clear();
     
128.   Serial.begin(9600);
     
129.   Serial.println("Wait for set time");
     
130.   rtc.write_protect(false);
     
131.     rtc.halt(false);
     
132. }
     
133. 
     
134. 
     
135.   
     
136. 
     
137. void Display(){
     
138.   Time t = rtc.time();
     
139.   memset(day, 0, sizeof(day));
     
140.     switch (t.day)
     
141.     {
     
142.     case 1: lcd.setCursor(12,1); lcd.write((byte)0); break;
     
143.     case 2: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(1); break;
     
144.     case 3: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(2); break;
     
145.     case 4: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(3); break;
     
146.     case 5: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(4); break;
     
147.     case 6: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(5); break;
     
148.     case 7: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(6); break;
     
149.     }
     
150.   lcd.setCursor(0,0);
     
151.   if(t.hr < 10)  lcd.print("0");
     
152.   lcd.print(t.hr);
     
153.   lcd.print(":");
     
154.   if(t.min < 10)  lcd.print("0");
     
155.   lcd.print(t.min);
     
156.   lcd.print(":");
     
157.   if(t.sec < 10)  lcd.print("0");
     
158.   lcd.print(t.sec);
     
159.   lcd.setCursor(0,1);
     
160.   lcd.print(t.yr);
     
161.   lcd.print("/");
     
162.   if(t.mon < 10)  lcd.print("0");
     
163.   lcd.print(t.mon);
     
164.   lcd.print("/");
     
165.   if(t.date < 10)  lcd.print("0");
     
166.   lcd.print(t.date);
     
167.   lcd.setCursor(9,0);
     
168.   lcd.print(c);
     
169.   lcd.write((char)223);
     
170.   lcd.print("C");
     
171.   lcd.print("     ");
     
172. }
     
173. 
     
174. 
     
175. void loop() {
     
176.   sensors.requestTemperatures();
     
177.   c = sensors.getTempCByIndex(12);
     
178.   Display();
     
179.   /* 当串口有数据的时候，将数据拼接到变量comdata */
     
180.     while (Serial.available() > 0)
     
181.     {
     
182.         comdata += char(Serial.read());
     
183.         delay(2);
     
184.         mark = 1;
     
185.     }
     
186.     /* 以逗号分隔分解comdata的字符串，分解结果变成转换成数字到numdata[]数组 */
     
187.     if(mark == 1)
     
188.     {
     
189.         Serial.print("You inputed : ");
     
190.         Serial.println(comdata);
     
191.         for(int i = 0; i < comdata.length() ; i++)
     
192.         {
     
193.             if(comdata[i] == ',' || comdata[i] == 0x10 || comdata[i] == 0x13)
     
194.             {
     
195.                 j++;
     
196.             }
     
197.             else
     
198.             {
     
199.                 numdata[j] = numdata[j] * 10 + (comdata[i] - '0');
     
200.             }
     
201.         }
     
202.         /* 将转换好的numdata凑成时间格式，写入DS1302 */
     
203.         Time t(numdata[0], numdata[1], numdata[2], numdata[3], numdata[4], numdata[5], numdata[6]);
     
204.         rtc.time(t);
     
205.         mark = 0;j=0;
     
206.         /* 清空 comdata 变量，以便等待下一次输入 */
     
207.         comdata = String("");
     
208.         /* 清空 numdata */
     
209.         for(int i = 0; i < 7 ; i++) numdata[i]=0;
     
210.     }
     
211. }

复制代码

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注意，设置法有点不一样。如：2015年10月17日10时18分0秒星期天，
输入：2015,10,17,10,18,0,7即可。

用LCD1602不带I2C模块的，代码如下：

1. #include <OneWire.h>
   
2. #include <DallasTemperature.h>
   
3. #include <LiquidCrystal.h>
   
4. 
   
5. #include <stdio.h>
   
6. #include <string.h>
   
7. #include <DS1302.h>
   
8. 
   
9. int Mode=0;
   
10. int h = 0;
    
11. int m = 0;
    
12. int s = 0;
    
13. int d = 12;
    
14. int mo = 5;
    
15. int y = 15;
    
16. uint8_t CE_PIN   = 5;
    
17. uint8_t IO_PIN   = 6;
    
18. uint8_t SCLK_PIN = 7;
    
19. float c = 0.00;
    
20. String comdata = "";
    
21. int numdata[7] ={0}, j = 0, mark = 0;
    
22. char day[10];
    
23. 
    
24. 
    
25. byte one[8] = {
    
26.   B00000,
    
27.   B00000,
    
28.   B00000,
    
29.   B11111,
    
30.   B00000,
    
31.   B00000,
    
32.   B00000,
    
33.   B00000,
    
34. };
    
35. 
    
36. byte two[8] = {
    
37.   B00000,
    
38.   B01110,
    
39.   B00000,
    
40.   B00000,
    
41.   B00000,
    
42.   B11111,
    
43.   B00000,
    
44.   B00000,
    
45. };
    
46. 
    
47. byte three [8] = {
    
48.   B00000,
    
49.   B01110,
    
50.   B00000,
    
51.   B01110,
    
52.   B00000,
    
53.   B11111,
    
54.   B00000,
    
55.   B00000,
    
56. };
    
57. 
    
58. byte four[8] = {
    
59.   B00000,
    
60.   B11111,
    
61.   B10001,
    
62.   B10101,
    
63.   B11101,
    
64.   B00001,
    
65.   B01110,
    
66.   B00000,
    
67. };
    
68. 
    
69. 
    
70. byte five [8] = {
    
71.   B00000,
    
72.   B11110,
    
73.   B01000,
    
74.   B11110,
    
75.   B01010,
    
76.   B01010,
    
77.   B11111,
    
78.   B00000,
    
79. };
    
80. 
    
81. byte six[8] = {
    
82.   B00000,
    
83.   B00100,
    
84.   B00000,
    
85.   B11111,
    
86.   B00000,
    
87.   B01010,
    
88.   B10001,
    
89.   B00000,
    
90. };
    
91. 
    
92. byte seven [8] = {
    
93.   B11111,
    
94.   B10001,
    
95.   B10001,
    
96.   B11111,
    
97.   B10001,
    
98.   B10001,
    
99.   B11111,
    
100.   B00000,
     
101. };
     
102. 
     
103. 
     
104. LiquidCrystal_I2C lcd(3,4,5,6,7,8);
     
105. DS1302 rtc(CE_PIN, IO_PIN, SCLK_PIN);
     
106. #define ONE_WIRE_BUS 2
     
107. OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
     
108. DallasTemperature sensors(&oneWire);
     
109. 
     
110. 
     
111. 
     
112. void setup() {
     
113.   sensors.begin();
     
114.   lcd.init();
     
115.   lcd.backlight();
     
116.   lcd.createChar(0, one);
     
117.   lcd.createChar(1, two);
     
118.   lcd.createChar(2, three);
     
119.   lcd.createChar(3, four);
     
120.   lcd.createChar(4, five);
     
121.   lcd.createChar(5, six);
     
122.   lcd.createChar(6, seven);
     
123.   lcd.home();
     
124.   lcd.print("Welcome to use!");
     
125.   delay(1000);
     
126.   lcd.clear();
     
127.   Serial.begin(9600);
     
128.   Serial.println("Wait for set time");
     
129.   rtc.write_protect(false);
     
130.     rtc.halt(false);
     
131. }
     
132. 
     
133. 
     
134.   
     
135. 
     
136. void Display(){
     
137.   Time t = rtc.time();
     
138.   memset(day, 0, sizeof(day));
     
139.     switch (t.day)
     
140.     {
     
141.     case 1: lcd.setCursor(12,1); lcd.write((byte)0); break;
     
142.     case 2: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(1); break;
     
143.     case 3: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(2); break;
     
144.     case 4: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(3); break;
     
145.     case 5: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(4); break;
     
146.     case 6: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(5); break;
     
147.     case 7: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(6); break;
     
148.     }
     
149.   lcd.setCursor(0,0);
     
150.   if(t.hr < 10)  lcd.print("0");
     
151.   lcd.print(t.hr);
     
152.   lcd.print(":");
     
153.   if(t.min < 10)  lcd.print("0");
     
154.   lcd.print(t.min);
     
155.   lcd.print(":");
     
156.   if(t.sec < 10)  lcd.print("0");
     
157.   lcd.print(t.sec);
     
158.   lcd.setCursor(0,1);
     
159.   lcd.print(t.yr);
     
160.   lcd.print("/");
     
161.   if(t.mon < 10)  lcd.print("0");
     
162.   lcd.print(t.mon);
     
163.   lcd.print("/");
     
164.   if(t.date < 10)  lcd.print("0");
     
165.   lcd.print(t.date);
     
166.   lcd.setCursor(9,0);
     
167.   lcd.print(c);
     
168.   lcd.write((char)223);
     
169.   lcd.print("C");
     
170.   lcd.print("     ");
     
171. }
     
172. 
     
173. 
     
174. void loop() {
     
175.   sensors.requestTemperatures();
     
176.   c = sensors.getTempCByIndex(12);
     
177.   Display();
     
178.   /* 当串口有数据的时候，将数据拼接到变量comdata */
     
179.     while (Serial.available() > 0)
     
180.     {
     
181.         comdata += char(Serial.read());
     
182.         delay(2);
     
183.         mark = 1;
     
184.     }
     
185.     /* 以逗号分隔分解comdata的字符串，分解结果变成转换成数字到numdata[]数组 */
     
186.     if(mark == 1)
     
187.     {
     
188.         Serial.print("You inputed : ");
     
189.         Serial.println(comdata);
     
190.         for(int i = 0; i < comdata.length() ; i++)
     
191.         {
     
192.             if(comdata[i] == ',' || comdata[i] == 0x10 || comdata[i] == 0x13)
     
193.             {
     
194.                 j++;
     
195.             }
     
196.             else
     
197.             {
     
198.                 numdata[j] = numdata[j] * 10 + (comdata[i] - '0');
     
199.             }
     
200.         }
     
201.         /* 将转换好的numdata凑成时间格式，写入DS1302 */
     
202.         Time t(numdata[0], numdata[1], numdata[2], numdata[3], numdata[4], numdata[5], numdata[6]);
     
203.         rtc.time(t);
     
204.         mark = 0;j=0;
     
205.         /* 清空 comdata 变量，以便等待下一次输入 */
     
206.         comdata = String("");
     
207.         /* 清空 numdata */
     
208.         for(int i = 0; i < 7 ; i++) numdata[i]=0;
     
209.     }
     
210. }

复制代码

注意：三个库

shenhaiyu

cccheng 发表于 2015-5-17 10:35
哈哈......我做了个I2CLCD时钟带温度显示、星期显示。晒下代码：复制代码
注意，设置法有点不 ...

嗯嗯，感谢分享，建议你新开一帖show一下你的代码哦，好让更多的人看到学习

Briancui

cccheng 发表于 2015-5-17 10:35
哈哈......我做了个I2CLCD时钟带温度显示、星期显示。晒下代码：复制代码
注意，设置法有点不 ...

怎么显示1302的库有问题

cccheng

连线方法：
CE(DS1302 pin5) -> Arduino D5
IO(DS1302 pin6) -> Arduino D6
SCLK(DS1302 pin7) -> Arduino D7
Vcc2(DS1302 pin1) -> Arduino +5v
GND(DS1302 pin4) -> Arduino GND

shenhaiyu

cccheng 发表于 2015-5-22 17:16
连线方法：
CE(DS1302 pin5) -> Arduino D5
IO(DS1302 pin6) -> Arduino D6

show一下你的板子照片啊

tomko

我的时钟乱调=跳为什么?

loveccc1

学习了 。谢谢。

原野动力

学习学习学习学习