时钟芯片DS1302可靠起振的方法【转载】
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 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。 黄金情 发表于 2013-12-8 22:43 static/image/common/back.gif
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~~~~ 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。 philhoo 发表于 2013-12-9 21:57 static/image/common/back.gif
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 世界因你们这些人而精彩啊，谢谢分享 刘云峰 发表于 2015-3-19 09:13 static/image/common/back.gif
世界因你们这些人而精彩啊，谢谢分享
谢谢支持~~~~~~~ 哈哈......我做了个I2CLCD时钟带温度显示、星期显示。{:soso_e100:}晒下代码：#include <Wire.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <DS1302.h>
int Mode=0;
int h = 0;
int m = 0;
int s = 0;
int d = 12;
int mo = 5;
int y = 15;
uint8_t CE_PIN = 5;
uint8_t IO_PIN = 6;
uint8_t SCLK_PIN = 7;
float c = 0.00;
String comdata = "";
int numdata ={0}, j = 0, mark = 0;
char day;
byte one = {
B00000,
B00000,
B00000,
B11111,
B00000,
B00000,
B00000,
B00000,
};
byte two = {
B00000,
B01110,
B00000,
B00000,
B00000,
B11111,
B00000,
B00000,
};
byte three = {
B00000,
B01110,
B00000,
B01110,
B00000,
B11111,
B00000,
B00000,
};
byte four = {
B00000,
B11111,
B10001,
B10101,
B11101,
B00001,
B01110,
B00000,
};
byte five = {
B00000,
B11110,
B01000,
B11110,
B01010,
B01010,
B11111,
B00000,
};
byte six = {
B00000,
B00100,
B00000,
B11111,
B00000,
B01010,
B10001,
B00000,
};
byte seven = {
B11111,
B10001,
B10001,
B11111,
B10001,
B10001,
B11111,
B00000,
};
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
DS1302 rtc(CE_PIN, IO_PIN, SCLK_PIN);
#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
void setup() {
sensors.begin();
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.createChar(0, one);
lcd.createChar(1, two);
lcd.createChar(2, three);
lcd.createChar(3, four);
lcd.createChar(4, five);
lcd.createChar(5, six);
lcd.createChar(6, seven);
lcd.home();
lcd.print("Welcome to use!");
delay(1000);
lcd.clear();
Serial.begin(9600);
Serial.println("Wait for set time");
rtc.write_protect(false);
rtc.halt(false);
}
void Display(){
Time t = rtc.time();
memset(day, 0, sizeof(day));
switch (t.day)
{
case 1: lcd.setCursor(12,1); lcd.write((byte)0); break;
case 2: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(1); break;
case 3: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(2); break;
case 4: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(3); break;
case 5: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(4); break;
case 6: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(5); break;
case 7: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(6); break;
}
lcd.setCursor(0,0);
if(t.hr < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.hr);
lcd.print(":");
if(t.min < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.min);
lcd.print(":");
if(t.sec < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.sec);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(t.yr);
lcd.print("/");
if(t.mon < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.mon);
lcd.print("/");
if(t.date < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.date);
lcd.setCursor(9,0);
lcd.print(c);
lcd.write((char)223);
lcd.print("C");
lcd.print(" ");
}
void loop() {
sensors.requestTemperatures();
c = sensors.getTempCByIndex(12);
Display();
/* 当串口有数据的时候，将数据拼接到变量comdata */
while (Serial.available() > 0)
{
comdata += char(Serial.read());
delay(2);
mark = 1;
}
/* 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 */
if(mark == 1)
{
Serial.print("You inputed : ");
Serial.println(comdata);
for(int i = 0; i < comdata.length() ; i++)
{
if(comdata == ',' || comdata == 0x10 || comdata == 0x13)
{
j++;
}
else
{
numdata = numdata * 10 + (comdata - '0');
}
}
/* 将转换好的numdata凑成时间格式，写入DS1302 */
Time t(numdata, numdata, numdata, numdata, numdata, numdata, numdata);
rtc.time(t);
mark = 0;j=0;
/* 清空 comdata 变量，以便等待下一次输入 */
comdata = String("");
/* 清空 numdata */
for(int i = 0; i < 7 ; i++) numdata=0;
}
}复制代码
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：#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <LiquidCrystal.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <DS1302.h>
int Mode=0;
int h = 0;
int m = 0;
int s = 0;
int d = 12;
int mo = 5;
int y = 15;
uint8_t CE_PIN = 5;
uint8_t IO_PIN = 6;
uint8_t SCLK_PIN = 7;
float c = 0.00;
String comdata = "";
int numdata ={0}, j = 0, mark = 0;
char day;
byte one = {
B00000,
B00000,
B00000,
B11111,
B00000,
B00000,
B00000,
B00000,
};
byte two = {
B00000,
B01110,
B00000,
B00000,
B00000,
B11111,
B00000,
B00000,
};
byte three = {
B00000,
B01110,
B00000,
B01110,
B00000,
B11111,
B00000,
B00000,
};
byte four = {
B00000,
B11111,
B10001,
B10101,
B11101,
B00001,
B01110,
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};
byte five = {
B00000,
B11110,
B01000,
B11110,
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B01010,
B11111,
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};
byte six = {
B00000,
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B00000,
B11111,
B00000,
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B10001,
B00000,
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byte seven = {
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B11111,
B10001,
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B00000,
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LiquidCrystal_I2C lcd(3,4,5,6,7,8);
DS1302 rtc(CE_PIN, IO_PIN, SCLK_PIN);
#define ONE_WIRE_BUS 2
OneWire oneWire(ONE_WIRE_BUS);
DallasTemperature sensors(&oneWire);
void setup() {
sensors.begin();
lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.createChar(0, one);
lcd.createChar(1, two);
lcd.createChar(2, three);
lcd.createChar(3, four);
lcd.createChar(4, five);
lcd.createChar(5, six);
lcd.createChar(6, seven);
lcd.home();
lcd.print("Welcome to use!");
delay(1000);
lcd.clear();
Serial.begin(9600);
Serial.println("Wait for set time");
rtc.write_protect(false);
rtc.halt(false);
}
void Display(){
Time t = rtc.time();
memset(day, 0, sizeof(day));
switch (t.day)
{
case 1: lcd.setCursor(12,1); lcd.write((byte)0); break;
case 2: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(1); break;
case 3: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(2); break;
case 4: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(3); break;
case 5: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(4); break;
case 6: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(5); break;
case 7: lcd.setCursor(12,1); lcd.write(6); break;
}
lcd.setCursor(0,0);
if(t.hr < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.hr);
lcd.print(":");
if(t.min < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.min);
lcd.print(":");
if(t.sec < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.sec);
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print(t.yr);
lcd.print("/");
if(t.mon < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.mon);
lcd.print("/");
if(t.date < 10)lcd.print("0");
lcd.print(t.date);
lcd.setCursor(9,0);
lcd.print(c);
lcd.write((char)223);
lcd.print("C");
lcd.print(" ");
}
void loop() {
sensors.requestTemperatures();
c = sensors.getTempCByIndex(12);
Display();
/* 当串口有数据的时候，将数据拼接到变量comdata */
while (Serial.available() > 0)
{
comdata += char(Serial.read());
delay(2);
mark = 1;
}
/* 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 */
if(mark == 1)
{
Serial.print("You inputed : ");
Serial.println(comdata);
for(int i = 0; i < comdata.length() ; i++)
{
if(comdata == ',' || comdata == 0x10 || comdata == 0x13)
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else
{
numdata = numdata * 10 + (comdata - '0');
}
}
/* 将转换好的numdata凑成时间格式，写入DS1302 */
Time t(numdata, numdata, numdata, numdata, numdata, numdata, numdata);
rtc.time(t);
mark = 0;j=0;
/* 清空 comdata 变量，以便等待下一次输入 */
comdata = String("");
/* 清空 numdata */
for(int i = 0; i < 7 ; i++) numdata=0;
}
}注意：三个库 cccheng 发表于 2015-5-17 10:35 static/image/common/back.gif
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 cccheng 发表于 2015-5-17 10:35 static/image/common/back.gif
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 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
cccheng 发表于 2015-5-22 17:16 static/image/common/back.gif
连线方法：
CE(DS1302 pin5) -> Arduino D5
IO(DS1302 pin6) -> Arduino D6
show一下你的板子照片啊 我的时钟乱调=跳为什么?
学习了 。谢谢。:(:) 学习学习学习学习
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