DS1307实时时钟芯片 IIC驱动（转载）

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一、DS1307简介
DS1307是一款非易失性实时时钟（RTC）芯片，采用IIC总线接口进行通信，可以提供秒、分、时、日、月、年等时间和日期信息。DS1307还具有控制和配置寄存器，可以通过读写这些寄存器来设置和调整时间、日期和其他功能。主要特点如下：
1.提供秒、分钟、小时、日、月、星期及年计时，带闰年补偿，有效期至2100年；
2.56字节通用RAM，写次数不受限制；
3. IIC串口通信；
4. 可编程方波输出信号；
5. 自动电源失效检测和切换电路；
6. 电池备份模式下，振荡器运行功耗低于500nA；
7. -40°C至+85°C工作温度范围；
8. 可用于8引脚DIP等封装；
DS1307的引脚如下图示意，其中X1/X2接32.768KHz的晶振，V B A T {V}_{BAT}V
BAT

二、驱动程序
DS1307与DS1302有很多相似之处，大同小异，学会其中任何一个的使用，再学习另一个都易如反掌，我们可以在实时时钟芯片DS1302单片机C语言驱动程序的基础上，学习DS1307的驱动程序的编写，会轻松很多。DS1307的通信接口为IIC，IIC驱动程序可参考4位数码管显示模块TM1637芯片C语言驱动程序。

2.1 读写时序


上图Figure4-Figure6是DS1307的读写时序，与EEPROM的操作十分类似，关于EEPROM的读写驱动程序可以参见AT24C01/AT24C02系列EEPROM芯片单片机读写驱动程序，可以更好地理解DS1307的读写。器件地址是1101000，十六进制为0x68，只有7位，最低位是读写标志位，0为写，1为读，因此我们可以认为器件地址为(0x68 << 1) = 0xD0，在读或写操作的时候，再将器件地址字节Slave Address的最低位置为1或0；
①上图Figure4类似于EEPROM的页写Page Write操作，但因为我们在读写DS1307的时候，一般只会用到对单个寄存器的读写，所以除了第一个Data(n)，后面的Data(n+1)…Data(n+x)可以不用理会，我们写完第一个数据等待应答完就发送Stop信号，结束写操作，这样就变成了EEPROM的写单个字节的操作了，操作流程如下：

发送起始信号–>发送器件地址（包含写入命令标志）–>收到应答–>发送寄存器地址–>收到应答–>发送需要写入的数据–>收到应答–>发送停止信号

②Figure5类似于EEPROM的“顺序读”Sequential Read（由“读当前地址”开始），在DS1307中较少用到，不做讨论。
③Figure6仍然是EEPROM的“顺序读”Sequential Read，但是由“任意读”开始（由“读当前地址”开始，则读取的地址是地址计数器里的地址+1，由“任意读”开始，则需要先发送一个地址），一般在读一个寄存器接收到数据后，主机不应答，直接发送STOP，这样就类似EEPROM的读单个字节（读任意地址），操作流程如下：

发送起始信号–>发送器件地址（包含写入命令标志）–>收到应答–>发送需要读取数据的寄存器地址–>收到应答–>发送起始信号–>发送器件地址（包含读取命令标志）–>收到应答–>读取数据–>不应答–>发送停止信号

#define WRITE_CMD                                0x00
#define READ_CMD                                0x01

#define DEV_ADDR                0xD0//器件地址，0x68<<1
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_WriteReg
  * 功  能：写寄存器
  * 参  数：addr：寄存器地址
            data：写入的数据
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_WriteReg(uint8_t addr, uint8_t data)
{
        IIC_Start();//起始信号
        IIC_WriteByte(DEV_ADDR | WRITE_CMD);//器件寻址+写
        IIC_WaitAck();//等待应答
        IIC_WriteByte(addr);//地址
        IIC_WaitAck();//等待应答
        IIC_WriteByte(data);
        IIC_WaitAck();//等待应答
        IIC_Stop();
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_ReadReg
  * 功  能：读寄存器
  * 参  数：addr：寄存器地址
  * 返回值：data：读出的数据
  * 说  明：无
***************  ****************************************************************/
uint8_t DS1307_ReadReg(uint8_t addr)
{
        uint8_t data = 0;
        IIC_Start();//起始信号       
        IIC_WriteByte(DEV_ADDR | WRITE_CMD);//器件寻址+写
        IIC_WaitAck();//等待应答
        IIC_WriteByte(addr);//地址
        IIC_WaitAck();//等待应答
        IIC_Start();//起始信号
        IIC_WriteByte(DEV_ADDR | READ_CMD);//器件寻址+读
        IIC_WaitAck();//等待应答
        data = IIC_ReadByte();
        IIC_NoAck();
        IIC_Stop();
        return data;
}
2.2 寄存器读写
DS1307的寄存器如下图所示，除地址外，大部分与DS1302的相似：
地址00H，是秒寄存器，存储方式也是8421格式的BCD码，最高位是CH位（Clock Halt），与DS1302一样，该位为1，时钟停止运行，所以必须将该位清零，器件才正常工作；
地址01H，是分钟寄存器，BCD格式存储；
地址02H，小时寄存器，BCD格式，其中12/24小时模式、AM/PM模式，与DS1302的功能一样，但有个重要区别是12/24小时模式位在bit6；当更改了12/24小时模式时，小时时间也必须重新设置；
地址03H，星期寄存器，BCD码，取值为01~07，对应的周几可由用户自定义，但必须按顺序，例如1为周一，则2为周二，而如果1为周日，则2为周一，以此类推；
地址04H，日期寄存器，BCD码；
地址05H，月份寄存器，BCD码；
地址06H，年份寄存器，BCD码；
地址07H，控制寄存器，用于控制SQW/OUT引脚的输出，该引脚可输出4种频率的方波；
其中，bit4为SQWE即输出使能（Square-Wave Enable），该位为1可在SQW/OUT引脚输出方波，方波的频率由bit1、bit0即RS1/RS0决定；当bit4为0时，不输出方波，但SQW/OUT引脚得有个确定的状态，这个高低电平的状态，与bit7位OUT一致，总结如下表：
首次上电时，00H~07H寄存器的复位值为01/01/00 01 00:00:00(MM/DD/YY DOW HH:MM:SS)；另外手册中还有如下说明：
当读取或写入时间和日期寄存器时，辅助(用户)缓冲区用于防止内部寄存器更新产生错误。当读取时间和日期寄存器时，在IIC的START信号开始时，用户缓冲区将与内部寄存器同步。时间信息是从这些用户缓存中读取的，时钟同时在继续运行。这样可以不需要在内部寄存器更新时，重新读取。每当写入秒寄存器时，分频链（DS1307内部用于分频的硬件部分）就会重置。DS1307的应答后，写入操作开始传输。一旦分频链被重置，为避免翻转问题，剩余的时间和日期寄存器必须在一秒内写入。
以上各寄存器操作相关程序如下：

/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetYear
  * 功  能：获取年份
  * 参  数：无                       
  * 返回值：年份，十进制
  * 说  明：将BCD码转为十进制
*******************************************************************************/
uint16_t DS1307_GetYear(void)
{
        uint16_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_YEAR);
        return BCDToDec(temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetDay
  * 功  能：获取星期几
  * 参  数：无                       
  * 返回值：星期几，十进制，1~7
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetDay(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_DAY);
        return BCDToDec(temp & 0x07);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetMonth
  * 功  能：获取月份
  * 参  数：无                       
  * 返回值：月份，十进制，1~12
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetMonth(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_MONTH);
        return BCDToDec(temp & 0x1F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetDate
  * 功  能：获取日期
  * 参  数：无                       
  * 返回值：日，十进制，1~31
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetDate(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_DATE);
        return BCDToDec(temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetHour
  * 功  能：获取小时
  * 参  数：无                       
  * 返回值：小时，十进制，1~12或0~23
  * 说  明：返回的值需要结合小时模式及AM/PM位区分具体时间
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetHour(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);
        if ((temp & 0x40) == 0x40)//12小时模式
    {
        return BCDToDec(temp & 0x1F);
    }else//24小时模式
    {
        return BCDToDec(temp & 0x3F);
    }
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetHourMode
  * 功  能：获取小时模式
  * 参  数：无                       
  * 返回值：0,24小时模式，1,12小时模式
  * 说  明：bit6
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetHourMode(void)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);
    temp &= 0x40;
    return (temp >> 6);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetHourMode
  * 功  能：设置小时模式
  * 参  数：mode，0,24小时模式，1,12小时模式                       
  * 返回值：无
  * 说  明：bit6，datasheet要求，更改模式时，小时必须重新初始化，
            因此先读取原小时时间，再设置模式，再将小时写入寄存器
*******************************************************************************/
void DS1307_SetHourMode(uint8_t mode)
{
    uint8_t hour = 0;//原时间
    uint8_t temp = 0;//原模式
    uint8_t reg = 0;//写入寄存器的值
    temp = DS1307_GetHourMode();
    if (mode != temp)//修改模式
    {
        reg |= ((mode & 0x01) << 6);//模式在bit6
        hour = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);;//读取原寄存器的值，保存原时间        
        if (mode == 0)//改为24小时模式，之前是12小时模式，先判断AM/PM
        {
            if ((hour & 0x20) == 0x20)//bit5,1=PM
            {
                hour &= 0x1F;//提取0~4位的时间
                hour = BCDToDec(hour);//BCD转为十进制
                hour += 12;
                reg |= DecToBCD(hour);//BCD
            }else//AM
            {
                hour &= 0x1F;//提取0~4位的时间
                reg |= hour;
            }
        }else//改为12小时模式，之前是24小时模式
        {
            hour &= 0x3F;
            hour = BCDToDec(hour);//BCD转为十进制
            if (hour > 12)//PM
            {
                hour -= 12;
                reg |= DecToBCD(hour);//BCD
                reg |= 0x20;//bit5置1
            }else//AM
            {
                reg |= DecToBCD(hour);//BCD
                reg &= 0xDF;//bit5置0
            }
        }
    }
    DS1307_WriteReg(REG_HOUR, reg);       
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetAMPM
  * 功  能：设置AM/PM模式
  * 参  数：data，0为AM上午，1为PM下午               
  * 返回值：无
  * 说  明：小时寄存器bit5，须在12小时模式下使用
*******************************************************************************/
void DS1307_SetAMPM(uint8_t data)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);//先把原数据读出
    (data == 0) ? (temp &= 0xDF) : (temp |= 0x20);
    DS1307_WriteReg(REG_HOUR, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetAMPM
  * 功  能：读取AM/PM模式
  * 参  数：无               
  * 返回值：0为AM上午，1为PM下午
  * 说  明：小时寄存器bit5，须在12小时模式下使用
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetAMPM(void)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_HOUR);
    return ((temp & 0x20) >> 5);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetMinute
  * 功  能：获取分钟
  * 参  数：无                       
  * 返回值：分钟，十进制，0~59
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetMinute(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_MIN);
        return BCDToDec(temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_GetSecond
  * 功  能：获取秒
  * 参  数：无                       
  * 返回值：秒，十进制，0~59
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
uint8_t DS1307_GetSecond(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_ReadReg(REG_SEC);
        return BCDToDec(temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetYear
  * 功  能：写入年份
  * 参  数：year：年份，十进制，2000~2099                       
  * 返回值：无
  * 说  明：将十进制转为BCD码
*******************************************************************************/
void DS1307_SetYear(uint16_t year)
{
        uint8_t temp = DecToBCD(year);
        DS1307_WriteReg(REG_YEAR, temp);       
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetDay
  * 功  能：写入星期几
  * 参  数：day：星期几，1~7                       
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetDay(uint8_t day)
{
        DS1307_WriteReg(REG_DAY, day & 0x07);       
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetMonth
  * 功  能：写入月份
  * 参  数：month：月份，1~12                       
  * 返回值：无
  * 说  明：转为BCD码
*******************************************************************************/
void DS1307_SetMonth(uint8_t month)
{
    uint8_t temp = DecToBCD(month);
        DS1307_WriteReg(REG_MONTH, temp & 0x1F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetDate
  * 功  能：写入日
  * 参  数：date：日，1~31                       
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetDate(uint8_t date)
{
    uint8_t temp = DecToBCD(date);
        DS1307_WriteReg(REG_DATE, temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetHour
  * 功  能：写入小时
  * 参  数：hour：小时，1~12或0~23               
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetHour(uint8_t hour)
{
    uint8_t temp = DecToBCD(hour);
        DS1307_WriteReg(REG_HOUR, temp & 0x3F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetMinute
  * 功  能：写入分钟
  * 参  数：min：分钟，0~59               
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetMinute(uint8_t min)
{
    uint8_t temp = DecToBCD(min);
        DS1307_WriteReg(REG_MIN, temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetSecond
  * 功  能：写入秒
  * 参  数：sec：秒，0~59               
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
void DS1307_SetSecond(uint8_t sec)
{
    uint8_t temp = DecToBCD(sec);
        DS1307_WriteReg(REG_SEC, temp & 0x7F);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_ReadHaltFlag
  * 功  能：读Halt标志
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：无
*******************************************************************************/
bool DS1307_ReadHaltFlag(void)
{
        bool temp = 0;
        temp = ((DS1307_ReadReg(REG_SEC) & 0x80) == 0x80) ? 1 : 0;
        return temp;
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetHaltFlag
  * 功  能：Halt标志置1
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：先读80寄存器，再写入CH位
*******************************************************************************/
void DS1307_SetHaltFlag(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_GetSecond();
        temp |= 0x80;
        DS1307_WriteReg(REG_SEC, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_ClearHaltFlag
  * 功  能：Halt标志置0
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：先读80寄存器，再写入CH位，该位为0，时钟才开始工作
*******************************************************************************/
void DS1307_ClearHaltFlag(void)
{
        uint8_t temp = 0;
        temp = DS1307_GetSecond();
        temp &= 0x7F;
        DS1307_WriteReg(REG_SEC, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SQWEnable
  * 功  能：使能方波输出
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：bit4写1
*******************************************************************************/
void DS1307_SQWEnable(void)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
    temp |= 0x10;
    DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SQWDisable
  * 功  能：禁止方波输出
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：bit4写0
*******************************************************************************/
void DS1307_SQWDisable(void)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
    temp &= 0xEF;
    DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_SetSqureWaveFreq
  * 功  能：设置方波频率
  * 参  数：rate:0,1Hz;1,4.096kHz；2,8.192kHz;3,32.768kHz                       
  * 返回值：无
  * 说  明：已经使能方波输出的情况下使用,设置RS0/RS1即bit0/bit1位
*******************************************************************************/
void DS1307_SetSqureWaveFreq(uint8_t rate)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
    rate &= 0x03;
    switch (rate)
    {
        case 0: temp &= 0xFC; break;//1Hz
        case 1: temp &= 0xFD; temp |=0x01; break;//4.096kHz
        case 2: temp |= 0x02; temp &=0xFE; break;//8.192kHz
        case 3: temp |= 0x03; break;//32.768kHz
        default: break;
    }
    DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_OutHigh
  * 功  能：Out引脚输出高电平
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：bit7写1，在禁止方波输出的情况下使用
*******************************************************************************/
void DS1307_OutHigh(void)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
    temp |= 0x80;
    DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}
/*******************************************************************************
  * 函数名：DS1307_OutLow
  * 功  能：Out引脚输出低电平
  * 参  数：无                       
  * 返回值：无
  * 说  明：bit7写0，在禁止方波输出的情况下使用
*******************************************************************************/
void DS1307_OutLow(void)
{
    uint8_t temp = 0;
    temp = DS1307_ReadReg(REG_CTRL);
    temp &= 0x7F;
    DS1307_WriteReg(REG_CTRL, temp);
}

国芯人***

作为国芯人工智能，我们对DS1307实时时钟芯片的IIC驱动技术进行了深入研究与分析。以下是对该芯片及其驱动程序的专业解读与说明：

一、DS1307简介

DS1307是一款基于IIC总线接口的非易失性实时时钟（RTC）芯片，广泛应用于嵌入式系统中，用于提供精确的时间和日期信息。其主要功能包括秒、分、时、日、月、年以及星期的计时，并具备闰年补偿机制，可支持至2100年。

DS1307的核心特性包括：
高精度时间计数：支持秒、分、小时、日、月、年及星期的计时；
56字节通用RAM：可用于存储用户数据，写入次数无限制；
IIC串口通信：支持标准IIC协议，便于与微控制器进行数据交互；
可编程方波输出：支持频率调节，适用于定时唤醒或信号生成；
电源管理：具备自动电源失效检测与切换电路，确保在主电源断开时仍能维持运行；
低功耗设计：在电池备份模式下，振荡器功耗低于500nA，适用于低功耗应用场景；
宽工作温度范围：-40°C至+85°C，适应多种工业环境；
封装形式多样：支持8引脚DIP等封装形式，便于集成于各类硬件平台。

DS1307通过X1/X2引脚连接32.768kHz晶振，V{BAT}引脚用于连接备用电池，以确保在主电源断开时仍能保持时间运行。

二、驱动程序设计要点

DS1307的驱动程序基于IIC协议实现，其读写操作与EEPROM设备类似，但需根据其寄存器结构进行适配。以下为关键设计要素：

1. IIC通信协议

DS1307使用标准IIC协议进行数据交换，通信过程中需遵循以下步骤：
起始信号（Start Condition）：主设备发送起始信号，通知从设备准备通信；
地址帧（Address Frame）：主设备发送设备地址（0x68），并指定读/写标志位；
数据帧（Data Frame）：主设备发送或接收数据字节；
应答信号（ACK/NACK）：每个数据字节后需确认是否接收成功；
停止信号（Stop Condition）：通信结束时发送停止信号。

2. 寄存器映射与操作

DS1307内部包含多个寄存器，用于存储时间、日期、控制配置等信息。常见的寄存器包括：
时间寄存器（0x00~0x06）：分别存储秒、分、时、日、月、星期和年；
控制寄存器（0x07）：用于设置时钟使能、中断使能等功能；
RAM寄存器（0x08~0x3F）：用于存储用户数据。

驱动程序需根据寄存器地址进行读写操作，例如读取当前时间时，需依次读取0x00~0x06寄存器中的值，并进行BCD码转换以获取实际时间。

3. 数据格式与转换

DS1307采用BCD（二进制编码十进制）格式存储时间数据，因此在读取后需将其转换为十进制数值。例如，若寄存器值为0x12，则表示12秒或12分钟。

此外，需注意月份字段的特殊处理，如1月为0x01，12月为0x0C；星期字段通常从0x01（周一）开始，具体取决于配置。

4. 电源管理与低功耗模式

在主电源断开时，DS1307会自动切换至电池供电模式。此时，需确保V{BAT}引脚已连接备用电池（如CR2032纽扣电池），以维持时钟运行。驱动程序中可加入电源状态检测逻辑，确保在异常情况下及时切换电源。

三、驱动程序实现建议

基于上述分析，编写DS1307的IIC驱动程序时，建议遵循以下步骤：

1. 初始化IIC接口：配置微控制器的IIC模块，设置时钟频率与通信速率；
2. 定义寄存器地址：明确各寄存器的地址偏移量，便于后续读写；
3. 实现读写函数：编写单字节读写函数，支持IIC通信流程；
4. 时间与日期处理：实现BCD码与十进制之间的转换逻辑；
5. 错误处理与校验：添加应答信号检查、超时判断等机制，提高程序稳定性；
6. 测试与验证：通过实际调试验证读写功能，确保时间与日期正确显示。

四、应用与扩展

DS1307可广泛应用于需要精确时间管理的嵌入式系统中，如工业控制、智能家居、数据记录仪等。结合其他外设（如LCD显示模块、SD卡存储等），可构建完整的实时数据采集与管理系统。

此外，DS1307还可与其他IIC设备（如传感器、EEPROM等）协同工作，形成多功能的嵌入式系统解决方案。

综上所述，DS1307是一款功能强大且易于集成的实时时钟芯片，其IIC驱动程序的设计需充分考虑通信协议、寄存器映射及电源管理等因素。通过合理的软件设计与硬件配置，可充分发挥其在嵌入式系统中的价值。

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

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