A. 树莓派基础实验32：DS1302实时时钟模块实验
现在有很多流行的串行时钟芯片，如DS1302，DS1307，PCF8485等，由于简单的接口，低成本和易用性，他们被广泛应用于电话、传真、便携式仪器等产品领域。在本实验中，我们将使用DS1302实时时钟（RTC）模块获取当前日期和时间。
DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析，及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。
传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。
★Raspberry Pi 3主板*1
★树莓派电源*1
★40P软排线*1
★DS1302实时时钟模块*1
★面包板*1
★跳线若干
DS1302是DALLAS(达拉斯)公司出的一款涓流充电时钟芯片，2001年DALLAS被MAXIM(美信)收购。
DS1302实时时钟芯片广泛应用于电话、传真、便携式仪器等产品领域，他的主要性能指标如下：
1、DS1302是一个实时时钟芯片，可以提供秒、分、小时、日期、月、年等信息，并且还有软年自动调整的能力，可以通过配置AM/PM来决定采用24小时格式还是12小时格式。
2、拥有31字节数据存储RAM。
3、串行I/O通信方式，相对并行来说比较节省IO口的使用。
4、DS1302的工作电压比较宽，大概是2.0V~5.5V都可以正常工作。
5、DS1302这种时钟芯片功耗一般都很低，它在工作电压2.0V的时候，工作电流小于300nA。
6、DS1302共有8个引脚，有两种封装形式，一种是DIP-8封装，芯片宽度(不含引脚)是300mil，一种是SOP-8封装，有两 种宽度，一种是150mil，一种是208mil。我们看一下DS1302的引脚封装图：
7、当供电电压是5V的时候，兼容标准的TTL电平标准，这里的意思是，可以完美的和单片机进行通信。
8、由于DS1302是DS1202的升级版本，所以所有的功能都兼容DS1202。此外DS1302有两个电源输入，一个是主电源， 另外一个是备用电源，比如可以用电池或者大电容，这样是为了保证系统掉电的情况下，我们的时钟还会继续走。如果使用的是充电电池，还可以在正常工作时，设置充电功能，给我们的备用电池进行充电。
DS1302的特点第二条“拥有31字节数据存储RAM”，这是DS1302额外存在的资源。这31字节的RAM相当于一个存储器一样，我们编写单片机程序的时候，可以把我们想存储的数据存储在DS1302里边，需要的时候读出来，这块功能和EEPROM有点类似，相当于一个掉电丢失数据的“EEPROM”，如果我们的时钟电路加上备用电池，那么这31个字节的RAM就可以替代EEPROM的功能了。
DS1302一共有8个引脚，下边要根据引脚分布图和典型电路图来介绍一下每个引脚的功能：
DS1302的电路一个重点就是时钟电路，它所使用的晶振是一个32.768k的晶振，晶振外部也不需要额外添加其他的电容或者电阻电路了。时钟的精度，首先取决于晶振的精度以及晶振的引脚负载电容。如果晶振不准或者负载电容过大过小，都会导致时钟误差过大。在这一切都搞定后，最终一个考虑因素是晶振的温漂。随着温度的变化，晶振往往精度会发生变化，因此，在实际的系统中，其中一种方法就是经常校对。比如我们所用的电脑的时钟，通常我们会设置一个选项“将计算机设置于internet时间同步”。选中这个选项后，一般可以过一段时间，我们的计算机就会和internet时间校准同步一次。
对DS1302的操作就是对其内部寄存器的操作，DS1302内部共有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式。此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。时钟突发寄存器可一次性顺序读/写除充电寄存器以外的寄存器。
DS1302的一条指令一个字节8位，其中第7位(即最高位)是固定1，这一位如果是0的话，那写进去是无效的。第6位是选择RAM还是CLOCK的，这里主要讲CLOCK时钟的使用，它的RAM功能我们不用，所以如果选择CLOCK功能，第6位是0，如果要用RAM，那第6位就是1。从第5到第1位，决定了寄存器的5位地址，而第0位是读写位，如果要写，这一位就是0，如果要读，这一位就是1。
DS1302时钟的寄存器，其中8个和时钟有关的，5位地址分别是00000一直到00111这8个地址，还有一个寄存器的地址是01000，这是涓流充电所用的寄存器，我们这里不讲。在DS1302的数据手册里的地址，直接把第7位、第6位和第0位值给出来了，所以指令就成了80H、81H那些了，最低位是1，那么表示读，最低位是0表示写。
寄存器一：最高位CH是一个时钟停止标志位。如果我们的时钟电路有备用电源部分，上电后，我们要先检测一下这一位，如果这一位是0，那说明我们的时钟在系统掉电后，由于备用电源的供给，时钟是持续正常运行的；如果这一位是1，那么说明我们的时钟在系统掉电后，时钟部分不工作了。若我们的Vcc1悬空或者是电池没电了，当我们下次重新上电时，读取这一位，那这一位就是1，我们可以通过这一位判断时钟在单片机系统掉电后是否持续运行。剩下的7位高3位是秒的十位，低4位是秒的个位，这里注意再提一次，DS1302内部是BCD码，而秒的十位最大是5，所以3个二进制位就够了。
寄存器二：bit7没意义，剩下的7位高3位是分钟的十位，低4位是分钟的个位。
寄存器三：bit7是1的话代表是12小时制，是0的话代表是24小时制，bit6固定是0，bit5在12小时制下0代表的是上午，1代表的是下午，在24小时制下和bit4一起代表了小时的十位，低4位代表的是小时的个位。
寄存器四：高2位固定是0，bit5和bit4是日期的十位，低4位是日期的个位。
寄存器五：高3位固定是0，bit4是月的十位，低4位是月的个位。
寄存器六：高5位固定是0，低3位代表了星期。
寄存器七：高4位代表了年的十位，低4位代表了年的个位。这里特别注意，这里的00到99年指的是2000年到2099年。
寄存器八：bit7是一个保护位，如果这一位是1，那么是禁止给任何其他的寄存器或者那31个字节的RAM写数据的。因此在写数据之前，这一位必须先写成0。
物理上，DS1302的通信接口由3个口线组成，即RST，SCLK，I/O。其中RST从低电平变成高电平启动一次数据传输过程，SCLK是时钟线，I/O是数据线。这个DS1302的通信线定义和SPI很像，事实上，DS1302的通信是SPI的变异种类，它用了SPI的通信时序，但是通信的时候没有完全按照SPI的规则来，下面我们介绍DS1302的变异SPI通信方式。
请注意数据是对时钟信号敏感的，而且一般数据是在下降沿写入，上升沿读出。平时SCLK保持低电平，当需要写命令或者写数据时，在时钟输出变为高电平之前先输出数据；当需要读数据时，在时钟输出变为高电平之前采样读取数据。
第1步： 连接电路。
第2步： DS1302的Python程序比较复杂，我们先编写一个模块ds1302.py，在里面创建一个类DS1302()，在里面编写读取时钟信息等方法。
第3步： 编写实际控制程序，导入上面的模块ds1302。运行本文件，不断循环读取并打印时钟信息。
实验结果示例：
B. DS1302芯片DS1302与CPU的连接
在调试程序时，DS1302芯片与CPU的连接并非必须包含电容器，仅需加入一个32.768kHz的晶振即可。然而，不同类型的晶振可能会导致较大的误差。此外，通过在电路中集成DS18B20，能够同时显示实时温度，且只需占用CPU的一个口线。
对于显示设备，LCD可替换为LED，或使用北京卫信杰科技发展有限公司提供的10位多功能8段液晶显示模块LCM101。此模块内含看门狗(WDT)/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并具备内置显示RAM，支持任意字段笔划显示，且具有3-4线串行接口，兼容各种单片机、IC。其低功耗特性体现在显示状态时电流为2μA（典型值），进入省电模式时电流小于1μA，工作电压范围为2.4V～3.3V，显示效果清晰。
综上所述，DS1302芯片与CPU的连接方式灵活多样，可以根据实际需求和硬件资源选择合适的组件。在设计电路时，应考虑晶振的误差、显示设备的功耗和兼容性，以及整体系统的稳定性与效率。此外，采用集成温度显示和多功能液晶显示模块，能够提升系统的功能性与实用性，简化界面设计，减少CPU资源消耗，实现更高效、便捷的信息交互。