一、综述

DS1302是美国DALLAS公司推出的具有涓细电流充电能力的低功耗实时时钟芯片，因为应用非常广泛，结果就导致了大量的国产仿制品，GC1302是一款国产DS1302仿制芯片，使用方法和DS1302完全相同。

二、应用

1、电路原理

上图是一个典型的应用图，MCU通过CE、I/O、SCLK三个引脚控制GC1302工作，GC1302有两种供电方式：备用电源Vcc1和主电源Vcc2，GC1302工作在两者较大者，Vcc2>Vcc1+0.2v，Vcc2供电，Vcc1>Vcc2，Vcc1供电。故当Vcc2失效时，由Vcc1接替工作。
一般情况下，Vcc2由MCU供电，Vcc1外接备用电源，通过设计的充电电路，可以为可充放纽扣电池、大电容等充电。当Vcc2供电时，可以控制是否对备用电源充电，但是使用不可充电的纽扣电池时，不要使用充电功能。
图中的备用电源是外接电容，但是没有设计充电电路。假设加入充电电路给电容充电，经实际测量，如果Vcc2是3.3V，电容充满时为3V左右，大概工作3天，降到1.6V左右，此时已经基本无法维持GC1302正常计时。

2、命令字格式

命令字用来启动数据传输，它的格式如下所示

第7位：必须是1，如果是0，禁止对GC1302写入。
第6位：0表示访问时钟/日历数据，1访问RAM数据。GC1320不仅可以保存时钟，可以RAM中保存一些用户数据。
第5~1位：GC1302寄存器地址。
第0位：0表示写操作，1表示读操作。
下图是读写RTC数据的具体命令字，每一行给出了读写某个寄存器的命令字以及寄存器的存储内容。
例如第三行，读命令字为0x85，写命令字为0x86，该寄存器保存小时信息，并且数据范围1-12或0-23。该命令字的二进制为0b1000 0101，则第7位1，使能操作，第6位0，RTC访问，第5~1位，寄存器地址0x02，第0位1，表示写操作。
注意，寄存器中保存的数据是BCD格式，例如要保存秒数是54s，实际保存时转化为16进制并不是0x36，而是0x54。
有几组寄存器需要特殊的说明：
0x81、0x80，当CH为1时，时钟暂停，为0时，时钟开启。
0x8F、0x8E，当WP为0时，允许修改时钟寄存器，为1时，禁止修改。
0x91、0x90，充电使能及充电参数配置，TCS，位4~位7是1010才使能充电，DS是二极管选择位，用来表示在Vcc2和Vcc1之间连接了1个还是2个二极管，RS是电阻选择，表示Vcc2和Vcc1之间的电阻是多大。具体的配置如下图所示

例如，充电电路为1二极管，2k欧电阻，如要开始充电，该寄存器需要配置为10100101，即0xA3。

3、通讯波形

数据传输需要三条线，CE、SCLK和IO，空闲时，CE，SCLK为低电平，IO随意，也可以为低电平。
CE为1时，才允许读写，否则不允许读写。同时在CE置1时，SCLK必须为0。
SCLK的频率根据Vcc电压决定。例如当Vcc=5V，最大频率可达2MHz。手动拉高拉低对应的GPIO，并在拉高拉低中间加入一定的延时，即可产生SCLK。

数据通讯时，掌握一个关键原则，RTC在SCLK上升沿采集IO数据，MCU在SCLK下降沿采集IO数据。

1、写字节

首先写待读取寄存器的地址，然后再写要写入的字节。
写寄存器地址时，把IO设置为输出模式，在SCLK低电平期间，把IO拉高或拉低，GC1302会在SCLK上升沿读取IO数据，即可读到发送的地址。MCU发送完地址后，还是同样的操作方式，继续写字节即可。
简单来讲，写操作时，MCU在SCLK低电平期间把IO数据准备好，只要保证在SCLK上升沿之前准备好即可，然后把SCLK拉高，RTC就会采集IO上的数据。

2、读字节

首先要写待读取寄存器的地址，然后再读RTC发送的字节。
写寄存器地址时，把IO设置为输出模式，在SCLK上升沿到来之前，准备好IO的数据，GC1302在SCLK上升沿读取地址。
时段1，这是一段SCLK的高电平，它是读字节的关键时段。在该期间，RTC已经在刚过去的上升沿读取完命令字的最后一位，会马上输出寄存器的数据，在紧接的下降沿，MCU需要采集RTC输出的数据。故在时段1内，MCU需要把IO由输出切换为输入。
后续RTC会在SCLK的下降沿到来之前，把IO输出数据准备好，等SCLK的下降沿到来时，MCU采集IO数据。
如果在时段1内，没有及时的切换IO为输入模式，很有可能因为GPIO的输出推挽模式，导致IO的电平无法被GC1302控制，从而丢失数据。

三、源码

如下代码基于STMF411芯片，仅供参考，主要是提供一种思路

#define DS1302_STOP          0x80 #define DS1302_READ_BURST      0xBF
#define DS1302_WRITE_BURST      0xBE
#define DS1302_WRITE_SEC        0x80
#define DS1302_READ_SEC         0x81
#define DS1302_WRITE_MINUTE     0x82
#define DS1302_READ_MINUTE      0x83
#define DS1302_WRITE_HOUR       0x84
#define DS1302_READ_HOUR        0x85
#define DS1302_WRITE_DATE       0x86
#define DS1302_READ_DATE        0x87#define DS1302_WRITE_CHARGE     0x90
#define DS1302_READ_CHARGE      0x91void delay_200us(void)
{uint16_t a = 0;for(uint16_t i=0; i<30; i++)a++;
}void delay_100us(void)
{uint16_t a = 0;for(uint16_t i=0; i<15; i++)a++;
}void DS1302_Start()    // 传输开始，拉高CE
{HAL_GPIO_WritePin(DS1302_CE_PORT, DS1302_CE_PIN, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);delay_200us();HAL_GPIO_WritePin(DS1302_CE_PORT, DS1302_CE_PIN, GPIO_PIN_SET);delay_200us();
}void DS1302_Over()    // 传输结束，拉低CE
{HAL_GPIO_WritePin(DS1302_CE_PORT, DS1302_CE_PIN, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(DS1302_IO_PORT, DS1302_IO_PIN, GPIO_PIN_RESET);HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);
}void DS1302_ClearWriteProtection()// 清除写保护
{DS1302_Start();DS1302_WriteByte(0x8E);DS1302_WriteByte(0x00);DS1302_Over();
}void DS1302_SetWriteProtection()  // 设置写保护
{DS1302_Start();DS1302_WriteByte(0x8E);DS1302_WriteByte(0x80);DS1302_Over();
}void set_out(void)    // data IO设置为输出模式
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.Pin = DS1302_IO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_HIGH;HAL_GPIO_Init(DS1302_IO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}void set_in(void)   // data IO设置为输入模式
{GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStruct;GPIO_InitStruct.Pin = DS1302_IO_PIN;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_LOW;HAL_GPIO_Init(DS1302_IO_PORT, &GPIO_InitStruct);
}uint8_t gc1302_read_byte(uint8_t cmd)  // 读相应的寄存器数据
{DS1302_Start();uint8_t i = 0;// write cmdfor(i=0;i<8;i++){HAL_GPIO_WritePin(DS1302_IO_PORT, DS1302_IO_PIN, (GPIO_PinState)(cmd&0x01));cmd >>= 1;delay_100us();HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_SET);if(i == 7)   // 注意，当命令字的第7位在上升沿结束后，需要在下降沿之前马上把该IO设置为输入模式set_in();delay_200us(); else// 在上升沿和下降沿之间延时200us，即周期为400us，频率为2.5KHz左右// 该频率可以随意设置，只要不超过最大值即可delay_200us();  HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);delay_100us();}// read datauint8_t data = 0;for(i=0;i<8;i++){      data >>= 1;if(HAL_GPIO_ReadPin(DS1302_IO_PORT, DS1302_IO_PIN)){data |= 0x80;}delay_100us();HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_SET);delay_200us();HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);delay_100us();}set_out();DS1302_Over();return data;
}void gc1302_send_byte(uint8_t data_byte)   // 写一个字节的时序
{for(uint8_t i=0;i<8;i++){HAL_GPIO_WritePin(DS1302_IO_PORT, DS1302_IO_PIN, (GPIO_PinState)(data_byte&0x01));data_byte >>= 1;delay_100us();HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_SET);delay_200us();HAL_GPIO_WritePin(DS1302_SCLK_PORT, DS1302_SCLK_PIN, GPIO_PIN_RESET);delay_100us();//delay_200us();}
}void gc1302_write_byte(uint8_t cmd, uint8_t data)  // 写相应的寄存器数据
{DS1302_Start();gc1302_send_byte(cmd);gc1302_send_byte(data);DS1302_Over();
}void gc1302_test()
{uint8_t write_data[4] = {0x30,0x12,0x18,0x04};  //BCD格式，该时间为4号18时12分30秒uint8_t read_data[4] = {0};DS1302_ClearWriteProtection();    // 清除写保护gc1302_write_byte(DS1302_WRITE_SEC, DS1302_STOP); // 停止计时gc1302_write_byte(DS1302_WRITE_MINUTE, write_data[1]);  // 设置分gc1302_write_byte(DS1302_WRITE_HOUR, write_data[2]);    // 设置时gc1302_write_byte(DS1302_WRITE_DATE, write_data[3]);    // 设置天gc1302_write_byte(DS1302_WRITE_SEC, write_data[0]);     // 设置秒，并开始计时gc1302_write_byte(DS1302_WRITE_CHARGE, 0xA5);      // 使能充电read_data[0] = gc1302_read_byte(DS1302_READ_SEC);read_data[1] = gc1302_read_byte(DS1302_READ_MINUTE);read_data[2] = gc1302_read_byte(DS1302_READ_HOUR);read_data[3] = gc1302_read_byte(DS1302_READ_DATE);}

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