Arduino I2C + DS1307实时时钟

主要特性

DS1307是Maxim的串行、I2C实时时钟芯片。主要特性有：

• 工作电压：主电源电压4.5~5.5V，电池电压2.0~3.5V
• 功耗：电池供电、备份模式时<500nA
• 接口：I2C，最大速率100kbps
• 可编程方波输出
• 电源自动切换、失效检测
• 内置56字节大小、支持电池备份的RAM
• 封装：8-Pin SO/PDIP

管脚定义

• X1、X2: 接32.768kHz晶体，要求晶体负载电容12.5pF
• Vcc：主电源，范围4.5~5.5V。当需要对DS1307读写时，需要接Vcc。
• VBAT：接电池，范围2.0~3.5V。
• GND：地
• SDA、SCL：I2C接口数据线、时钟线。
• SQW/OUT：方波输出脚、通过写寄存器来使能。

与Arduino的连接

采用I2C接口与Arduino连接。SQW/OUT脚亦为开漏（open-drain）设计，需要接上拉电阻。

DS1307的VCC脚接Arduino UNO的5V；GND脚接Arduino UNO的GND；SDA脚接Arduino UNO的A4(SDA)；SCL脚接Arduino UNO的A5(SCL)。

功能调试

1. 写寄存器时，先写入寄存器指针（Register pointer），之后依次写入寄存器内容。每写入一个字节，Register pointer都自动加一。

2. 读寄存器时，也是先写入Register pointer，之后发Sr（Repeated start），依次读出寄存器内容。同样的，每读出一个字节，Register pinter都自动加一。

测试代码

1. 首先设置DS1307时间。代码中timeDec数组保存的是当前时间，根据实际调整。

 /*
 real time clock using DS1307
 function: set the time
 */

 #include <Wire.h>

 #define ADDRESS_DS1307 0x68

 byte timeDec[] = {, , , , , , };
 byte timeBcd[] = {, , , , , , };
 //time = {year, month, date, day, hours, minutes, seconds};

 void setup()
 {
     Wire.begin();
     Serial.begin();

     //convert decimal to BCD code
     int i;
     for (i = ; i < ; i++)
     {
         timeBcd[i] = DecToBcd(timeDec[i]);
     }

     //set the time
     Wire.beginTransmission(ADDRESS_DS1307);
     Wire.write(0x00);
     for (i = ; i < ; i++)
     {
         Wire.write(timeBcd[-i]);
     }
     Wire.endTransmission();

     Serial.println("Time has been set.");

 }

 void loop()
 {
     delay();
 }

 // Convert normal decimal numbers to binary coded decimal
 byte DecToBcd(byte val)
 {
     byte res;
     if ((val <= ) && (val >= ))
     {
         res = ((val/)<<) | (val%);
     }
     else
     {
         res = ;
         Serial.println("Error");
     }
     return res;
 }
 // Convert binary coded decimal to normal decimal numbers
 byte BcdToDec(byte val)
 {
     byte res;
     if (val <= 0x99)
     {
         res = (val >> )* + (val & 0x0F);
     }
     else
     {
         res = ;
         Serial.println("Error");
     }
     return res;
 }

2. 之后可以向DS1307获取实时时间。

 /*
 real time clock using DS1307
 function: read the time
 */

 #include <Wire.h>

 #define ADDRESS_DS1307 0x68

 byte timeBcd[] = {, , , , , , };
 //time = {year, month, date, day, hours, minutes, seconds};

 void setup()
 {
     Wire.begin();
     Serial.begin();
 }

 void loop()
 {
     //read the time
     Wire.beginTransmission(ADDRESS_DS1307);
     Wire.write(0x00);
     Wire.endTransmission();
     Wire.requestFrom(ADDRESS_DS1307, );
     if (Wire.available() >= )
     {
         for (int i = ; i < ; i++)
         {
             timeBcd[-i] = Wire.read();
         }
     }

     //print
     Serial.print(""); Serial.print(timeBcd[], HEX); Serial.print("/");
     Serial.print(timeBcd[], HEX); Serial.print("/"); Serial.print(timeBcd[], HEX);
     Serial.print(" "); Serial.print(BcdToDay(timeBcd[])); Serial.print(" ");
     Serial.print(timeBcd[], HEX); Serial.print(":");
     Serial.print(timeBcd[], HEX); Serial.print(":");
     Serial.print(timeBcd[], HEX); Serial.println();

     delay();
 }

 // Convert binary coded decimal to day
 String BcdToDay(byte val)
 {
     String res;
     switch(val)
     {
         case : res = "Sunday"; break;
         case : res = "Monday"; break;
         case : res = "Tuesday"; break;
         case : res = "Wednesday"; break;
         case : res = "Thursday"; break;
         case : res = "Friday"; break;
         case : res = "Saturday"; break;
         default: res = "Error!";
     }
     return res;
 }

程序运行后，通过串口打印当前时间如下图。

3. 通过设置控制寄存器，可以设置SQW/OUT管脚输出高电平、低电平或某个频率的方波。方波支持的频率有1Hz、4.096kHz、8.192kHz、32.768kHz。以下代码设置的频率为32.768kHz。

 /*
 real time clock using DS1307
 function: output the square-wave
 */

 #include <Wire.h>

 #define ADDRESS_DS1307 0x68
 #define CONTROL_REGISTER 0x07

 void setup()
 {
     Wire.begin();
     Serial.begin();

     //set the time
     Wire.beginTransmission(ADDRESS_DS1307);
     Wire.write(CONTROL_REGISTER);
     Wire.write(0b00010011); //frequency = 32.768kHz
     Wire.endTransmission();

     Serial.println("Square-wave output is enabled.");
 }

 void loop()
 {
     delay();
 }

与示波器测试的信号图形相符。

参考资料

Maxim - DS1307 64x8、串行、I²C实时时钟
Tutorial – Using DS1307 and DS3231 Real-time Clock Modules with Arduino
Digital Clock with Arduino and DS1307
Assemble an Adafruit DS1307 Real Time Clock Kit