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文章目錄
- RTC時鐘
- 原理圖
- PCF8563寄存器
- 控制與狀態寄存器
- 設備地址
- I2C環境初始化
- RTC寄存器數據讀取
- RTC寄存器數據寫入
- RTC鬧鐘設置
- RTC定時器設置
- 驅動封裝
- BCD(Binary-Coded Decimal)
- 一些狀態分析
- 有源晶振和無源晶振
RTC時鐘
RTC時鐘是一種實時時鐘芯片,通常與微控制器或計算機等設備配合使用,提供高精度的時間和日期信息,以便于設備進行時間相關的操作,如記錄數據、定時執行任務、鬧鐘提醒等。
RTC時鐘的應用場景非常廣泛,例如計算機主板、智能家居、物聯網設備、工業自動化等領域。在這些應用中,RTC時鐘可以提供高精度的時間戳、定時任務、日歷功能等,從而為系統提供更加可靠的時間基準。
除了時間和日期信息,一些RTC時鐘芯片還集成了溫度傳感器、電池備份等功能,以提供更加全面的服務。例如,在斷電情況下,RTC時鐘的備用電池可以維持時鐘的運行,以保證時間和日期信息的準確性。
以下是幾種常見的RTC時鐘芯片及其特點和應用場景:
- DS1302:DS1302是一款低功耗時鐘模塊,集成了時鐘、日歷和時鐘報警功能,能夠以BCD格式存儲時間和日期信息。它具有低功耗、簡單易用、成本低等特點,適用于需要長時間運行且功耗要求較低的應用場景。
- DS3231:DS3231是一款高精度的I2C RTC時鐘芯片,能夠以二進制格式存儲時間和日期信息,并具有時鐘報警、溫度補償等功能。它具有高精度、低功耗、高可靠性等特點,適用于對時鐘精度要求較高的應用場景,如電子鐘、精密計時器等。
- PCF8563:PCF8563是一款低功耗的I2C RTC時鐘芯片,能夠以BCD格式存儲時間和日期信息,并具有時鐘報警、時鐘輸出等功能。它具有低功耗、集成度高、工作穩定等特點,適用于需要長時間運行且功耗要求較低的應用場景。
- RV-4162-C7:RV-4162-C7是一款高精度的I2C RTC時鐘芯片,能夠以二進制格式存儲時間和日期信息,并具有時鐘輸出、時鐘同步、時鐘校準等功能。它具有高精度、低功耗、抗干擾能力強等特點,適用于對時鐘精度要求較高的應用場景,如高精度計時器、高精度工控系統等。
- MCP7940N:MCP7940N是一款低功耗的I2C RTC時鐘芯片,能夠以BCD格式存儲時間和日期信息,并具有時鐘輸出、時鐘同步、時鐘報警等功能。它具有低功耗、成本低等特點,適用于需要長時間運行且功耗要求較低的應用場景,如電子鐘、自動售貨機等。
我們開發板中采用的是PCF8563
原理圖
原理圖外圍設計:
- 外部電池: 確保斷電后能正常工作
- 晶振:確保震蕩頻率準確。
- 肖特基二極管:防止電流倒灌。
引腳說明: - INT: 中斷引腳。當觸發到定時任務時,會觸發引腳高低電平變化。
- SCL和SDA:為I2C通訊的兩個引腳。用來保證MCU和RTC時鐘芯片間進行通訊的。
PCF8563寄存器
控制與狀態寄存器
用來配置控制和狀態切換的寄存器。
設備地址
// 設備地址
#define PCF8563_ADDR 0x51 << 1
// 存儲地址:時間的存儲地址開始位置
#define PCF8563_REG_TD 0x02
I2C環境初始化
#include "Config.h"
#include "GPIO.h"
#include "Delay.h"#include "I2C.h"
#include "UART.h"
#include "NVIC.h"
#include "Switch.h"
/***1. 初始化IO口,將P32,P33初始化開漏OD模式
2. 初始化I2C協議 \ UARTEAXSFR();EA = 13. 通過I2C讀取RTC時鐘芯片數據
4. 通過I2C給RTC時鐘芯片寫數據
***/void GPIO_config() {P3_MODE_OUT_OD(GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
}void UART_config(void) {// >>> 記得添加 NVIC.c, UART.c, UART_Isr.c <<<COMx_InitDefine COMx_InitStructure; //結構定義COMx_InitStructure.UART_Mode = UART_8bit_BRTx; //模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTxCOMx_InitStructure.UART_BRT_Use = BRT_Timer1; //選擇波特率發生器, BRT_Timer1, BRT_Timer2 (注意: 串口2固定使用BRT_Timer2)COMx_InitStructure.UART_BaudRate = 115200ul; //波特率, 一般 110 ~ 115200COMx_InitStructure.UART_RxEnable = ENABLE; //接收允許, ENABLE或DISABLECOMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE; //波特率加倍, ENABLE或DISABLEUART_Configuration(UART1, &COMx_InitStructure); //初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_1); //中斷使能, ENABLE/DISABLE; 優先級(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3UART1_SW(UART1_SW_P30_P31); // 引腳選擇, UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44
}
/**************** I2C初始化函數 *****************/
void I2C_config(void)
{I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_Master; //主從選擇 I2C_Mode_Master, I2C_Mode_SlaveI2C_InitStructure.I2C_Enable = ENABLE; //I2C功能使能, ENABLE, DISABLEI2C_InitStructure.I2C_MS_WDTA = DISABLE; //主機使能自動發送, ENABLE, DISABLEI2C_InitStructure.I2C_Speed = 13; //總線速度=Fosc/2/(Speed*2+4), 0~63// 400K = 24M / 2 / (Speed * 2 + 4):// 400 = 12000 / (Speed * 2 + 4)// Speed * 2 = 26I2C_Init(&I2C_InitStructure);NVIC_I2C_Init(I2C_Mode_Master,DISABLE,Priority_0); //主從模式, I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave; 中斷使能, ENABLE/DISABLE; 優先級(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3I2C_SW(I2C_P33_P32); //I2C_P14_P15,I2C_P24_P25,I2C_P33_P32
}#define NUMBER 7void main() {// 設備地址 read A3h and write A2hu8 dev_addr = 0x51 << 1; // (設備地址 << 1) | 0 = 寫地址. // 存儲地址u8 mem_addr = 0x02;// 用于接收從機傳來的數據u8 p[NUMBER];// 保存時間信息u8 second, minute, hour, day, week, month;u16 year;// 開啟擴展寄存器使能EAXSFR();GPIO_config();UART_config();I2C_config();EA = 1;// 4. 通過I2C給RTC時鐘芯片寫數據
// void I2C_WriteNbyte(u8 dev_addr, u8 mem_addr, u8 *p, u8 number);printf("--------------------------------read\n");while(1) {// 3. 通過I2C讀取RTC時鐘芯片數據I2C_ReadNbyte(dev_addr, mem_addr, &p, NUMBER);printf("%d:%d:%d \n", (int)hour, (int)minute, (int)second);delay_ms(250);delay_ms(250);delay_ms(250);delay_ms(250);}
}
RTC寄存器數據讀取
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x02, dat, 7);
second = (dat[0] & 0x0F) + ((dat[0] >> 4) & 0x07) * 10;
minute = (dat[1] & 0x0F) + ((dat[1] >> 4) & 0x07) * 10;
hour = (dat[2] & 0x0F) + ((dat[2] >> 4) & 0x03) * 10;
day = (dat[3] & 0x0F) + ((dat[3] >> 4) & 0x03) * 10;
weekday = dat[4] & 0x07;
month = (dat[5] & 0x0F) + ((dat[5] >> 4) & 0x01) * 10;
year = ((dat[6] >> 4) & 0x0F) * 10 + (dat[6] & 0x0F);
year += ((dat[5] >> 7) & 0x01) * 100 + 1900;
RTC寄存器數據寫入
year = 2023;
month = 12;
day = 31;
weekday = 0;
hour = 23;
minute = 59;
second = 50;
if(year >= 2100) {c = 1;
}
tmp[0] = ((second / 10) << 4) + (second % 10);
tmp[1] = ((minute / 10) << 4) + (minute % 10);
tmp[2] = ((hour / 10) << 4) + (hour % 10);
tmp[3] = ((day / 10) << 4) + (day % 10);
tmp[4] = weekday % 7;
tmp[5] = (c << 7) + ((month / 10) << 4) + (month % 10);
tmp[6] = (u8)(((year % 1000) / 10) << 4) + (u8)((year % 1000) % 10);
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x02, tmp, 7);
RTC鬧鐘設置
通過配置寄存器來配置鬧鐘
u8 config;
// 先讀配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 再去設置, 設置的時候別動別人的配置
config |= 0x02;
config &= ~0x08;//clear clock標記
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
void ext_int3_call(void) {u8 tmp[7];u16 year;u8 month, day, weekday, hour, minute, second, c = 0;u8 config[1] = {0};printf("alarm \r\n");// 讀取狀態I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);printf("config: %d\r\n", (int)config[0]);// 判斷鬧鐘是否被激活if((config[0] >> 3) & 0x01 == 1) {//清除 alarm 標記config[0] &= ~0x08;I2C_WriteNbyte(RTC_ADDR, 0x01, config, 1);I2C_ReadNbyte(RTC_ADDR, 0x01, config, 1);printf("config: %d\r\n", (int)config[0]);}
}
RTC定時器設置
通過配置寄存器來配置定時器。
u8 config;
// 先讀配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 再去設置, 設置的時候別動別人的配置
config |= 0x01;
config &= ~0x04;//clear timer標記
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
u8 config[1] = {0};I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
printf("config: %d\r\n", (int)config[0]);
if((config[0] >> 2) & 0x01 == 1) {printf("timer \r\n");config[0] &= ~0x04;I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
}
驅動封裝
頭文件封裝
#ifndef __PCF8563_H__
#define __PCF8563_H__#include "config.h"
#include "I2C.h"#define PCF8563_SCL P32
#define PCF8563_SDA P33
#define PCF8563_INT P37
#define PCF8563_ADDR 0x51 << 1
#define PCF8563_ADDR_W 0xA2
#define PCF8563_ADDR_R 0xA3#define PCF8563_SCL_INIT() {P3M1 |= 0x04, P3M0 |= 0x04;}
#define PCF8563_SDA_INIT() {P3M1 |= 0x08, P3M0 |= 0x08;}
#define PCF8563_INT_INIT() {P3M1 &= ~0x80, P3M0 &= ~0x80;}//u16 year;
//u8 month, day, weekday, hour, minute, second
// 定義clock
typedef struct {u16 year;u8 month;u8 day;u8 weekday;u8 hour;u8 minute;u8 second;
} Clock_t;//定義alarm
typedef struct {u8 hour;u8 enableHour;u8 minute;u8 enableMinute;u8 day;u8 enableDay;u8 weekday;u8 enableWeekday;
} Alarm_t;// 國產芯片的HZ1有問題,不要使用,建議使用HZ64
enum TimerFreq{ HZ4096 = 0, HZ64 = 1, HZ1 = 2, HZ1_60 = 3};extern void PCF8563_on_alarm(void);
extern void PCF8563_on_timer(void); void PCF8563_init(void);
void PCF8563_get_clock(Clock_t *c);
void PCF8563_set_clock(Clock_t c);void PCF8563_enable_alarm();
void PCF8563_set_alarm(Alarm_t a);
void PCF8563_disable_alarm();void PCF8563_enable_timer();
void PCF8563_set_timer(enum TimerFreq freq, u8 period);
void PCF8563_disable_timer();#endif
● 定義結構體Clock_t表示時間數據,通過這個結構體承載數據,方便讀取和設置。
● 定義結構體Alarm_t表示鬧鐘數據,通過這個結構體承載數據,方便讀取和設置。
● 定義枚舉TimerFreq限定計時器設置的范圍。
#include "PCF8563.h"
#include <stdio.h>void PCF8563_init(void) {PCF8563_SCL_INIT();PCF8563_SDA_INIT();PCF8563_INT_INIT();
}void PCF8563_get_clock(Clock_t *c) {u8 dat[7];I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x02, dat, 7);c->second = (dat[0] & 0x0F) + ((dat[0] >> 4) & 0x07) * 10;c->minute = (dat[1] & 0x0F) + ((dat[1] >> 4) & 0x07) * 10;c->hour = (dat[2] & 0x0F) + ((dat[2] >> 4) & 0x03) * 10;c->day = (dat[3] & 0x0F) + ((dat[3] >> 4) & 0x03) * 10;c->weekday = dat[4] & 0x07;c->month = (dat[5] & 0x0F) + ((dat[5] >> 4) & 0x01) * 10;c->year = ((dat[6] >> 4) & 0x0F) * 10 + (dat[6] & 0x0F);c->year += ((dat[5] >> 7) & 0x01) * 100 + 1900;
}void PCF8563_set_clock(Clock_t clk) {u8 tmp[7];u8 c = 0;if(clk.year >= 2000) {c = 1;}tmp[0] = ((clk.second / 10) << 4) + (clk.second % 10);tmp[1] = ((clk.minute / 10) << 4) + (clk.minute % 10);tmp[2] = ((clk.hour / 10) << 4) + (clk.hour % 10);tmp[3] = ((clk.day / 10) << 4) + (clk.day % 10);tmp[4] = clk.weekday % 7;tmp[5] = (c << 7) + ((clk.month / 10) << 4) + (clk.month % 10);tmp[6] = (u8)(((clk.year % 1000) / 10) << 4) + (u8)((clk.year % 1000) % 10);I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x02, tmp, 7);
}void PCF8563_enable_alarm() {u8 config;// 先讀配置I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);// 再去設置, 設置的時候別動別人的配置config |= 0x02;config &= ~0x08;//clear clock標記I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
}void PCF8563_set_alarm(Alarm_t a) {u8 tmp[4];tmp[0] = ((a.minute / 10) << 4) + (a.minute % 10);if(a.enableMinute == 0) {tmp[0] += (1 << 7);}tmp[1] = ((a.hour / 10) << 4) + (a.hour % 10);if(a.enableHour == 0) {tmp[1] += (1 << 7);}tmp[2] = ((a.day / 10) << 4) + (a.day % 10);if(a.enableDay == 0) {tmp[2] += (1 << 7);}tmp[3] = a.weekday % 7;if(a.enableWeekday == 0) {tmp[3] += (1 << 7);}I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x09, tmp, 4);
}void PCF8563_disable_alarm() {u8 config[1];// 先讀配置I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);// 再去設置, 設置的時候別動別人的配置config[0] &= ~0x02;config[0] &= ~0x08;//clear clock標記I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
}void PCF8563_enable_timer() {u8 config;// 先讀配置I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);// 再去設置, 設置的時候別動別人的配置config |= 0x01;config &= ~0x04;//clear timer標記I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
}void PCF8563_set_timer(enum TimerFreq freq, u8 period) {u8 config;config = freq + (1 << 7);//計數頻率 + timer enableI2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x0E, &config, 1);config = period; // config, periodI2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x0F, &config, 1);
}void PCF8563_disable_timer() {u8 config[1];// 先讀配置I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);// 再去設置, 設置的時候別動別人的配置config[0] &= ~0x01;config[0] &= ~0x04;//clear timer標記I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
}void Ext_INT3 (void) interrupt INT3_VECTOR
{u8 config[1];// 先讀配置I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);// 判斷鬧鐘是否被激活 Alarm Flag && AIEif((config[0] & 0x08) && (config[0] & 0x02)) {//清除 alarm 標記config[0] &= ~0x08;I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);PCF8563_on_alarm();}// 判斷計時器是否被激活 Timer Flag && TIEif((config[0] & 0x04) && (config[0] & 0x01)) {//清除 timer 標記config[0] &= ~0x04;I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);PCF8563_on_timer();}
}
● Ext_INT3中斷函數為當前STC8H平臺可用的。如果切換平臺需要進行對應的移植操作。
BCD(Binary-Coded Decimal)
BCD(Binary-Coded Decimal)是一種用二進制編碼表示十進制數字的格式。
在BCD格式中,每個十進制數位用4個二進制位來表示。BCD的目的是使得數字的編碼與顯示更加直觀和容易處理。在BCD格式中,每個十進制數位的取值范圍是0到9。
例如,數字5用BCD表示為0101,數字9用BCD表示為1001。這種表示方法使得每個十進制數位都獨立地編碼,方便在數字處理和顯示設備上進行操作。
10進制數轉BCD數:
// 十位取出左移4位 + 個位 (得到BCD數)
#define WRITE_BCD(val) ((val / 10) << 4) + (val % 10)
// 將高4位乘以10 + 低四位 (得到10進制數)
#define READ_BCD(val) (val >> 4) * 10 + (val & 0x0F)
一些狀態分析
PCF8563的規則:
- 通電后,就開始工作,內部可配置寄存器(時間,鬧鐘,定時器)
- 如果已經有電池,但是單片機斷電了,單片機重新通電后,單片機應該遵守PCF8563中已經配置的規則(時間,鬧鐘,定時器)
有源晶振和無源晶振
晶振可分為有源晶振與無源晶振。一般我們說的“晶振”指的是有源晶振,而無源晶振通常叫“晶體”,或者叫“諧振器”。兩者最大的區別是:
● 有源晶振自身即可起振
● 無源晶振則需要外加專門的時鐘電路才能起振
總體來看,有源晶振的精度、穩定度等方面均要好于無源晶振,尤其是在精密測量領域,大部分用的都是高檔的有源晶振,以方便把各種補償技術集成在一起,減少設計復雜性。