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文章目录
- RTC时钟
- 原理图
- PCF8563寄存器
- 控制与状态寄存器
- 设备地址
- I2C环境初始化
- RTC寄存器数据读取
- RTC寄存器数据写入
- RTC闹钟设置
- RTC定时器设置
- 驱动封装
- BCD(Binary-Coded Decimal)
- 一些状态分析
- 有源晶振和无源晶振
RTC时钟
RTC时钟是一种实时时钟芯片,通常与微控制器或计算机等设备配合使用,提供高精度的时间和日期信息,以便于设备进行时间相关的操作,如记录数据、定时执行任务、闹钟提醒等。
RTC时钟的应用场景非常广泛,例如计算机主板、智能家居、物联网设备、工业自动化等领域。在这些应用中,RTC时钟可以提供高精度的时间戳、定时任务、日历功能等,从而为系统提供更加可靠的时间基准。
除了时间和日期信息,一些RTC时钟芯片还集成了温度传感器、电池备份等功能,以提供更加全面的服务。例如,在断电情况下,RTC时钟的备用电池可以维持时钟的运行,以保证时间和日期信息的准确性。
以下是几种常见的RTC时钟芯片及其特点和应用场景:
- DS1302:DS1302是一款低功耗时钟模块,集成了时钟、日历和时钟报警功能,能够以BCD格式存储时间和日期信息。它具有低功耗、简单易用、成本低等特点,适用于需要长时间运行且功耗要求较低的应用场景。
- DS3231:DS3231是一款高精度的I2C RTC时钟芯片,能够以二进制格式存储时间和日期信息,并具有时钟报警、温度补偿等功能。它具有高精度、低功耗、高可靠性等特点,适用于对时钟精度要求较高的应用场景,如电子钟、精密计时器等。
- PCF8563:PCF8563是一款低功耗的I2C RTC时钟芯片,能够以BCD格式存储时间和日期信息,并具有时钟报警、时钟输出等功能。它具有低功耗、集成度高、工作稳定等特点,适用于需要长时间运行且功耗要求较低的应用场景。
- RV-4162-C7:RV-4162-C7是一款高精度的I2C RTC时钟芯片,能够以二进制格式存储时间和日期信息,并具有时钟输出、时钟同步、时钟校准等功能。它具有高精度、低功耗、抗干扰能力强等特点,适用于对时钟精度要求较高的应用场景,如高精度计时器、高精度工控系统等。
- MCP7940N:MCP7940N是一款低功耗的I2C RTC时钟芯片,能够以BCD格式存储时间和日期信息,并具有时钟输出、时钟同步、时钟报警等功能。它具有低功耗、成本低等特点,适用于需要长时间运行且功耗要求较低的应用场景,如电子钟、自动售货机等。
我们开发板中采用的是PCF8563
原理图
原理图外围设计:
- 外部电池: 确保断电后能正常工作
- 晶振:确保震荡频率准确。
- 肖特基二极管:防止电流倒灌。
引脚说明: - INT: 中断引脚。当触发到定时任务时,会触发引脚高低电平变化。
- SCL和SDA:为I2C通讯的两个引脚。用来保证MCU和RTC时钟芯片间进行通讯的。
PCF8563寄存器
控制与状态寄存器
用来配置控制和状态切换的寄存器。
设备地址
// 设备地址
#define PCF8563_ADDR 0x51 << 1
// 存储地址:时间的存储地址开始位置
#define PCF8563_REG_TD 0x02
I2C环境初始化
#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,将P32,P33初始化开漏OD模式
2. 初始化I2C协议 \ UART
EAXSFR();
EA = 1
3. 通过I2C读取RTC时钟芯片数据
4. 通过I2C给RTC时钟芯片写数据
***/
void GPIO_config() {
P3_MODE_OUT_OD(GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3);
}
void UART_config(void) {
// >>> 记得添加 NVIC.c, UART.c, UART_Isr.c <<<
COMx_InitDefine COMx_InitStructure; //结构定义
COMx_InitStructure.UART_Mode = UART_8bit_BRTx; //模式, UART_ShiftRight,UART_8bit_BRTx,UART_9bit,UART_9bit_BRTx
COMx_InitStructure.UART_BRT_Use = BRT_Timer1; //选择波特率发生器, 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 ~ 115200
COMx_InitStructure.UART_RxEnable = ENABLE; //接收允许, ENABLE或DISABLE
COMx_InitStructure.BaudRateDouble = DISABLE; //波特率加倍, ENABLE或DISABLE
UART_Configuration(UART1, &COMx_InitStructure); //初始化串口1 UART1,UART2,UART3,UART4
NVIC_UART1_Init(ENABLE,Priority_1); //中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
UART1_SW(UART1_SW_P30_P31); // 引脚选择, UART1_SW_P30_P31,UART1_SW_P36_P37,UART1_SW_P16_P17,UART1_SW_P43_P44
}
/**************** I2C初始化函数 *****************/
void I2C_config(void)
{
I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;
I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_Master; //主从选择 I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave
I2C_InitStructure.I2C_Enable = ENABLE; //I2C功能使能, ENABLE, DISABLE
I2C_InitStructure.I2C_MS_WDTA = DISABLE; //主机使能自动发送, ENABLE, DISABLE
I2C_InitStructure.I2C_Speed = 13; //总线速度=Fosc/2/(Speed*2+4), 0~63
// 400K = 24M / 2 / (Speed * 2 + 4):
// 400 = 12000 / (Speed * 2 + 4)
// Speed * 2 = 26
I2C_Init(&I2C_InitStructure);
NVIC_I2C_Init(I2C_Mode_Master,DISABLE,Priority_0); //主从模式, I2C_Mode_Master, I2C_Mode_Slave; 中断使能, ENABLE/DISABLE; 优先级(低到高) Priority_0,Priority_1,Priority_2,Priority_3
I2C_SW(I2C_P33_P32); //I2C_P14_P15,I2C_P24_P25,I2C_P33_P32
}
#define NUMBER 7
void main() {
// 设备地址 read A3h and write A2h
u8 dev_addr = 0x51 << 1; // (设备地址 << 1) | 0 = 写地址.
// 存储地址
u8 mem_addr = 0x02;
// 用于接收从机传来的数据
u8 p[NUMBER];
// 保存时间信息
u8 second, minute, hour, day, week, month;
u16 year;
// 开启扩展寄存器使能
EAXSFR();
GPIO_config();
UART_config();
I2C_config();
EA = 1;
// 4. 通过I2C给RTC时钟芯片写数据
// void I2C_WriteNbyte(u8 dev_addr, u8 mem_addr, u8 *p, u8 number);
printf("--------------------------------read\n");
while(1) {
// 3. 通过I2C读取RTC时钟芯片数据
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寄存器数据读取
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寄存器数据写入
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闹钟设置
通过配置寄存器来配置闹钟
u8 config;
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 再去设置, 设置的时候别动别人的配置
config |= 0x02;
config &= ~0x08;//clear clock标记
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");
// 读取状态
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
printf("config: %d\r\n", (int)config[0]);
// 判断闹钟是否被激活
if((config[0] >> 3) & 0x01 == 1) {
//清除 alarm 标记
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定时器设置
通过配置寄存器来配置定时器。
u8 config;
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 再去设置, 设置的时候别动别人的配置
config |= 0x01;
config &= ~0x04;//clear timer标记
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);
}
驱动封装
头文件封装
#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
// 定义clock
typedef struct {
u16 year;
u8 month;
u8 day;
u8 weekday;
u8 hour;
u8 minute;
u8 second;
} Clock_t;
//定义alarm
typedef struct {
u8 hour;
u8 enableHour;
u8 minute;
u8 enableMinute;
u8 day;
u8 enableDay;
u8 weekday;
u8 enableWeekday;
} Alarm_t;
// 国产芯片的HZ1有问题,不要使用,建议使用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
● 定义结构体Clock_t表示时间数据,通过这个结构体承载数据,方便读取和设置。
● 定义结构体Alarm_t表示闹钟数据,通过这个结构体承载数据,方便读取和设置。
● 定义枚举TimerFreq限定计时器设置的范围。
#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;
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 再去设置, 设置的时候别动别人的配置
config |= 0x02;
config &= ~0x08;//clear clock标记
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];
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
// 再去设置, 设置的时候别动别人的配置
config[0] &= ~0x02;
config[0] &= ~0x08;//clear clock标记
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
}
void PCF8563_enable_timer() {
u8 config;
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 再去设置, 设置的时候别动别人的配置
config |= 0x01;
config &= ~0x04;//clear timer标记
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
}
void PCF8563_set_timer(enum TimerFreq freq, u8 period) {
u8 config;
config = freq + (1 << 7);//计数频率 + timer enable
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x0E, &config, 1);
config = period; // config, period
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x0F, &config, 1);
}
void PCF8563_disable_timer() {
u8 config[1];
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
// 再去设置, 设置的时候别动别人的配置
config[0] &= ~0x01;
config[0] &= ~0x04;//clear timer标记
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
}
void Ext_INT3 (void) interrupt INT3_VECTOR
{
u8 config[1];
// 先读配置
I2C_ReadNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, &config, 1);
// 判断闹钟是否被激活 Alarm Flag && AIE
if((config[0] & 0x08) && (config[0] & 0x02)) {
//清除 alarm 标记
config[0] &= ~0x08;
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
PCF8563_on_alarm();
}
// 判断计时器是否被激活 Timer Flag && TIE
if((config[0] & 0x04) && (config[0] & 0x01)) {
//清除 timer 标记
config[0] &= ~0x04;
I2C_WriteNbyte(PCF8563_ADDR, 0x01, config, 1);
PCF8563_on_timer();
}
}
● Ext_INT3中断函数为当前STC8H平台可用的。如果切换平台需要进行对应的移植操作。
BCD(Binary-Coded Decimal)
BCD(Binary-Coded Decimal)是一种用二进制编码表示十进制数字的格式。
在BCD格式中,每个十进制数位用4个二进制位来表示。BCD的目的是使得数字的编码与显示更加直观和容易处理。在BCD格式中,每个十进制数位的取值范围是0到9。
例如,数字5用BCD表示为0101,数字9用BCD表示为1001。这种表示方法使得每个十进制数位都独立地编码,方便在数字处理和显示设备上进行操作。
10进制数转BCD数:
// 十位取出左移4位 + 个位 (得到BCD数)
#define WRITE_BCD(val) ((val / 10) << 4) + (val % 10)
// 将高4位乘以10 + 低四位 (得到10进制数)
#define READ_BCD(val) (val >> 4) * 10 + (val & 0x0F)
一些状态分析
PCF8563的规则:
- 通电后,就开始工作,内部可配置寄存器(时间,闹钟,定时器)
- 如果已经有电池,但是单片机断电了,单片机重新通电后,单片机应该遵守PCF8563中已经配置的规则(时间,闹钟,定时器)
有源晶振和无源晶振
晶振可分为有源晶振与无源晶振。一般我们说的“晶振”指的是有源晶振,而无源晶振通常叫“晶体”,或者叫“谐振器”。两者最大的区别是:
● 有源晶振自身即可起振
● 无源晶振则需要外加专门的时钟电路才能起振
总体来看,有源晶振的精度、稳定度等方面均要好于无源晶振,尤其是在精密测量领域,大部分用的都是高档的有源晶振,以方便把各种补偿技术集成在一起,减少设计复杂性。