STC8H開發(十三): I2C驅動DS3231高精度實時時鐘晶元

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DS3231是高精度I2C實時時鐘晶元, I2C匯流排地址為固定的 0xD0, 內置溫度補償晶體振蕩源(TCXO), 降低溫度變化造成的晶體頻率漂移, 在[-40°C, 85°C]範圍內誤差 ±0.432s/Day, 秒、分、時、星期、日期、月、年, 閏年補償, 計數年份區間為[1990, 2190]... ...

DS3231簡介

DS3231是高精度I2C實時時鐘晶元, I2C匯流排地址為固定的0xD0

內置溫度補償晶體振蕩源(TCXO), 降低溫度變化造成的晶體頻率漂移, 在[-40°C, 85°C]範圍內誤差 ±0.432s/Day.
秒、分、時、星期、日期、月、年, 閏年補償, 計數年份區間為[1990, 2190]
兩個可編程鬧鐘, 可以按周或按日重覆
方波輸出
供電 2.3V – 5.5V (typical: 3.3V)
工作電流 200 – 300 μA
待機電流 110 – 170 μA
電池工作電流 70 – 150 μA
時間保持電池電流 0.84 – 3.5 μA

DS3231管腳和典型電路

32KHz - 32.768KHz輸出(50%占空比), 漏極開路輸出, 需要上拉電阻, 如不使用可保持開路.
VCC
INT/SQW - 低電平有效中斷或方波輸出(1Hz, 4kHz, 8kHz or 32kHz)
RST - 低電平有效複位引腳
GND
VBAT - 備用電源
SDA - I2C 數據
SCL - I2C 時鐘

ZS-042模塊

在某寶上最常見的DS3231是 ZS-042 模塊, 模塊集成一個CR2032電池座和一個AT24C32的8K位元組EEPROM存儲, 後者可以通過同一個I2C匯流排訪問.

CR2032電池座

當電源中斷時為DS3231提供備用電源

板載 AT24C32 EEPROM

存儲晶元 AT24C32, 容量 32K Bit = 4K Byte, 地址可通過短路 A0/A1/A2修改, 根據 24C32 的數據手冊, 這三個bit對應的是7位I2C地址的第五到第七位

1 0 1 0  A2 A1 A0 R/W

A0至A2內部電阻上拉, 開路為1, 短路為0, 不同的組合可以產生8個不同的地址, 預設全開路對應的地址為0xAE

使用STC8H3K驅動DS3231

接線

AT24C32的3對觸點都保持開路

P32   -> SCL
P33   -> SDA
GND   -> GND
3.3V  -> VCC

示例代碼

代碼下載地址

代碼會將DS3231時間設置為 2022-07-10 14:21:10, 然後每隔一秒顯示一次時間, 數值為十六進位

20-07-0A 0E:15:1E 00 00␍␊
20-07-0A 0E:15:1F 00 00␍␊
20-07-0A 0E:15:20 00 00␍␊
20-07-0A 0E:15:21 00 00␍␊
20-07-0A 0E:15:22 00 00␍␊

初始化I2C介面

使用P32和P33

void I2C_Init(void)
{
    // Master mode
    I2C_SetWorkMode(I2C_WorkMode_Master);
    /**
     * I2C clock = FOSC / 2 / (__prescaler__ * 2 + 4)
    */
    I2C_SetClockPrescaler(0x1F);
    // Switch alternative port
    I2C_SetPort(I2C_AlterPort_P32_P33);
    // Start I2C
    I2C_SetEnabled(HAL_State_ON);
}

void GPIO_Init(void)
{
    // SDA
    GPIO_P3_SetMode(GPIO_Pin_3, GPIO_Mode_InOut_QBD);
    // SCL
    GPIO_P3_SetMode(GPIO_Pin_2, GPIO_Mode_Output_PP);
}

基礎I2C介面讀寫方法

#define DS3231_I2C_ADDR                 0xD0

uint8_t DS3231_Write(uint8_t reg, uint8_t dat)
{
    return I2C_Write(DS3231_I2C_ADDR, reg, &dat, 1);
}

uint8_t DS3231_MultipleRead(uint8_t reg, uint8_t *buf, uint8_t len)
{
    return I2C_Read(DS3231_I2C_ADDR, reg, buf, len);
}

BCD碼與HEX的轉換

uint8_t DS3231_Hex2Bcd(uint8_t hex)
{
    return (hex % 10) + ((hex / 10) << 4);
}

uint8_t DS3231_Bcd2Hex(uint8_t bcd)
{
    return (bcd >> 4) * 10 + (bcd & 0x0F);
}

讀取時間

讀取時間並轉換為HEX, 使用一個uint8_t數組, 結構為

/**
    uint8_t year;
    uint8_t month;
    uint8_t week;
    uint8_t date;
    uint8_t hour;
    uint8_t minute;
    uint8_t second;
    DS3231_HourFormat_t format;
    DS3231_AmPm_t am_pm;
 */

從DS3231中讀出時間

uint8_t DS3231_GetTime(uint8_t *t)
{
    uint8_t res;
    res = I2C_Read(DS3231_I2C_ADDR, DS3231_REG_SECOND, buff, 7);
    if (res != HAL_OK)
    {
        return res;
    }
    t[0] = DS3231_Bcd2Hex(buff[6]) + ((buff[5] >> 7) & 0x01) * 100; // year
    t[1] = DS3231_Bcd2Hex(buff[5] & 0x1F);                          // month
    t[2] = DS3231_Bcd2Hex(buff[3]); // week
    t[3] = DS3231_Bcd2Hex(buff[4]); // date
    t[7] = (buff[2] >> 6) & 0x01; // 12h/24h
    t[8] = (buff[2] >> 5) & 0x01; // am/pm
    if (t[7] == DS3231_FORMAT_12H)
    {
        t[4] = DS3231_Bcd2Hex(buff[2] & 0x1F); // hour
    }
    else
    {
        t[4] = DS3231_Bcd2Hex(buff[2] & 0x3F); // hour
    }
    t[5] = DS3231_Bcd2Hex(buff[1]); // minute
    t[6] = DS3231_Bcd2Hex(buff[0]); // second
    return HAL_OK;
}

設置時間

先校驗各時間數值, 然後通過地址分別寫入

uint8_t DS3231_SetTime(uint8_t *t)
{
    uint8_t res, reg;

    // Time validation
    if (t[0] > 200) t[0] = 200; // year

    if (t[1] == 0) t[1] = 1; // month
    else if (t[1] > 12) t[1] = 12;

    if (t[2] == 0) t[2] = 1; // week
    else if (t[2] > 7) t[2] = 7;

    if (t[3] == 0) t[3] = 1; // date
    else if (t[3] > 31) t[3] = 31;

    if (t[7] == DS3231_FORMAT_12H)
    {
        if (t[4] > 12) t[4] = 12; // hour
    }
    else if (t[7] == DS3231_FORMAT_24H)
    {
        if (t[4] > 23) t[4] = 23; // hour
    }

    if (t[5] > 59) t[5] = 59; // minute
    if (t[6] > 59) t[6] = 59; // second

    res = DS3231_Write(DS3231_REG_SECOND, DS3231_Hex2Bcd(t[6]));
    if (res != HAL_OK) return res;

    res = DS3231_Write(DS3231_REG_MINUTE, DS3231_Hex2Bcd(t[5]));
    if (res != HAL_OK) return res;

    if (t[7] == DS3231_FORMAT_12H)
    {
        reg = (uint8_t)((1 << 6) | (t[8] << 5) | DS3231_Hex2Bcd(t[4]));
    }
    else
    {
        reg = (0 << 6) | DS3231_Hex2Bcd(t[4]);
    }
    res = DS3231_Write(DS3231_REG_HOUR, reg);
    if (res != HAL_OK) return res;

    res = DS3231_Write(DS3231_REG_WEEK, DS3231_Hex2Bcd(t[2]));
    if (res != HAL_OK) return res;

    res = DS3231_Write(DS3231_REG_DATE, DS3231_Hex2Bcd(t[3]));
    if (res != HAL_OK) return res;

    if (t[0] >= 100)
    {
        res = DS3231_Write(DS3231_REG_MONTH, DS3231_Hex2Bcd(t[1]) | (1 << 7));
        if (res != HAL_OK) return res;
        return DS3231_Write(DS3231_REG_YEAR, DS3231_Hex2Bcd(t[0] - 100));
    }
    else
    {
        res = DS3231_Write(DS3231_REG_MONTH, DS3231_Hex2Bcd(t[1]));
        if (res != HAL_OK) return res;
        return DS3231_Write(DS3231_REG_YEAR, DS3231_Hex2Bcd(t[0]));
    }
}

讀寫ZS-042模塊中的AT24C32

參考前面一篇 STC8H開發(十二): I2C驅動AT24C08,AT24C32系列EEPROM存儲

參考

DS3231的模塊ZS-042的討論, 分析了5V供電時的電池充電問題和改造 https://forum.arduino.cc/t/zs-042-ds3231-rtc-module/268862/24
AT24C 的讀寫 https://www.likecs.com/show-204385163.html

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