STC8H开发(十三): I2C驱动DS3231高精度实时时钟芯片

DS3231是高精度I2C实时时钟芯片, I2C总线地址为固定的 0xD0, 内置温度补偿晶体振荡源(TCXO), 降低温度变化造成的晶体频率漂移, 在[-40°C, 85°C]范围内误差 ±0.432s/Day, 秒、分、时、星期、日期、月、年, 闰年补偿, 计数年份区间为[1990, 2190] 两个可编程闹钟, 可以按周或按日重复. 在某宝上最常见的DS3231是 ZS-042 模块, 模块集成一个CR2032电池座和一个AT24C32的8K字节EEPROM存储, 后者可以通过同一个I2C总线访问. 读取时间, 设置时间, 示例代码下载地址 Gitee, GitHub 目录

• STC8H开发(一): 在Keil5中配置和使用FwLib_STC8封装库(图文详解)
• STC8H开发(二): 在Linux VSCode中配置和使用FwLib_STC8封装库(图文详解)
• STC8H开发(三): 基于FwLib_STC8的模数转换ADC介绍和演示用例说明
• STC8H开发(四): FwLib_STC8 封装库的介绍和使用注意事项
• STC8H开发(五): SPI驱动nRF24L01无线模块
• STC8H开发(六): SPI驱动ADXL345三轴加速度检测模块
• STC8H开发(七): I2C驱动MPU6050三轴加速度+三轴角速度检测模块
• STC8H开发(八): NRF24L01无线传输音频(对讲机原型)
• STC8H开发(九): STC8H8K64U模拟USB HID外设
• STC8H开发(十): SPI驱动Nokia5110 LCD(PCD8544)
• STC8H开发(十一): GPIO单线驱动多个DS18B20数字温度计
• STC8H开发(十二): I2C驱动AT24C08,AT24C32系列EEPROM存储
• STC8H开发(十三): I2C驱动DS3231高精度实时时钟芯片

DS3231简介

DS3231是高精度I2C实时时钟芯片, I2C总线地址为固定的0xD0

• 内置温度补偿晶体振荡源(TCXO), 降低温度变化造成的晶体频率漂移, 在[-40°C, 85°C]范围内误差 ±0.432s/Day.
• 秒、分、时、星期、日期、月、年, 闰年补偿, 计数年份区间为[1990, 2190]
• 两个可编程闹钟, 可以按周或按日重复
• 方波输出
• 供电 2.3V – 5.5V (typical: 3.3V)
• 工作电流 200 – 300 μA
• 待机电流 110 – 170 μA
• 电池工作电流 70 – 150 μA
• 时间保持电池电流 0.84 – 3.5 μA

DS3231管脚和典型电路

1. 32KHz - 32.768KHz输出(50%占空比), 漏极开路输出, 需要上拉电阻, 如不使用可保持开路.
2. VCC
3. INT/SQW - 低电平有效中断或方波输出(1Hz, 4kHz, 8kHz or 32kHz)
4. RST - 低电平有效复位引脚
5. GND
6. VBAT - 备用电源
7. SDA - I2C 数据
8. SCL - I2C 时钟

ZS-042模块

在某宝上最常见的DS3231是 ZS-042 模块, 模块集成一个CR2032电池座和一个AT24C32的8K字节EEPROM存储, 后者可以通过同一个I2C总线访问.

CR2032电池座

当电源中断时为DS3231提供备用电源

板载 AT24C32 EEPROM

存储芯片 AT24C32, 容量 32K Bit = 4K Byte, 地址可通过短路 A0/A1/A2修改, 根据 24C32 的数据手册, 这三个bit对应的是7位I2C地址的第五到第七位

1 0 1 0  A2 A1 A0 R/W

A0至A2内部电阻上拉, 开路为1, 短路为0, 不同的组合可以产生8个不同的地址, 默认全开路对应的地址为0xAE

使用STC8H3K驱动DS3231 接线

AT24C32的3对触点都保持开路

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

示例代码

代码下载地址

• Gitee https://gitee.com/iosetting/fw-lib_-stc8/tree/master/demo/i2c/ds3231
• GitHub https://github.com/IOsetting/FwLib_STC8/tree/master/demo/i2c/ds3231

代码会将DS3231时间设置为 2022-07-10 14:21:10, 然后每隔一秒显示一次时间, 数值为十六进制

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接口

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);
}

基础I2C接口读写方法

#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码与HEX的转换

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);
}

读取时间

读取时间并转换为HEX, 使用一个uint8_t数组, 结构为

/**
    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;
 */

从DS3231中读出时间

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;
}

设置时间

先校验各时间数值, 然后通过地址分别写入

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]));
    }
}

读写ZS-042模块中的AT24C32

参考前面一篇 STC8H开发(十二): I2C驱动AT24C08,AT24C32系列EEPROM存储

参考

• DS3231的模块ZS-042的讨论, 分析了5V供电时的电池充电问题和改造 https://forum.arduino.cc/t/zs-042-ds3231-rtc-module/268862/24
• AT24C 的读写 https://www.likecs.com/show-204385163.html