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DS3231外设驱动

发表于 分类于

软件：IAR
硬件：MSP4305419A，DS3231

学习外围时钟模块DS3231并编写驱动.

简介

  • DS3231，高精度I2C实时时钟器件；
  • 具有电池输入，并在设备的主电源中断时保持准确的计时；
  • RTC保留秒，分钟，小时，日期，日期，月份和年份的信息；
  • 对于少于31天的月份，将自动调整月末的日期，包括闰年的更正；
  • 带有AM / PM指示器的时钟以24小时或12小时格式运行；
  • 提供了两个可编程的日时钟警报和一个可编程的方波输出；
  • 地址和数据通过I2C双向总线串行传输。
  • 自带存储芯片：AT24C32 EEPROM芯片(存储容量32K)

引脚

image-20201231141212427

引脚说明：

  • Vcc—引脚电源；
  • INT/SQW—低电平有效中断或方波输出，低电平复位引脚；
  • 32kV—32kHz输出。此漏极开路输出引脚要求外接上拉电阻。使能状态下，输出可工作在任意电源拿下；如不使用，保持开路。
  • N.C.—表示无连接；外部必须接地
  • GND—地；
  • VBAT—备用电源输入；
  • SDA—串行数据输入输出；
  • SCL—串行时钟输入。

DS3231内部框图：

image-20201231141728544

寄存器

image-20201231154044290

寄存器还是很好懂的，主意好各个Bit的控制的时分秒。

程序

设计原理图：

image-20201231165705458

​ image-20201231165345940image-20201231165515422

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宏定义说明：

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#define DS3231_SCL_H 	P9OUT |= BIT2											  //P9.2输出SCL高电平
#define DS3231_SCL_L 	P9OUT &= ~BIT2											  //P9.2输出SCL低电平
#define DS3231_SDA_IN	do { P9DIR &= ~BIT1;  delay_us(2);} while(0)				//P9.1设置为SDA输入
#define DS3231_SDA_OUT	do { P9DIR |=  BIT1;  delay_us(2);} while(0)				//P9.1设置为SDA输出
#define DS3231_SDA_H	do { DS3231_SDA_OUT;  P9OUT |=  BIT1;  delay_us(2);} while(0)//P9.1输出SDA高电平
#define DS3231_SDA_L	do { DS3231_SDA_OUT;  P9OUT &= ~BIT1;  delay_us(2);} while(0)//P9.1输出SDA低电平

函数声明：

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void DS3231_Start(void);
void DS3231_I2cError(void);
void DS3231_Stop(void);
void DS3231_ACK(void);
void DS3231_NoAck(void);
unsigned char DS3231_ReadByte(unsigned char endbyte);
void DS3231_WriteByte(unsigned char ucData);

int F_DS3231_Ack;										//应答信号有无标志

​ DS3231时钟芯片的管脚初始化: 

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void DS3231_Init_Pins(void)
{	
    P9DIR |= (BIT1+BIT2);	//选择P9.1和P9.2为SDA , SCK
       
	DS3231_SCL_H;
	DS3231_SDA_H; 
    
    P2DIR |= BIT5;          //VTEM
    P2OUT &= ~BIT5;
}

​ 启动/关闭函数：

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void DS3231_PowOn(void)
{
    P2OUT |= BIT5;
    delay_us(20);
}


void DS3231_PowOff(void)
{
    delay_us(20);
    P2OUT &= ~BIT5;
}

基本功能函数：

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/*   SDA低-SCL高-SDA高   */
void DS3231_I2cError(void)
{
	DS3231_SDA_L;
	delay_us(10);
	DS3231_SCL_H;
	delay_us(10);
	DS3231_SDA_H;
	delay_us(10);
}

​ 开始和结束信号

img从时序图可知，开始信号为：SCL高时，SDA由高变低；结束信号为：SCL为低时，SDA由低变高。

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 /*******************************************
 函数名称：DS3231_Start
 功    能：I2C起始数据
 参    数：无
 返 回 值：无
 *******************************************/
void DS3231_Start(void)
{   
	DS3231_SDA_H;			//SCL和SDA先拉高
	delay_us(10);			//Delay的最小时间要求
	DS3231_SCL_H;
  	delay_us(10);
	DS3231_SDA_L;			//当SCL为高时，SDA由高变低表示开始
	delay_us(10);		
	DS3231_SCL_L;			//SCL拉低表示数据传输准备就绪
  	delay_us(10);	
}

 /*******************************************
 函数名称：DS3231_Stop
 功    能：I2C终止数据
 参    数：无
 返 回 值：无
 ********************************************/
void DS3231_Stop(void)
{
	DS3231_SCL_L;
  	delay_us(10);
	DS3231_SDA_L;			//SCL和SDA拉低为结束信号做准备
	delay_us(10);
	DS3231_SCL_H;			//SCL拉高，对照时序图前半部分[STOP]
  	delay_us(10);
	DS3231_SDA_H;			//当SCL为高时，SDA由低到高为结束信号
	delay_us(10);	
}

​ 发送&读写函数：

image-20210104112626698

​ 由图可知，开始信号之后，将SCL拉低，准备数据传输，SDA电平变化后，再拉高SCL，发送数据(最高位先发送)，循环8次(一个字节)；

​ 读函数同理，过程与发送相反，SDA做输入，主机做接收端。

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/*******************************************
函数名称：DS3231_WriteByte
功    能：I2C发送/写入数据
参    数：ucData
返 回 值：ucData
********************************************/
void DS3231_WriteByte(unsigned char ucData)
{
	unsigned char i;
    DS3231_SDA_OUT;
	for(i=0;i<8;i++)				//循环8次，一个字节
	{
		DS3231_SCL_L;
		delay_us(10);
		if(ucData & 0x80)
		{ 
			DS3231_SDA_H;			//高位先发
		}
		else
		{
			DS3231_SDA_L;
		}
		delay_us(10);
		DS3231_SCL_H;				//SCL拉高，发送数据
		delay_us(10);
		ucData <<= 1;				//数据左移一位
		DS3231_SCL_L;
		delay_us(10);
	}
	DS3231_SDA_IN;
	delay_us(10);
	F_DS3231_Ack = 0;
	DS3231_SCL_H;
	//-------------------------------------
	for(i=0;i<20;i++)
 	{
		if(!DS3231_SDA()) {F_DS3231_Ack = 1; break;}		//循环20次，若I2C接收到应答信号，F_DS3231_Ack标志置1 
 	}
 	//-------------------------------------
 	delay_us(10);
	DS3231_SCL_L;
	DS3231_SDA_OUT;
	DS3231_SDA_H;
}

/*******************************************
函数名称：DS3231_ReadByte
功    能：I2C发送/写入数据
参    数：endbyte
返 回 值：ucValue
********************************************/
unsigned char DS3231_ReadByte(unsigned char endbyte)
{
	unsigned char ucValue;
	unsigned char ucIndex;

	DS3231_SDA_IN;						//P9.1设置为输入
	ucValue=0;
	for(ucIndex=0;ucIndex<8;ucIndex++)
	{		
		ucValue <<= 1;
		DS3231_SCL_L;					//P9.2输出低电平
		delay_us(10);
		DS3231_SCL_H;					//P9.2输出高电平，保证接收数据时SDA不改变
		delay_us(10);
		if(DS3231_SDA())				//引脚状态检测
		{
			ucValue |= 1;				//高电平保留
		}
		delay_us(10);
		DS3231_SCL_L;					//SCL拉低，数据准备
		delay_us(10);
	}
	DS3231_SDA_OUT;						//P9.1设置为输入
	if(endbyte != 0)
 		DS3231_ACK();
 	else
  		DS3231_NoAck();

	return ucValue;
}

​ 主机应答信号&非应答信号

img主机接收完从机数据后，要发送应答或者非应答信号。

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 /*******************************************
 函数名称：DS3231_ACK
 功    能：I2C发送应答信号
 参    数：无
 返回值  ：无
 ********************************************/
void DS3231_ACK(void)		//主机位接收端，发送应答信号
{
	//DS3231_SCL_L;			//SCL拉低，允许SDA改变电平
	DS3231_SDA_L;			//SCL低电平为应答
	delay_us(10);
	DS3231_SCL_H;
    delay_us(10);
	DS3231_SCL_L;
    delay_us(10);
}

 /*******************************************
 函数名称：DS3231_NoAck
 功    能：I2C发送非应答信号
 参    数：无
 返回值  ：无
 ********************************************/
void DS3231_NoAck(void)
{
    //DS3231_SCL_L;			//SCL拉低，允许SDA改变电平
	DS3231_SDA_H;
	delay_us(10);
	DS3231_SCL_H;
  	delay_us(10);
	DS3231_SCL_L;
  	delay_us(10);
}

 /*******************************************
 函数名称：DS3231_SDA
 功    能：状态检测，I2C接收应答信号
 参    数：无
 返 回 值：0/1
 *******************************************/
uint8 DS3231_SDA(void)
{
	DS3231_SDA_IN;
	if(P9IN & BIT1)
		return 1;				//无应答信号
	else
		return 0;				//有应答信号
}

​ DS3231传输时序图

​ 再发送开始信号之后，DS3231接收的第一个字节的前7位时从机地址(DS3231地址)，第八位为读/写操作。

image-20210105163356262

​ 读写地址如下图，可以看出DS3231的主机地址为1101000，所以主机的写操作地址为0xD1(1101 0000)，读操作地址为0xD0(1101 0001)

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​ DS3231写入模式工作流程：

程序步骤 主机 从机 DS3231
1 产生START信号 接收从机地址字节1101 0000
2 确认从机地址+写位之后，在SDA上输出一个应答
3 将字地址发送到DS3231 设置寄存器指针，确认传输
4 发送零个或多个字节的数据 寄存器指针递增，接收每一个字节后都将发送一个确认位
5 产生一个STOP信号终止数据写入

​ DS3231读取模式工作流程：

程序步骤 主机 从机 DS3231
1 产生START信号 接收从机地址字节1101 0001
2 确认之后，在SDA输出一个应答
3 从寄存器指针指向寄存器地址开始发送数据
4 收到非确认信息才能结束 
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 函数名称：DS3231_write_byte
 功    能：I2C总线给DS3231发送单字节
 参    数：无
 返回值  ：无
 ********************************************/
void DS3231_write_byte(uint8 dev_add,uint8 reg,uint8 data)
{
	DS3231_Start();
	DS3231_WriteByte(dev_add);
	
	DS3231_WriteByte(reg);
	
	DS3231_WriteByte(data);
    
	DS3231_Stop();

}
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 /*******************************************
 函数名称：DS3231_read_byte
 功    能：I2C总线给DS3231接收单字节
 参    数：无
 返回值  ：无
 ********************************************/
uint8 DS3231_read_byte(uint8 dev_add,uint8 reg)
{
    uint8 ret;	
	DS3231_Start();
	DS3231_WriteByte(dev_add);	
	DS3231_WriteByte(reg);	
	DS3231_Start();
	DS3231_WriteByte(dev_add+1);	
	ret=DS3231_ReadByte(0);    
	DS3231_Stop();
	return ret;
}

​ 硬件读取的为BCD码格式的时间数据，BCD码增加了硬件算数运算的复杂度且存储效率低，因此在读取之后需要进行转码读取。

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 /*******************************************
 函数名称：BCD2HEX
 功    能：BCD转换为Byte
 参    数：uint val
 返回值  ：char i
 ********************************************/
uint8 BCD2HEX(uint8 val)   	//BCD转换为Byte 
{ 
    unsigned char i; 
    i= val & 0x0f; 
    val >>= 4; 
    val &= 0x0f; 
    val *= 10; 
    i += val; 
     
    return i; 
} 

 /*******************************************
 函数名称：B_BCD
 功    能：B码转换为BCD码
 参    数：uint val
 返回值  ：uint i
 ********************************************/
uint8 B_BCD(uint8 val)     //B码转换为BCD码 
{ 
  
  uint8 i,j,k; 
  i=val/10; 
  j=val%10; 
  k=j+(i<<4); 
  return k; 
  
}

​ 读取时间、计算、显示函数：

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 /*******************************************
 函数名称：DS3231_ModifyTime
 功    能：修改时间
 参    数：BCD码
 返回值  ：
 ********************************************/
void DS3231_ModifyTime(uint8 yea,uint8 mon,uint8 da,uint8 hou,uint8 min,uint8 sec) 
{ 
  uint8 temp=0; 
  DS3231_PowOn();
  temp=B_BCD(yea); 
  DS3231_write_byte(0xD0,0x06,temp);//修改年 
   
  temp=B_BCD(mon); 
  DS3231_write_byte(0xD0,0x05,temp);//修改月 
    
  temp=B_BCD(da); 
  DS3231_write_byte(0xD0,0x04,temp);//修改日 
   
  temp=B_BCD(hou); 
  DS3231_write_byte(0xD0,0x02,temp);//修改时 
   
  temp=B_BCD(min); 
  DS3231_write_byte(0xD0,0x01,temp);//修改分 
   
  temp=B_BCD(sec); 
  DS3231_write_byte(0xD0,0x00,temp);//修改秒 
  DS3231_PowOff();
} 
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 /*******************************************
 函数名称：DS3231_GetTime
 功    能：获取、计算、显示时间
 参    数：BCD码
 返回值  ：
 ********************************************/
void DS3231_GetTime(uint8 *yea,uint8 *mon,uint8 *da,uint8 *hou,uint8 *min,uint8 *sec) 
{ 
  
 uint8 temp1; 

 DS3231_PowOn(); 
  
 temp1=DS3231_read_byte(0xd0,0x06);  //年 
 *yea=BCD2HEX(temp1); 

  
 temp1=DS3231_read_byte(0xd0,0x05);  //月 
 *mon=BCD2HEX(temp1); 
 
  
 temp1=DS3231_read_byte(0xd0,0x04);  //日 
 *da=BCD2HEX(temp1); 
 
  
 temp1=DS3231_read_byte(0xd0,0x02);  //时 24小时制 
 temp1&=0x3f;                    
 *hou=BCD2HEX(temp1); 

  
 temp1=DS3231_read_byte(0xd0,0x01);  //分 
 *min=BCD2HEX(temp1); 
 
   
 temp1=DS3231_read_byte(0xd0,0x00);  //秒 
 *sec=BCD2HEX(temp1); 
 
 DS3231_PowOff();
  
}
两种颜色的功德箱(逃