實時時鐘為微控制器系統(tǒng)增加了精確的計時功能

MAXQ610微控制器不包括電池備份的實時時鐘（RTC），但1-Wire?網(wǎng)絡(luò)的靈活性使得可以在任何基于MAXQ1904的應(yīng)用中直接添加DS610 RTC i按鈕?。與DS1904通信、設(shè)置時鐘和控制值以及與原始秒數(shù)之間的時間值轉(zhuǎn)換，都可以在MAXQ610的能力范圍內(nèi)，即使使用匯編語言也是如此。本應(yīng)用筆記說明如何在基于MAXQ610的應(yīng)用中增加RTC功能。顯示了實現(xiàn)此應(yīng)用程序的演示代碼。本文的原理和技術(shù)同樣適用于其它基于MAXQ?的微控制器，該微控制器具有能夠驅(qū)動1-Wire通信協(xié)議的通用I/O （GPIO）引腳。

介紹

許多微控制器包括定時器電路，但只有少數(shù)微控制器包括電池備份實時時鐘（RTC）。然而，許多應(yīng)用需要RTC，使用1-Wire網(wǎng)絡(luò)可以輕松添加RTC。本文介紹如何將支持1-Wire協(xié)議的RTC添加到基于微控制器的系統(tǒng)中。包含必要的代碼。本文解釋了同樣適用于通用I/O （GPIO）引腳能夠驅(qū)動1-Wire通信協(xié)議的微控制器的原理和技術(shù)。

設(shè)計目標

本演示展示了如何使用1-Wire接口實現(xiàn)以下操作的方法：

讀取所選 RTC 的 64 位 ROM ID

啟動和停止 RTC

讀取 RTC 的當前值

將 RTC 設(shè)置為新值

該演示還將以可讀格式顯示當前 RTC 值，即從原始秒轉(zhuǎn)換為年/月/日/時間格式。它將允許用戶通過增加各種轉(zhuǎn)換值（例如，年，月，日）來修改時鐘值，而不是計算并輸入秒的新值。

對于存儲日期/時間值秒數(shù)的任何應(yīng)用程序，我們必須選擇一個零基線。對于此應(yīng)用程序，該基線是 1 年 2000 月 12 日上午 00：00：00000000，其原始秒數(shù)為零 （<>h）。

系統(tǒng)設(shè)置

1-Wire接口是本文的基礎(chǔ)。它允許您將支持1-Wire協(xié)議的RTC添加到任何微控制器中。本例將使用DS1904 RTC i按鈕?。該應(yīng)用使用MAXQ610微控制器，因為它可以很容易地與RTC通信，設(shè)置時鐘和控制值，并在原始秒和相應(yīng)的日歷日期之間進行轉(zhuǎn)換，即使使用匯編語言也是如此。

低功耗MAXQ610非常適合便攜式應(yīng)用，但缺少電池供電的RTC。但是，您可以使用其GPIO引腳之一將此微控制器連接到專用RTC。微控制器的演示代碼是使用基于匯編的MAX-IDE環(huán)境編寫的。設(shè)計工作在Maxim評估（EV）板MAXQ610-KIT上。源代碼、項目文件和其他文檔均可下載。

運行應(yīng)用程序

您需要以下硬件來運行演示代碼：

MAXQ610評估板

5V 直流電源

串行到JTAG或USB到JTAG接口板

JTAG編程電纜（2×5帶狀電纜，帶0.100in引腳連接器）

直通 DB9 串行接口電纜

具有可用 COM 端口或 USB 轉(zhuǎn)串行適配器的電腦

DS1904L-F5# RTC i按鈕

DS9094F+ 通孔安裝 i按鈕夾

代碼在MAXQ610評估板上運行。原型設(shè)計區(qū)域安裝了一個 i 按鈕夾 （DS9094F+），在 i 按鈕夾中插入了一個 DS1904L-F5# RTC i按鈕。然后從 i按鈕夾進行連接：

將i按鈕夾的接地引腳（與DS1904背面/未標記側(cè)接觸的夾頂側(cè)標有“+”的引腳）連接到MAXQ610評估板上的GND測試點之一。

將iButton夾子的數(shù)據(jù)引腳（夾子內(nèi)側(cè)接觸DS1904正面/標記側(cè)的引腳）連接到MAXQ2評估板上的端口引腳P0.3 （接頭引腳P1.610）。

您還需要以下軟件：

MAX-IDE匯編語言開發(fā)環(huán)境，用于MAXQ微控制器

微控制器工具包 （MTK） 或其他具有“啞終端”模式的終端仿真器

MAX-IDE環(huán)境的最新安裝包和文檔可在MAXQ RISC微控制器頁面找到。

RTC的數(shù)據(jù)通過1-Wire協(xié)議串行傳輸;只需要一個數(shù)據(jù)引線和一個接地回路。該 RTC 包含一個唯一的 64 位 ID，在 ROM 中出廠光刻，以及一個作為二進制計數(shù)器實現(xiàn)的 RTC/日歷。它位于耐用的MicroCan包裝中，可防塵，防潮和防震。該封裝幾乎可以安裝在任何表面上，包括印刷電路板 （PCB） 和塑料鑰匙扣。運行時，RTC 為使用微控制器的任何電子設(shè)備或嵌入式應(yīng)用添加日歷日期、時間和日期戳、秒表、小時計、間隔計時器和日志功能。

RTC 包含一個分辨率為 32 秒的 1 位計數(shù)器，可提供大約 136 年的范圍。保持時鐘運行所需的所有硬件，包括32kHz晶體和電池，都密封在內(nèi)部。所得器件的使用壽命超過 10 年，在室溫為 +2°C 時，時鐘精度約為每月 ±25 分鐘。 工作模式（停止或運行）和時鐘計數(shù)器的值可通過1-Wire接口讀取或?qū)懭搿?/p>

驅(qū)動1-Wire網(wǎng)絡(luò)

1-Wire接口通過單線和單接地回路提供電源和通信。這意味著單個端口引腳使微控制器能夠與1-Wire傳感器通信。為在1-Wire網(wǎng)絡(luò)上工作開發(fā)了各種傳感器和其他組件。

1-Wire網(wǎng)絡(luò)采用單主機和多個從機，采用多點配置。時序要求非常靈活，允許所有從站以高達16kbps的通信速度與主站同步。每個1-Wire傳感器都有一個全球唯一的64位ROM ID，因此1-Wire主站可以單獨、精確地選擇從機，無論它們在網(wǎng)絡(luò)上的物理位置如何。

1-Wire線路以漏極開路模式工作：主站（以及從機，當需要輸出時）通過將線路拉至地來指示“零”，或者通過讓線路浮高來指示“一”。此操作通常通過線路和V之間連接的分立上拉電阻來實現(xiàn)抄送.端口引腳具有弱上拉模式的微控制器（如MAXQ610）可以簡單地將端口引腳切換回該模式，讓線路高懸;無需外部電阻。由于主機和從機將線路拉低且從不主動拉高，因此1-Wire網(wǎng)絡(luò)以有線OR配置工作。這種方法可防止多個從站同時嘗試在1-Wire總線上傳輸時發(fā)生線路沖突。

為了驅(qū)動1-Wire網(wǎng)絡(luò)，微控制器使用軟件在單個引腳上生成時隙。所有時隙均由1-Wire主機啟動，因此當1-Wire線路未與從器件通信時，微控制器無需監(jiān)控<>-Wire線路。

復(fù)位時隙寬約為 1ms。在前半段時段，主機（MAXQ610）將1-Wire線保持在低電平。時隙進行到一半時，它釋放1-Wire線并使其漂浮在高處。線路上存在的任何1-Wire從站都會在后半段通過復(fù)位并拉下線路來響應(yīng)。然后，從站產(chǎn)生存在脈沖，向主站指示一個或多個從站存在并準備通信。

寫入時隙的寬度為60μs至120μs，由主機用于將位（0或1）傳輸?shù)揭粋€或多個從機。兩種類型的寫入時隙都從主站將線路拉低至少一微秒開始。為了傳輸 1，主站隨后在剩余的時間段內(nèi)釋放線路（讓它高浮動）。為了傳輸 0，主站將線路保持低電平，直到時隙結(jié)束。

讀取時隙的寬度為60μs至120μs，由主機用于從從器件讀取位（0或1）。時隙從主站將線路拉低至少一微秒開始。然后，主機釋放線路，允許從機將其保持在低電平（0）或使其浮動到高處（1）。在時隙的中途，主機對線路進行采樣，以從從機讀取位值。

MAXQ610在12MHz頻率下以每微秒約12個指令周期運行，因此在軟件中使用端口引腳（P1.2）即可輕松執(zhí)行標準的0-Wire協(xié)議。它以類似的方式實現(xiàn)讀取時隙。注意，1-Wire總線上的所有數(shù)據(jù)字節(jié)首先傳輸最低有效位（LSB）。

1-Wire總線上的上拉電阻值根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上的器件數(shù)量而變化，但通常額定值為4kΩ至5kΩ。相反，MAXQ610端口引腳上的弱上拉電阻在15kΩ至40kΩ之間變化，取決于工作電壓。為了避免1-Wire總線從低電平狀態(tài)高電平浮動時出現(xiàn)過長的時間間隔，該代碼會短暫驅(qū)動具有正常高電平狀態(tài)的總線（通過P2.0），在將P2.0設(shè)置為正常的弱上拉模式之前，將總線“捕捉”到高電平狀態(tài)。此操作不會對1-Wire總線造成中斷，前提是避免了從機可能嘗試將總線拉低的時間間隔?；蛘?，您可以在1-Wire總線上放置一個物理外部上拉電阻，然后在標準低電平模式下驅(qū)動端口引腳（對于零狀態(tài)），將端口引腳驅(qū)動至三態(tài)模式（對于高狀態(tài)）。

啟動、停止和設(shè)置時鐘

由于1-Wire總線上可能存在多個1-Wire器件，因此與這些器件的通信分兩個階段進行。總線主控器首先選擇一個1-Wire器件進行通信，然后發(fā)出通信信號2總線主控器發(fā)送復(fù)位脈沖后，1-Wire總線上的所有從器件將返回到默認的未選中狀態(tài)。然后，總線主站可以使用幾個命令來選擇將在第二階段與之通信的設(shè)備。以下命令使用與每個從設(shè)備關(guān)聯(lián)的 64 位 ROM ID。所有1-Wire器件都支持這些命令。

跳過 ROM [CCh]

此單字節(jié)命令激活總線上的所有從設(shè)備。如果只有一個1-Wire器件，或者總線主控器需要向總線上的所有1-Wire器件發(fā)送相同的命令，則此功能非常有用。上述應(yīng)用總線上只有一個器件（例如DS1904 RTC），因此總線主控器（例如MAXQ610微控制器）在讀取或?qū)懭隦TC之前始終使用此命令激活RTC。

讀取只讀存儲器 [33小時]

此單字節(jié)命令激活總線上的所有從設(shè)備，并使它們將其64位ROM ID值傳輸回總線主站。由于它激活所有從設(shè)備，因此只能用于單從系統(tǒng)。否則，多個從設(shè)備在嘗試同時傳輸其ROM ID時將導(dǎo)致數(shù)據(jù)沖突。由于總線上只有一個器件（DS1904），MAXQ610在開始時使用此命令讀取DS1904的ROM ID。

匹配光盤 [55h]

此命令從1-Wire總線上的多個從機中選擇一個從機。總線主站傳輸此命令后，通過傳輸要選擇的從設(shè)備的64位ROM ID進行跟進。具有匹配ROM ID的器件通過進入活動狀態(tài)進行響應(yīng)，而總線上的所有其他器件進入非活動狀態(tài)，等待總線主站的下一次1-Wire復(fù)位。（此處描述的應(yīng)用程序中未使用此命令。

搜索 ROM [F0h]

此命令允許總線主站使用迭代發(fā)現(xiàn)過程來確定1-Wire總線上一個或多個從器件的ROM ID值3（此處描述的應(yīng)用中未使用此命令。

讀取和寫入時鐘和控制值

當總線主站使用跳過ROM或讀取ROM命令選擇1-Wire從器件（即RTC、DS1904）時，該器件即可接受特定于它的1-Wire命令。這些命令（圖 1）詳述如下：

讀取時鐘 [66h]

該命令允許總線主站讀取DS1904的器件控制字節(jié)和4字節(jié)（32位）RTC值。器件控制字節(jié)確定驅(qū)動RTC的32kHz振蕩器是運行還是停止。如下面的代碼所示，只有一個命令同時讀取設(shè)備控制字節(jié)和時鐘值。即使不需要這兩個值，也必須在設(shè)備輸出時鐘數(shù)據(jù)之前讀取設(shè)備控制字節(jié)。

寫入時鐘 [99h]

作為讀取時鐘的補充，該命令允許總線主機為器件控制字節(jié)和DS1904 4字節(jié)時鐘計數(shù)器設(shè)置新值。請注意，在新值生效之前，必須寫入全部5個字節(jié)并發(fā)送一個1-Wire復(fù)位脈沖。上述應(yīng)用代碼包括單獨設(shè)置器件控制字節(jié)和時鐘值的例程，首先從DS5讀取1904字節(jié)數(shù)據(jù)（1字節(jié)器件控制加上4字節(jié)時鐘計數(shù)器），然后寫回數(shù)據(jù)并進行適當?shù)母摹?/p>

圖1.這些DS1904時鐘功能命令取自數(shù)據(jù)資料。

轉(zhuǎn)換時間和日期值

若要將原始秒數(shù)轉(zhuǎn)換為可打印形式，應(yīng)用程序?qū)⒎謩e確定每個日期和時間字段（年、月、日、小時、分鐘和秒）的值，從最大的字段（年）開始向下工作：

秒≥（每年秒數(shù)），從秒數(shù)中減去（每年秒數(shù)）并增加年份。

秒≥（每月秒數(shù)），從秒數(shù)中減去（每月秒數(shù)）并增加月。

秒數(shù)≥（每天秒數(shù)），從秒數(shù)中減去（每天秒數(shù)）并增加“天”。

秒數(shù)≥（每小時秒數(shù)），從秒數(shù)中減去（每小時秒數(shù)）并增加小時數(shù)。

當秒≥ 60 時，從秒中減去 60 并增加分鐘。

秒的剩余值是第二個字段。

即使總線主站為除法提供硬件支持，簡單的除法運算也不足以計算前兩個字段值（年和月）。這是因為每個字段單位的秒數(shù)會因閏年（影響年和月的值）和每月天數(shù)（僅影響月）的影響而變化。例如，從 2000 年（閏年）開始：

2000 年每年的秒數(shù)）= 366（天）× 24（小時/天）× 60（分鐘/小時）× 60（秒/分鐘）= 31，622，400 秒。

標準年份少一天（365 天），這會將秒/年更改為 （31，622，400 - 86，400） = 31，536，000。

因為每四年是閏年，所以我們按如下方式計算年份（請注意，此偽代碼中的第 2、3 和 4 項是相同的）。

如果秒≥（每閏年的秒數(shù)），則從秒中減去（每閏年的秒數(shù)）并遞增年份，否則停止。

如果“秒數(shù)”≥（每年秒數(shù)），請從“秒數(shù)”中減去（每年秒數(shù)）并遞增“年份”，否則停止。

如果“秒數(shù)”≥（每年秒數(shù)），請從“秒數(shù)”中減去（每年秒數(shù)）并遞增“年份”，否則停止。

如果“秒數(shù)”≥（每年秒數(shù)），請從“秒數(shù)”中減去（每年秒數(shù)）并遞增“年份”，否則停止。

返回第 1 行。

“月份”字段的值以類似的方式計算：

如果秒≥（一月為秒），則從秒中減去（一月為秒）并遞增月，否則停止。

如果秒≥（二月為秒），則從秒中減去（二月為秒）并遞增月，否則停止。

如果秒≥（三月為秒），則從秒中減去（三月為秒）并遞增月份，否則停止。

繼續(xù)完成剩余的幾個月。

運行演示

要運行演示，請加載并運行應(yīng)用程序。然后使用DB9串行電纜將MAXQ610評估板從J1 SKT連接到PC上的COM1。啟動 MTK（或其他終端模擬器）并以 1 波特打開 COM38400。初始輸出應(yīng)類似于以下內(nèi)容：

@
ID: 24B91231000000B2  AC  18F83065

+   18F83065   Apr 10 2013, 02:15:01 pm 
+   18F83066   Apr 10 2013, 02:15:02 pm
+   18F83067   Apr 10 2013, 02:15:03 pm
+   18F83068   Apr 10 2013, 02:15:04 pm
+   18F83069   Apr 10 2013, 02:15:05 pm

第二行代碼包含DS1904 ROM ID值（24B91231000000B2）、器件控制字節(jié)（AC）和當前時鐘值（18F83065）。后續(xù)行中的“+”值表示時鐘正在運行。時間值的刷新和顯示頻率與更改頻率一樣高，應(yīng)為每秒一次。按“-”停止時鐘。

審核編輯：郭婷