Hodiny RTC s kalendárom pomocou PCF8583

Autori:	Győző Katona, Robert Nehánszki
Študijný odbor:	Aplikovaná mechatronika	2. Ing. (2014/2015)

Zadanie

• Popíšte ako funguje samotný senzor, ako sa pripojí k mikropočítaču.
• Zobrazte na LCD displeji a cez terminál reálny čas, deň a rok z obvodu PCF8583.
• Vyriešte naprogramovanie alarmu (denný, dňový alebo mesačný), alarmový stav zobrazte napríklad pomocou LED diódy.

Literatúra:

• Zoznam použitej literatúry, vrátane katalógových údajov (datasheet), internetových odkazov a pod.:

Odkazy produktu:

• Product page
• Programming the i2c interface

Ďalšie užitočné odkazy:

• Datasheet
• Stránka vývojovej dosky Acrob
• Použitý LCD display

Analýza

Ako už bolo spomenuté, našou úlohou je vytvoriť hodiny reálneho času pomocou čipu PCF 8583. PCF 8583 je hodinovo-kalendárový čip. Adresy a dáta sú prenášané sériovo po zbernici i2c. Adresa zabudovaných registrov je inkrementovaná automaticky po každom zápise alebo čítaní jedného bajtu. Adresný pin A0 slúži na naprogramovanie adresy čipu, a dovoľuje nám zapojiť dva rovnaké čipy na tú istú zbernicu bez pridania ďalšieho hardware-u. Ako mikroprocesor sme použili Atmegu 328P, ktorá je nasadená na vývojovej doske Acrob.

Kľúčové vlastnosti čipu PCF8583:

• napájacie napätie i2c zbernice 2,5 V až 6 V
• 240 x 8 bitová nízko-napäťová pamäť
• operačný prúd (pri f(scl)=0 Hz) maximálne 50 uA
• funkcia hodín so štvorročným kalendárom
• časovač s alarmom, indikácia pretečenia
• 12 alebo 24 hodinový formát času
• potreba 32,768 kHz kryštálu
• dvojvodičová zbernica i2c
• automatická inkrementácia adresy po zápise/čítaní
• programovateľný alarm, časovač a prerušovacie funkcie
• adresa slave-u A1h alebo A3h pre čítanie, A0h alebo A2h pre zápis (podľa stavu pinu A0)+

Rozloženie pinov

Popis pinov PCF 8583

PIN	Skratka-označenie	Krátky popis	I/O
1	OSCI	Vstupný pin pre kryštál	Vstup
2	OSCO	Výstupný pin oscilátora	Výstup
3	A0	Pin pre voľbu adresy	Vstup
4	Vss	Napájacie napätie	Napájanie
5	SDA	Linka serial data	Vstup/výstup
6	SCL	Linka serial clock	Vstup
7	INT	Open-drain výstup prerušenia (aktívne LOW)	Výstup
8	Vdd	Napájacie napätie	Napájanie

Zbernica i2c

I2c zbernica je skratka ktorá vznikla z názvu IIC zbernica, teda Internal-Integrated-Circuit Bus. Z názvu je hneď jasné, že sa jedná o internú dátovú zbernicu, ktorá slúži na komunikáciu a prenos dát medzi jednotlivými integrovanými obvodmi, väčšinou v rámci jedného zariadenia. Túto zbernicu vyvinula spoločnosť Philips približne pred 30 rokmi a od tej doby prešla niekoľkými vylepšeniami. V dnešnej dobe tento spôsob komunikácie podporuje celá rada integrovaných obvodov nielen firmy Philips. V prvom rade sa jedná o mikropočítače, sériové pamäte, inteligentné LCD obrazovky, a/d a d/a prevodníky, atď. Hlavnou výhodou je, že obojstranná komunikácia prebieha len po dvoch vodičoch SDA data a SCL hodiny, a tým pádom sa zjednoduší výsledné zapojenie celého obvodu. Na jednu zbernicu môžeme pripojiť viac integrovaných obvodov.

Spôsob adresovania:

• 7 bitové adresovanie - 128 čipov na tej istej zbernici
• 10 bitové adresovanie - 1024 čipov na tej istej zbernici
• na pevno (určené výrobcom čipu)

Prenosová rýchlosť je pre väčšinu aplikácií dostatočná už v základnej verzií, avšak zbernica prešla určitými vylepšeniami a tým pádom máme dnes rôzne prenosové rýchlosti. Rýchlosť prenosu však musí byť prispôsobená najpomalšiemu čipu na zbernici. Oba vodiče (SDA a SCL) musia byť v logickej jednotke, a to je zaistené pomocou pull-up odporov. čím je vyššia komunikačná rýchlosť, tým musia byť pull-up odpory menšie. Pre základnú rýchlosť 100 kHz postačujú odpory 4k7.

Rýchlosť zbernice i2c:

• základná - 100 kHz
• vylepšená - 400 kHz
• najrýchlejšia - až 1 MHz

Príklad zapojenia viacerých čipov na rovnakú zbernicu:

Princíp prenosu prostredníctvom i2c

Mikroprocesor sa považuje za MASTER a všetky ostatné obvody sú SLAVE. MASTER pri akomkoľvek prenosu generuje hodinový signál na vodiči SCL. Keď jeden čip vysiela, prijímajú všetky ostatné čipy na zbernici ale údaje spracuje len čip, ktorému boli dáta určené. Čip, ktorý chce dáta vyslať alebo prijať musí vždy najprv zadefinovať adresu čipu s ktorým chce nadviazať komunikáciu, a musí tiež určiť, či chce vysielať alebo čítať. To určuje bit R/W, ktorý je súčasťou adresy.

Prenos prebieha kombináciou nasledujúcich celkov:

• stav kludu - Tento stav je zaistený logickými jednotkami na oboch vodičoch, tj. MASTER negeneruje žiadny hodinový signál a neprebieha žiadny prenos. Logické jednotky sú zabezpečené pomocou pull-up odporov. Pull-up odpor je odpor medzi vodičom a napájacím napätím.
• start bit - Zahajuje prenos, alebo jeho ďalšiu časť. Je vygenerovaný tak, že sa zmení úroveň SDA z 1 na 0, zatiaľčo SCL = 1
• stop bit - Ukončuje prenos. Je generovaný podobne ako start bit. Úroveň SDA sa zmení z 0 na 1, zatiaľčo SCL = 1
• prenos dát - Všetky dáta sú prenášané po 1 bajt, teda 8 po sebe idúcich bitov od najvyššieho po najnižší. Pri prenose dát sa môže logická úroveň na SDA meniť len keď SCL = 0.
• ACK - tento bit slúži k potvrdeniu správneho prijatia dát. Odosiela sa rovnakým spôsobom, ako keby sa odosielal deviaty bit dát, ale s tým rozdielom, že ho generuje čip ktorý prijímal dáta a nie ten ktorý ho odosielal. Pokial prenos prebehol v poriadku, tak odošle logickú 0. Pokiaľ prenos zlyhal odošle sa logická 1. Pokiaľ má dojsť k ukončeniu prenosu, tak sa neodošle ACK.

Popis riešenia

Použitý RTC čip je štandartne pripojený k mikroprocesoru Atmega 328P pomocou dvoch vodičov SDA a SCL. V našom prípade však využívame aj dodatočné funkcie čipu PCF8583, a práve preto pripájame k mikroprocesoru aj tretí vodič. Spomenutou funkciou je zabudovaný alarm, ktorý v určitých časových intervaloch (aké si nastaví užívateľ), spustí alarmový stav, tj. niečo sa udeje, napríklad sa spustí siréna, spustí sa určité svetelné výstražné značenie alebo zapne sa motor, atď. Všetky tri vodiče musia byť pripojené na napájacie napätie (+5 V) pomocou pull-up odporov. Tie nám zabezpečia, že v kľudovom stave bude na všetkých troch zapojených pinoch logický stav 1. Taktiež sme využili 20 pinový konektor X1 vývojovej dosky Acrob na pripojenie LCD displeja.

Schéma zapojenia snímača PCF8583 k vývojovej doske Acrob

Algoritmus a program

Algoritmus je napísaný v programovacom prostredí AVR studio 4. Jednotlivé časti kódu budú vysvetlené nižšie. Pre jednoduchšie pochopenie programu nám poslúži vývojový diagram, v ktorom sú veľmi stručne opísané jednotlivé deje, ktoré sa udejú pri chodu programu.

Vývojový diagram

/* A nezabudnite zdroják hojne komentovať  */

int main(void) {
    
    printf("Hello, World!\n");  
    return(0);  
}

Nezabudnite však nahrať aj kompletné zdrojové kódy vášho programu!

Zdrojový kód: serial.h a main.c

program.c

Overenie

Nezabudnite napísať čosi ako užívateľský návod. Z neho by malo byť jasné čo program robí, ako sa prejavuje a aké má užívateľské rozhranie (čo treba stlačiť, čo sa kde zobrazuje). Ak ste namerali nejaké signály, sem s nimi. Ak je výsledkom nejaký údaj na displeji, odfotografujte ho.

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.