DS3231时钟模块

DS3231M是低成本、高精度I2C实时时钟(RTC)。该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确计时。集成微机电系统(MEMS)提高了器件的长期精确度，并减少了生产线的元件数量。DS3231M采用与流行的DS3231 RTC相同的器件封装。RTC保存秒、分、时、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份，将自动调整月末的日期，包括闰年修正。时钟格式可以是24小时或带AM/PM指示的12小时格式。提供两个可设置的日历闹钟和一个1Hz输出。地址与数据通过I 2C双向总线串行传输。精密的、经过温度补偿的电压基准和比较器电路用来监视VCC状态，检测电源故障，提供复位输出，并在必要时自动切换到备份电源。另外，RST监测引脚可以作为产生微处理器复位的按键输入。

模块来源

采购链接：
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.3-c-s.w4002-24706531953.10.62a36a4bHYzQJk&id=522553195737

资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/1HjUmpkC0kCk7tNnVgYd9Zg
提取码：dmlk

规格参数

工作电压：2.3-5.5V
工作电流：200-300uA
计时精度：±0.432秒/天
控制方式：IIC
实际使用管脚数量：4 Pin（2.54mm间距排针）
说明：带电池，具有掉电检测和电池切换功能

移植过程

我们的目标是在立创开发板GD32E230C8T6上能够实现设置时间与读取时间的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。

查看资料

相关读写步骤说明

我们主要实现的是时间的读取和时间的设置。关于IIC原理，这里不再进行说明，请自行查阅。

读时序： 发送IIC起始信号->发送器件地址+0->等待模块应答->应答后发送寄存器地址->等待模块应答->应答后重新发送起始信号->发送器件地址+1->等待模块应答->读取数据->读取完毕主机发送非应答信号->发送IIC停止信号。

unsigned char Read_DS3231(unsigned char addr)
{
   int i =0;
  unsigned char temp;
  unsigned char dat;
  IIC_Start();//发送起始
  IIC_Write(0xD0);//发送器件地址0xD0
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return 255;//等待应答
  IIC_Write(addr);//发送寄存器地址
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return 255;  //等待应答
    do
    {
    //超时判断
    i++;
    if( i > 20 ) return 255;
    delay_1ms(1);

    IIC_Start();//重新发送起始信号
    IIC_Write(0xD1);//读

    }while(IIC_Wait_Ack() == 1);        //读取到温湿度数据则结束读命令

  dat=IIC_Read(); //读
  IIC_Send_Ack(1);//非应答
  IIC_Stop();//发送停止信号

  /* BCD码转19进制 */
  temp=dat/16;
  dat=dat%16;
  dat=dat+temp*10;

  return(dat);
}

写时序：发送IIC起始信号->发送器件地址+0->等待模块应答->应答后发送寄存器地址->等待模块应答->应答后发送数据->发送完毕等待模块应答->发送IIC停止信号。

//add写入寄存器地址    dat写入数据
uint8_t Write1307(uint8_t add,uint8_t dat)
{
  unsigned char temp;
  /* 10进制转BCD码 */
  temp=dat/10;
  temp<<=4;
  temp=dat%10+temp;
  IIC_Start();//发送起始
  IIC_Write(0xD0); //发送器件地址0xD0
  //如果未应答
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return 1;
  IIC_Write(add); //发送寄存器地址
  //如果未应答
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )  return 2;
  IIC_Write(temp); //发送数据
  IIC_Wait_Ack();//等待应答
  IIC_Stop();  //发送停止信号
  return (0);
}

相关寄存器说明

通过读取适当的寄存器字节来获得时间和日历信息。下图显示了RTC寄存器。时间和日历通过写入适当的寄存器字节来设置或初始化。时间寄存器和日历寄存器的内容采用BCD格式。与星期几对应的值是用户自定义的，但必须是连续的(例如，如果1等于星期日，那么2等于星期一，等等)。不合逻辑的时间和日期条目将导致未定义的操作。除非另有说明，初次上电时的寄存器状态未做定义。

地址00到06分别为秒寄存器、分寄存器、时寄存器、周寄存器、日期寄存器、月寄存器、年寄存器。再往下是设置闹钟的寄存器，但是模块上并没有引出闹钟信号的中断引脚，故这里不进行说明。

示例：例如设置时间为 2023-4-7 - 星期5 -13:57:00

Write1307(0x00,0);    //设置秒
Write1307(0x01,57);   //设置分
Write1307(0x02,13);   //设置时
Write1307(0x03,5);    //设置周
Write1307(0x04,7);    //设置日
Write1307(0x05,4);    //设置月
Write1307(0x06,23);   //设置年

引脚选择

移植至工程

移植步骤中的导入.c和.h文件与上一节相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_ds3231.c与bsp_ds3231.h。移植完成后面修改相关代码。

详细可见【TTP224触摸传感器】中的移植至工程目录（点我查看）。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。

工程参考入门手册工程模板

在文件bsp_ds3231.c中，编写如下代码。

 /******************************************************************************
   * 测试硬件：立创开发板·GD32E230C8T6    使用主频72Mhz    晶振8Mhz
   * 版 本 号: V1.0
   * 修改作者: www.lckfb.com
   * 修改日期: 2023年11月02日
   * 功能介绍:
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  ******************************************************************************/

#include "bsp_ds3231.h"
#include "systick.h"
#include "stdio.h"

//时间数据结构体
_time_struct_ RTC_Time;

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：DS3231_GPIO_Init
 * 函 数 说 明：对IIC引脚初始化
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：必须开漏输出，因DS1307是5V，而GD32是3.3V
******************************************************************/
void DS3231_GPIO_Init(void)
{
        //打开SDA与SCL的引脚时钟
        rcu_periph_clock_enable(RCU_SCL);
        rcu_periph_clock_enable(RCU_SDA);

        //设置SCL引脚模式为上拉输出
        gpio_mode_set(PORT_SCL, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SCL);
        //设置引脚为开漏模式，翻转速度2MHz
        gpio_output_options_set(PORT_SCL, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_SCL);
        //设置引脚输出高电平SCL等待信号
        gpio_bit_write(PORT_SCL, GPIO_SCL, SET);

        //设置SDA引脚
        gpio_mode_set(PORT_SDA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SDA);
        gpio_output_options_set(PORT_SDA, GPIO_OTYPE_OD, GPIO_OSPEED_2MHZ, GPIO_SDA);
        gpio_bit_write(PORT_SDA, GPIO_SDA, SET);
}



//
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Start
 * 函 数 说 明：IIC起始信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Start(void)
{
        SDA_OUT();

        SDA(1);
        delay_1us(5);
        SCL(1);
        delay_1us(5);

        SDA(0);
        delay_1us(5);
        SCL(0);
        delay_1us(5);

}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Stop
 * 函 数 说 明：IIC停止信号
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Stop(void)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);

        SCL(1);
        delay_1us(5);
        SDA(1);
        delay_1us(5);

}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Send_Ack
 * 函 数 说 明：主机发送应答
 * 函 数 形 参：0应答  1非应答
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Send_Ack(unsigned char ack)
{
        SDA_OUT();
        SCL(0);
        SDA(0);
        delay_1us(5);
        if(!ack) SDA(0);
        else         SDA(1);
        SCL(1);
        delay_1us(5);
        SCL(0);
        SDA(1);
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Wait_Ack
 * 函 数 说 明：等待从机应答
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：1=无应答   0=有应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/

unsigned char IIC_Wait_Ack(void)
{

        char ack = 0;
        unsigned char ack_flag = 10;
        SDA_IN();
    SDA(1);
        delay_1us(5);
        SCL(1);
        delay_1us(5);
        while( (GETSDA()==1) && ( ack_flag ) )
        {
                ack_flag--;
                delay_1us(5);
        }

        if( ack_flag <= 0 )
        {
                IIC_Stop();
                return 1;
        }
        else
        {
                SCL(0);
                SDA_OUT();
        }
        return ack;
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Write
 * 函 数 说 明：IIC写一个字节
 * 函 数 形 参：dat写入的数据
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void IIC_Write(unsigned char dat)
{
        int i = 0;
        SDA_OUT();
        SCL(0);//拉低时钟开始数据传输

        for( i = 0; i < 8; i++ )
        {
                        SDA( (dat & 0x80) >> 7 );
                        delay_1us(2);
                        dat<<=1;
                        delay_1us(6);
                        SCL(1);
                        delay_1us(4);
                        SCL(0);
                        delay_1us(4);

        }
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：IIC_Read
 * 函 数 说 明：IIC读1个字节
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：读出的1个字节数据
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char IIC_Read(void)
{
        unsigned char i,receive=0;
    SDA_IN();//SDA设置为输入
    for(i=0;i<8;i++ )
        {
        SCL(0);
        delay_1us(5);
        SCL(1);
        delay_1us(5);
        receive<<=1;
        if( GETSDA() )
        {
            receive|=1;
        }
        delay_1us(5);
    }
  return receive;
}



/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Write_DS3231
 * 函 数 说 明：向DS3231的addr地址写入dat数据
 * 函 数 形 参：addr写入寄存器地址    dat写入数据
 * 函 数 返 回：0写入成功    1写入器件地址无应答      2写入寄存器地址无应答
 * 作       者：LC
 * 备       注：器件地址=0xD0
******************************************************************/
unsigned char Write_DS3231(unsigned char addr,unsigned char dat)
{
  unsigned char temp;

  /* 10进制转BCD码 */
  temp=dat/10;
  temp<<=4;
  temp=dat%10+temp;

  IIC_Start();
  IIC_Write(0xD0);
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
  {
       return 1;
  }
  IIC_Write(addr);
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 )
  {
      return 2;
  }
  IIC_Write(temp);
  IIC_Wait_Ack();//必须加，必须严格按照时序
  IIC_Stop();
  return (0);
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Read_DS3231
 * 函 数 说 明：读取DS3231的时间数据
 * 函 数 形 参：addr读取的寄存器地址
 * 函 数 返 回：255-读取失败  其他-读取成功
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
unsigned char Read_DS3231(unsigned char addr)
{
   int i =0;
  unsigned char temp;
  unsigned char dat;
  IIC_Start();
  IIC_Write(0xD0);
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return 255;
  IIC_Write(addr);
  if( IIC_Wait_Ack() == 1 ) return 255;
    do
    {
    //超时判断
    i++;
    if( i > 20 ) return 255;
    delay_1ms(1);

    IIC_Start();
    IIC_Write(0xD1);//读

    }while(IIC_Wait_Ack() == 1);        //读取到温湿度数据则结束读命令

  dat=IIC_Read();
  IIC_Send_Ack(1);//非应答
  IIC_Stop();

  /* BCD码转19进制 */
  temp=dat/16;
  dat=dat%16;
  dat=dat+temp*10;

  return(dat);
}


/******************************************************************
 * 函 数 名 称：get_RTC_time
 * 函 数 说 明：获取DS3231的时间
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
void Get_RTC_Time(void)
{
    RTC_Time.sec     = Read_DS3231(0x00);
    RTC_Time.min     = Read_DS3231(0x01);
    RTC_Time.hour    = Read_DS3231(0x02);
    RTC_Time.week    = Read_DS3231(0x03);
    RTC_Time.date    = Read_DS3231(0x04);
    RTC_Time.month   = Read_DS3231(0x05);
    RTC_Time.year    = Read_DS3231(0x06);
}
/******************************************************************
 * 函 数 名 称：set_RTC_time
 * 函 数 说 明：设置RTC时间
 * 函 数 形 参：year=年份      范围00-99(年数后两位)
 *              month=月份     范围01-12
 *              date=日期      范围01-31
 *              week=星期      范围01-07
 *              hour=小时      范围01-12 or 00-23
 *              min =分钟      范围00-59
 *              sec =秒数      范围00-59
 * 函 数 返 回：
 * 作       者：LC
 * 备       注：例如设置时间  2023-4-7 - 星期5 -13:57:00
 *              Set_RTC_Time(23, 4, 7, 5, 13, 57, 0);
******************************************************************/
void Set_RTC_Time(uint8_t year,uint8_t month,uint8_t date,uint8_t week,uint8_t hour,uint8_t min,uint8_t sec)
{
    Write_DS3231(0x00,sec);    //设置秒
    Write_DS3231(0x01,min);    //设置分
    Write_DS3231(0x02,hour);   //设置时
    Write_DS3231(0x03,week);   //设置周
    Write_DS3231(0x04,date);   //设置日
    Write_DS3231(0x05,month);  //设置月
    Write_DS3231(0x06,year);   //设置年
}

在文件bsp_ds3231.h中，编写如下代码。

 /******************************************************************************
   * 测试硬件：立创开发板·GD32E230C8T6    使用主频72Mhz    晶振8Mhz
   * 版 本 号: V1.0
   * 修改作者: www.lckfb.com
   * 修改日期: 2023年11月02日
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#ifndef _BSP_DS3231_H_
#define _BSP_DS3231_H_

#include "gd32e23x.h"


#define RCU_SCL  RCU_GPIOA
#define PORT_SCL GPIOA
#define GPIO_SCL GPIO_PIN_1

#define RCU_SDA  RCU_GPIOA
#define PORT_SDA GPIOA
#define GPIO_SDA GPIO_PIN_2


#define SDA_IN()  {gpio_mode_set(PORT_SDA, GPIO_MODE_INPUT,  GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SDA);}        //SDA输入模式
#define SDA_OUT() {gpio_mode_set(PORT_SDA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_SDA);}  //SDA输出模式

#define SCL(BIT)  gpio_bit_write( PORT_SCL, GPIO_SCL, BIT?SET:RESET)
#define SDA(BIT)  gpio_bit_write( PORT_SDA, GPIO_SDA, BIT?SET:RESET)
#define GETSDA()  gpio_input_bit_get( PORT_SDA, GPIO_SDA)


typedef struct _RTC_TIME_STRUCT_ {
    unsigned char sec;
    unsigned char min;
    unsigned char hour;
    unsigned char week;
    unsigned char date;
    unsigned char month;
    unsigned char year;
}_time_struct_;

extern _time_struct_ RTC_Time;




void DS3231_GPIO_Init(void);//引脚初始化
void Set_RTC_Time(uint8_t year,uint8_t month,uint8_t date,uint8_t week,uint8_t hour,uint8_t min,uint8_t sec);
void Get_RTC_Time(void);
#endif

移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

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#include "gd32e23x.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_ds3231.h"
int main(void)
{
    systick_config();                //滴答定时器初始化 1ms
    usart_gpio_config(115200U);
    DS3231_GPIO_Init();
    printf("demo start \r\n");
    Set_RTC_Time(23, 11, 14, 2, 17, 2, 0);  //第一次上电设置时间
    while(1)
    {
        Get_RTC_Time();
        printf("%d-%d-%d-星期%d\r\n", RTC_Time.year,RTC_Time.month,RTC_Time.date,RTC_Time.week);
        printf("%d:%d:%d\r\n",RTC_Time.hour,RTC_Time.min,RTC_Time.sec);
        delay_1ms(1000);
    }
}

移植现象：串口输出年月日周时分秒的时间。

文件下载

📌 资料下载中心（点击跳转）

📌 在 资料下载中心->【模块移植手册资料下载】 里面的本章节压缩包中。