如何使用RTC实时时钟进行应用场景开发

周立功教授新书《面向AMetal框架与接口的编程（上）》，对AMetal框架进行了详细介绍，通过阅读这本书，你可以学到高度复用的软件设计原则和面向接口编程的开发思想，聚焦自己的“核心域”，改变自己的编程思维，实现企业和个人的共同进步。

第六章为重用外设驱动代码，本文内容包含6.3 RTC 实时时钟中的后两个小节：

6.3.6 RX8025T

6.3.7 DS1302

6.3 RTC 实时时钟

>>> 6.3.6 RX8025T

在MicroPort 系列扩展模块中，除主芯片为PCF85063 的RTC 模块外，还有RX8025T模块和DS1302 模块，它们都是RTC 扩展模块，其主要区别详见表6.14。

表6.14 RTC 芯片对比

表中，“√”表示对应器件支持该功能，“×”表示对应器件不支持该功能。

1． 器件简介

RX8025T 是一款内置高稳定度的32.768KHz 的 DTCXO（数字温度补偿晶体振荡器）的I2C总线接口方式的实时时钟芯片，它提供了时间日期的设置与获取、闹钟中断、时间更新中断、固定周期中断、温度补偿等功能。所有地址和数据通过I2C总线来传输，最大总线速率可达到400kbps。

RX8025T 引脚封装详见图6.6，其中的SCL 和SDA 为I2C接口引脚，VDD 和VSS 分别为电源和地；CLKOUT 为时钟输出引脚，可用于输出时钟信号；T1(CE)、TEST、T2(Vpp)引脚仅供厂家测试使用，NC 为无需连接的引脚，实际使用时，这些引脚直接悬空即可；INT 为中断引脚，主要用于闹钟等功能；CLK_EN 为时钟输出使能引脚， 用于控制CLKOUT 时钟的输出。

图6.6 RX8025T 引脚定义

RX8025T 的7 位I2C从机地址为0x32，模块原理图详见图6.7。若将MicroPort-RX8025T模块通过MicroPort 接口与AM824-Core 相连，则SCL 和SDA 分别与PIO0_16 和PIO0_18连接，INT 引脚与PIO0_1 连接，FOE 与PIO0_10 连接。

图6.7 RX8025T 模块电路

2． 器件初始化

在使用RX8025T 前，必须完成RX8025T 的初始化操作，以获取对应的操作句柄，进而才能使用RX8025T 的各种功能，初始化函数（am_rx8025t.h）的原型为：

该函数意在获取RX8025T 器件的实例句柄，其中，p_dev 为指向am_rx8025t_dev_t 类型实例的指针，p_devinfo 为指向am_rx8025t_devinfo_t 类型的实例信息的指针。

（1）实例

定义am_rx8025t_dev_t 类型（am_rx8025t.h）实例如下：

其中，g_rx8025t_dev 为用户自定义的实例，其地址作为p_dev 的实参传递。

（2）实例信息

实例信息主要描述了具体器件的固有信息，即RX8025T 的CLK_EN、INT 引脚与微处理器引脚的连接信息。其类型am_rx8025t_devinfo_t 的定义（am_rx8025t.h）如下：

当MicroPort-RX8025T 模块通过MicroPort 接口与AM824-Core 相连时， INT和CLK_EN和分别与PIO0_1 和PIO0_10 连接。其实例信息定义如下：

其中，g_rx8025t_devinfo 为用户自定义的实例信息，其地址作为p_devinfo 的实参传递。

（3）I2C句柄i2c_handle

以I2C1 为例，其实例初始化函数am_lpc82x_i2c1_inst_init ()的返回值将作为实参传递给i2c_handle。即：

（4）实例句柄

RX8025T 初始化函数am_rx8025t_init ()的返回值，作为实参传递给其它功能接口函数的第一个参数（handle）。am_rx8025t_handle_t 类型的定义（am_rx8025t.h）如下：

若返回值为NULL，说明初始化失败；若返回值不为NULL，说明返回值handle 有效。

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例、实例信息等的定义存放到对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件的程序范例分别详见程序清单6.39 和程序清单6.40。

程序清单6.71 实例初始化函数实现（am_hwconf_rx8025t.c）

程序清单6.72 实例初始化函数声明（am_hwconf_rx8025t.h）

后续只需要使用无参数的实例初始化函数，即可获取到RX8025T 的实例句柄。即：

3． 使用RTC 功能

使用RTC 功能即使用RTC 通用接口操作RX8025T 进行时间的设置和获取，在使用RTC通用接口前，需要获取一个am_rtc_handle_t 类型的RTC 句柄。RX8025T 的驱动提供了相应的接口用于获取RX8025T 的RTC 句柄，以便用户通过RTC 通用接口操作RX8025T，其函数原型为：

该函数意在获取RTC 句柄，其中，RX8025T 实例的句柄（rx8025t_handle）作为实参传递给handle，p_rtc 为指向am_rtc_serv_t 类型实例的指针，无实例信息。定义am_rtc_serv_t类型（am_rtc.h）实例如下

其中，g_rx8025t_rtc 为用户自定义的实例，其地址作为p_rtc 的实参传递。

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例定义存放到对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件分别详见程序清单6.73 和程序清单6.74。

程序清单6.73 新增RX8025T 的RTC 实例初始化函数（am_hwconf_rx8025t.c）

程序清单6.74 am_hwconf_rx8025t.h 文件内容更新（1）

后续只需要使用无参数的RTC 实例初始化函数，即可获取RTC 实例句柄。即：

获取到handle 后，由于基于RTC 通用接口编写的应用程序是可以跨平台复用的，因此可以直接基于RX8025T 启动如程序清单6.45 所示的RTC 时间显示应用程序，详见程序清单6.75。

程序清单6.75 启动RTC 应用程序（基于RX8025T）

显然，若将RTC 模块由PCF85063 更换为RX8025T，应用程序核心代码无需修改。

4． 使用闹钟功能

使用闹钟功能即使用闹钟通用接口操作RX8025T。在使用闹钟通用接口前，需要获取到一个am_alarm_clk_handle_t 类型的闹钟句柄。RX8025T 的驱动提供了相应的接口用于获取RX8025T 的闹钟句柄，便于用户通过闹钟通用接口操作RX8025T，其函数原型为：

该函数意在获取闹钟句柄，其中，RX8025T 实例的句柄（rx8025t_handle）作为实参传递给handle，p_alarm_clk 为指向am_alarm_clk_serv_t 类型实例的指针，无实例信息。定义am_alarm_clk_serv_t 类型（am_alarm_clk.h）实例如下：

其中，g_rx8025t_alarm_clk 为用户自定义的实例，其地址作为p_alarm_clk 的实参传递。

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例定义存放到对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件分别详见程序清单6.76 和程序清单6.77。

程序清单6.76 新增RX8025T 的闹钟实例初始化函数（am_hwconf_rx8025t.c）

程序清单6.77 am_hwconf_rx8025t.h 文件内容更新（2）

后续只需要使用无参数的闹钟实例初始化函数，即可获取闹钟实例句柄。即：

获取到handle 后，由于基于闹钟通用接口编写的应用程序是可以跨平台复用的，因此可以直接基于RX8025T 启动如程序清单6.54 所示的闹钟测试应用程序，详见程序清单6.78。

程序清单6.78 启动闹钟测试应用程序（基于RX8025T）

显然，若将RTC 模块由PCF85063 更换为RX8025T，闹钟应用程序核心代码无需修改。

5． 为系统时间提供RTC 服务

若需要使用RX8025T 为系统时间提供RTC 服务，只需要在初始化系统时间时，将从RX8025T 中获取的RTC 句柄作为系统时间初始化函数的rtc_handle 参数。即：

为方便使用，将初始化函数的调用添加到配置文件中，通过头文件引出系统时间的实例初始化函数接口，详见程序清单6.79 和程序清单6.80。

程序清单6.79 RX8025T 用作系统时间的实例初始化（am_hwconf_rx8025t.c）

程序清单6.80 am_hwconf_rx8025t.h 文件内容更新（3）

后续只需要简单的调用该无参函数，即可完成系统时间的初始化。即：

系统时间初始化后，由于基于系统时间通用接口编写的应用程序是可以跨平台复用的，因此可以直接基于RX8025T 启动如程序清单6.65 所示的系统时间测试应用程序，详见程序清单6.81。

程序清单6.81 启动系统时间测试应用程序（基于RX8025T）

显然，若将RTC 模块由PCF85063 更换为RX8025T，使用系统时间的应用程序无需修改。

6． 特殊功能控制接口

对于RX8025T，除典型的时钟和闹钟功能外，还具有一些特殊功能，比如，定时器、时钟输出、1 字节RAM 等。这些功能由于不是通用功能，只能使用RX8025T 相应的接口进行操作。以读写1 字节RAM 为例，其相应的接口函数详见表6.15。

表6.15 读写RAM 接口函数（am_rx8025t.h）

（1）写入RAM

该函数用于写入1 字节数据到RX8025T 的RAM 中，其函数原型为：

其中，handle 为RX8025T 实例句柄，data 为写入的单字节数据。若返回AM_OK，表示数据写入成功，反之失败，写入0x55 至RAM 中的范例程序详见程序清单6.82。

程序清单6.82 写入RAM 范例程序

（2）读取RAM

该函数用于读取存于RX8025T 的单字节RAM 中的数据，其函数原型为：

其中，handle 为RX8025T 实例句柄，p_data 为输出参数，用于返回读取的单字节数据。

返回AM_OK，表示读取成功，反之失败，范例程序详见程序清单6.83。

程序清单6.83 读取RAM 范例程序

可以使用读写RAM 接口简单验证RX8025T 是否正常，详见程序清单6.84。

程序清单6.84 读写RAM 数据范例程序

若读写数据出错，则点亮LED0。由此可见，虽然该程序的逻辑与程序清单6.70 所示的应用程序基本一致，但由于使用的接口是特殊功能控制接口，与具体芯片相关，因此并不能直接像RTC 应用程序和闹钟应用程序那样直接跨平台复用。

>>> 6.3.7 DS1302

1． 器件简介

DS1302 是一款涓流充电计时芯片，它包含一个实时时钟和31 字节的静态 RAM，能够提供年、月、日、时、分、秒等信息，具有闰年校正功能。

DS1302 被设计工作在非常低的电能下,在低于1μW 时还能保持数据和时钟信息。除了基本计时功能以外，DS1302 还具有其它一些特点，比如，双管脚主电源和备用电源，可编程涓流充电器VCC1。

DS1302 通过简单的串行接口与微处理器通讯，使用同步串行通讯简化了 DS1302 与微处理器的接口，通讯只需要三根线：CE、I/O（数据线）、SCLK（串行时钟）。DS1302 的引脚封装图详见图6.8。

图6.8 DS1302 引脚定义

其中，X1 和X2 为外接晶振的引脚，需要连接标准的32.768kHz 的石英晶体。SCLK、CE、I/O 为与微处理器的串行通信引脚。GND 为电源地，VCC1 和VCC2为电源引脚，这也是DS1302 具有特色的地方，即：双管脚主电源和备用电源，在双管脚中，VCC2 是主电源，VCC1 是备用电源，一般接充电电池。DS1302 是由VCC1 或VCC2 两者中的较大者供电。当VCC2 大于VCC1+0.2V，VCC2 给芯片供电。当VCC2 小于VCC1 时，芯片由VCC1 供电。当芯片由VCC2 供电时，VCC1 不供电，同时，还可以通过可编程涓流充电器，使VCC2 向VCC1 流入很小的电流，以便为连接到VCC1 的电池充电。当然，VCC1可以不接可充电电池，此时，只需要通过控制可编程涓流充电器，使VCC2 不向VCC1 流入电流即可。

DS1032 模块的原理图详见图6.9，若将MicroPort-DS1302 模块通过MicroPort 接口AM824-Core 相连，则SCLK、I/O 和CE 分别与PIO0_15、PIO0_13 和PIO0_14 连接。

图6.9 DS1302 模块电路

2． 器件初始化

在使用DS1302 前，必须完成DS1302 的初始化操作，以获取对应的操作句柄，进而才能使用DS1302 的各种功能，初始化函数的原型（am_ds1302.h）为：

该函数意在获取DS1302 器件的实例句柄，其中，p_dev 为指向am_ds1302_gpio_dev_t类型实例的指针，p_devinfo 为指向am_ds1302_gpio_devinfo_t 类型的实例信息的指针。

（1）实例

定义am_ds1302_gpio_dev_t 类型（am_ds1302.h）实例如下：

其中，g_ds1302_gpio_dev 为用户自定义的实例，其地址作为p_dev 的实参传递。

（2）实例信息

实例信息主要描述了具体器件的固有信息，即DS1302 的SCLK、I/O、CE 引脚与微处理器引脚的连接信息。其类型am_ds1302_gpio_devinfo_t 的定义（am_ds1302.h）如下：

当MicroPort-DS1302 模块通过MicroPort 接口与AM824-Core 相连时， SCLK、I/O 和CE 分别与PIO0_15、PIO0_13 和PIO0_14 连接。其实例信息定义如下：

其中，g_ds1302_gpio_devinfo 为用户自定义的实例信息，其地址作为p_devinfo 的实参传递。

（3）实例句柄

DS1302 的初始化函数am_ds1302_gpio_init()的返回值，作为实参传递给其它功能接口函数的第一个参数（handle）。am_ds1302_handle_t 类型的定义（am_ds1302.h）如下：

若返回值为NULL，说明初始化失败；若返回值不为NULL，说明返回值handle 有效。

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例、实例信息等的定义存放到对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件的程序范例分别详见程序清单6.85 和程序清单6.86。

程序清单6.85 实例初始化函数实现（am_hwconf_ds1302.c）

程序清单6.86 实例初始化函数声明（am_hwconf_ds1302.h）

后续只需要使用无参数的实例初始化函数，即可获取到DS1302 的实例句柄。即：

3． 使用RTC 功能

使用RTC 功能即可使用RTC 通用接口操作DS1302 设置和获取时间，在使用RTC 通用接口前，需要获取一个am_rtc_handle_t 类型的RTC 句柄。DS1302 的驱动提供了相应的接口用于获取DS1302 的RTC 句柄，便于用户通过RTC 通用接口操作DS1302，其函数原型为：

该函数意在获取RTC 句柄，其中，DS1302 实例的句柄（ds1302_handle）作为实参传递给handle，p_rtc 为指向am_rtc_serv_t 类型实例的指针，无实例信息。定义am_rtc_serv_t 类型（am_rtc.h）实例如下：

其中，g_ds1302_rtc 为用户自定义的实例，其地址作为p_rtc 的实参传递。

基于模块化编程思想，将初始化相关的实例定义存放到对应的配置文件中，通过头文件引出实例初始化函数接口，源文件和头文件分别详见程序清单6.87 和程序清单6.88。

程序清单6.87 新增DS1302 的RTC 实例初始化函数（am_hwconf_ds1302.c）

程序清单6.88 am_hwconf_ds1302.h 文件内容更新（1）

后续只需要使用无参数的RTC 实例初始化函数，即可获取RTC 实例句柄。即：

获取handle 后，由于基于RTC 通用接口编写的应用程序是可以跨平台复用的，因此可以直接基于DS1302 启动如程序清单6.45 所示的RTC 时间显示应用程序。

程序清单6.89 启动RTC 应用程序（基于DS1302）

由此可见，若将RTC 模块由PCF85063 更换为DS1302，则应用程序核心代码无需修改。

4． 为系统时间提供RTC 服务

由于DS1302 不支持闹钟功能，因此不能使用通用闹钟接口操作DS1302。若需要使用DS1302 为系统时间提供RTC 服务，只需要在初始化系统时间时，将从 DS1302 中获取的RTC 句柄作为系统时间初始化函数的rtc_handle 参数。即：

为方便使用特将初始化函数的调用添加到配置文件中，通过头文件引出系统时间的实例初始化函数接口，详见程序清单6.90 和程序清单6.91。

程序清单6.90 DS1302 用作系统时间的实例初始化（am_hwconf_ds1302.c）

程序清单6.91 am_hwconf_ds1302.h 文件内容更新（2）

后续只需要简单的调用该无参函数，即可完成系统时间的初始化。即：

系统时间初始化后，由于基于系统时间通用接口编写的应用程序是可重用的，因此可以直接基于DS1302 启动如程序清单6.65 所示的系统时间测试应用程序，详见程序清单6.92。

程序清单6.92 启动系统时间测试应用程序（基于DS1302）

显然，若将RTC 模块由PCF85063 更换为DS1302，使用系统时间的应用程序无需修改。

5． 特殊功能控制接口

除典型的实时时钟功能外，DS1302 还具有一些特殊功能，比如，涓流充电功能、31 字节RAM 等。这些功能由于不是通用功能，只能使用DS1302 相应的接口操作。以读写RAM和涓流充电功能为例，其相应的接口函数详见表6.16。

表6.16 DS1302 特殊功能控制接口（am_ds1302.h）

（1）写入RAM

该函数用于写入数据到DS1302 的RAM 中（最多可写入31 字节数据），其函数原型为：

其中，handle 为DS1302 实例句柄，p_data 指向待写入数据的首地址，data_len 指定写入数据的字节数，最大为31 字节，pos 指定了写入RAM 的起始地址，DS1302 的RAM 空间大小为31 字节，对应的地址为0 ~ 30，pos 的有效范围即为0 ~ 30。若返回AM_OK，表示数据写入成功，反之失败，写入31 字节数据至RAM 中的范例程序详见程序清单6.93。

程序清单6.93 写入RAM 范例程序

（2）读取RAM

该函数用于读取存于DS1302 的 RAM 中的数据，其函数原型为：

其中，handle 为DS1302 实例句柄，p_data 为输出参数，用于返回读取的数据，data_len表示读取数据的字节数，pos 表示读取数据的起始地址（0 ~ 30）。若返回AM_OK，表示读取成功，反之失败，范例程序详见程序清单6.94。

程序清单6.94 读取RAM 范例程序

可以使用读写RAM 接口简单验证DS1302 是否正常，详见程序清单6.95。

程序清单6.95 读写RAM 数据范例程序

（3）使能涓流充电

DS1302 具有双电源供电，当芯片由VCC2 供电时，可以通过可编程涓流充电器，使VCC2向VCC1 流入很小的电流，以便为连接到VCC1 的电池充电。使能涓流充电的函数原型为：

其中，handle 为DS1302 实例句柄，set_val 为可编程涓流充电器的控制参数，可以控制充电的电流。充电电路的示意图详见图6.10。

图6.10 DS1302 充电电路示意图

当总开关打开后，充电电流的大小是由选择的二极管个数（1 个或2 个）和电阻阻值（2KΩ、4KΩ 或8KΩ）决定的。二极管的个数决定了电压的压降，电流的计算公式为：

set_val 可用的值已经使用宏进行了定义，详见表6.17实际使用时，应该根据需要的电流大小选择其中一个宏作为set_val 的值。

表6.17 充电电路设置标志

比如，若选择1 个二极管、2K电阻，则应该将set_val 的值设置为：

AM_DS1302_TRICKLE_1D_2K

由于在MicroPort-DS1302 中，VCC2 的值为3.3V，因此此时的实际电流计算公式为：

当VCC1 为0 时（电池电量完全耗尽）时，则电流达到最大值，其值为：

这就要求电池支持的最大充电电流为1.3mA。实际中，随着对电池的充电，电池电量增加，VCC1 会逐渐增加，充电电流也随之逐渐减小。范例程序详见程序清单6.96。

程序清单6.96 使能涓流充电范例程序

（3）禁能涓流充电

当不需要充电时，如使用的非充电电池，可以使用该接口禁能涓流充电，其函数原型为：

其中，handle 为DS1302 实例句柄，范例程序详见程序清单6.97。

程序清单6.97 禁能涓流充电范例程序