1.Giới thiệu chuẩn giao tiếp I2C
1.1.I2C là gì?
I2C viết tắt của Inter- Integrated Circuit là một phương thức giao tiếp được phát triển bởi hãng Philips Semiconductors. Dùng để truyền tín hiệu giữa vi xử lý và các IC trên các bus nối tiếp.
Bus I2C sử dụng 2 dây tín hiệu là SDA (Serial Data Line) và SCL (Serial Clock Line). Dữ liệu truyền trên SDA được đồng bộ với mỗi xung SCL. Đường SCL chỉ master mới có quyền điều khiển.
Đặc điểm:
- Tốc độ không cao
- Thường sử dụng onboard với đường truyền ngắn
- Nối được nhiều thiết bị trên cùng một bus
- Giao tiếp đồng bộ, sử dụng Clock từ master
- Sử dụng 7 bit hoặc 10 bit địa chỉ
- Chỉ sử dụng 2 chân tín hiệu SDA, SCL
- Có 2 tốc độ tiêu chuẩn là Standard mode (100 kb/s)và Low mode (10 kbit/s)
1.2.Giao thức truyền dữ liệu
Dữ liệu được truyền giữa thiết bị Master và các thiết bị Slave thông qua một đường dữ liệu SDA duy nhất, thông qua các chuỗi có cấu trúc gồm các số 0 và 1 (bit). Mỗi chuỗi số 0 và 1 được gọi là giao dịch (transaction) và dữ liệu trong mỗi giao dịch có cấu trúc như sau:
-Điều kiện bắt đầu(Start Condition)
Bất cứ khi nào một thiết bị chủ / IC quyết định bắt đầu một giao dịch, nó sẽ chuyển mạch SDA từ mức điện áp cao xuống mức điện áp thấp trước khi đường SCL chuyển từ cao xuống thấp.
Khi điều kiện bắt đầu được gửi bởi thiết bị Master, tất cả các thiết bị Slave đều hoạt động ngay cả khi chúng ở chế độ ngủ (sleep mode) và đợi bit địa chỉ.
-Khối địa chỉ
Nó bao gồm 7 bit và được lấp đầy với địa chỉ của thiết bị Slave đến / từ đó thiết bị Master cần gửi / nhận dữ liệu. Tất cả các thiết bị Slave trên bus I2C so sánh các bit địa chỉ này với địa chỉ của chúng.
-Bit Read / Write
Bit này xác định hướng truyền dữ liệu. Nếu thiết bị Master / IC cần gửi dữ liệu đến thiết bị Slave, bit này được thiết lập là ‘0’. Nếu IC Master cần nhận dữ liệu từ thiết bị Slave, bit này được thiết lập là ‘1’.
-Bit ACK / NACK
ACK / NACK là viết tắt của Acknowledged/Not-Acknowledged. Nếu địa chỉ vật lý của bất kỳ thiết bị Slave nào trùng với địa chỉ được thiết bị Master phát, giá trị của bit này được set là ‘0’ bởi thiết bị Slave. Ngược lại, nó vẫn ở mức logic ‘1’ (mặc định).
-Khối dữ liệu
Nó bao gồm 8 bit và chúng được thiết lập bởi bên gửi, với các bit dữ liệu cần truyền tới bên nhận. Khối này được theo sau bởi một bit ACK / NACK và được set thành ‘0’ bởi bên nhận nếu nó nhận thành công dữ liệu. Ngược lại, nó vẫn ở mức logic ‘1’.
Sự kết hợp của khối dữ liệu theo sau bởi bit ACK / NACK được lặp lại cho đến quá trình truyền dữ liệu được hoàn tất.
-Điều kiện kết thúc (Stop condition)
Sau khi các khung dữ liệu cần thiết được truyền qua đường SDA, thiết bị Master chuyển đường SDA từ mức điện áp thấp sang mức điện áp cao trước khi đường SCL chuyển từ cao xuống thấp.
2.Giới thiệu chip thời gian thực DS1307
DS1307 là chip thời gian thực, giao tiếp thông qua giao thức I2C. Làm việc tại dải điện áp từ 2.3 đến 5.5V, tích hợp sẵn thạch anh nội nên rất nhỏ gọn.
Có 2 chế độ hẹn giờ có thể Config từng giây tới ngày trong tháng.
Datasheet các bạn down tại đây: https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1307.pdf
DS1307 có địa chỉ 7bit là 0x68. Cách đọc và truyền được mô tả như trong hình
Bảng sau mô ta địa chỉ lưu các giá trị ngày tháng năm đó là từ 0x00 tới 0x06.
Các byte từ 0x07 tới 0x0D lưu giá trị Hẹn giờ A1M và A2M
Các byte từ 0x0E tới 0x12 là các thanh ghi điều khiển DS1307
3.Viết code
Trên STM32F107VCT6 có 1 bộ I2C1. Mình sẽ connect STM32F1 với chip DS1307 như bên dưới
DS1307 STM32
SDA———————————-PB7
SCL———————————-PB6
GND———————————GND
5V————————————5V
Phần tạo project các bạn tham khảo lại bài 2 phần GPIO nhé(cách tạo project, cấu hình mạch nạp, xung clock) tại đây
Bây giờ mình tiến hành cấu hình I2C để dùng RTC DS1307:
(1) Chọn Connectivity
(2) Tìm đến module I2C
(3) Chọn mode I2C
(4) Chân PB7 và PB6 sẽ được cấu hình dùng cho I2C
Định nghĩa thanh ghi, định nghĩa các hàm thao tác và struct lưu ngày tháng năm
/* USER CODE BEGIN PTD */
#define DS1307_I2C_ADDR 0x68
#define DS1307_REG_SECOND 0x00
#define DS1307_REG_MINUTE 0x01
#define DS1307_REG_HOUR 0x02
#define DS1307_REG_DOW 0x03
#define DS1307_REG_DATE 0x04
#define DS1307_REG_MONTH 0x05
#define DS1307_REG_YEAR 0x06
#define DS1307_REG_CONTROL 0x07
#define DS1307_REG_UTC_HR 0x08
#define DS1307_REG_UTC_MIN 0x09
#define DS1307_REG_CENT 0x10
#define DS1307_TIMEOUT 1000
typedef struct {
uint8_t sec;
uint8_t min;
uint8_t hour;
uint8_t dow;
uint8_t date;
uint8_t month;
uint16_t year;
}DS1307_STRUCT;
DS1307_STRUCT ds1307;
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
uint8_t DS1307_DecodeBCD(uint8_t bin);
uint8_t DS1307_EncodeBCD(uint8_t dec);
void DS1307_SetClockHalt(uint8_t halt);
void DS1307_SetRegByte(uint8_t regAddr, uint8_t val);
void DS1307_SetTimeZone(int8_t hr, uint8_t min);
uint8_t DS1307_GetClockHalt(void);
uint8_t DS1307_GetRegByte(uint8_t regAddr);
void DS1307_config();
void DS1307_gettime();
void DS1307_settime(uint8_t sec,uint8_t min,uint8_t hour_24mode,uint8_t dayOfWeek,uint8_t date,uint8_t month, uint16_t year);
/* USER CODE END PFP */
Hàm đọc ghi DS1307:
void DS1307_SetRegByte(uint8_t regAddr, uint8_t val) {
uint8_t bytes[2] = { regAddr, val };
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, bytes, 2, DS1307_TIMEOUT);
}
uint8_t DS1307_GetRegByte(uint8_t regAddr) {
uint8_t val;
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, ®Addr, 1, DS1307_TIMEOUT);
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, &val, 1, DS1307_TIMEOUT);
return val;
}
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, bytes, 2, DS1307_TIMEOUT):
hi2c1 sẽ truyền 2 bytes (1 byte địa chỉ,1 byte data) vào slave có địa chỉ DS1307_I2C_ADDR
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, &val, 1, DS1307_TIMEOUT):
hi2c1 sẽ nhận 1 byte lưu vào biến val từ slave có địa chỉ DS1307_I2C_ADDR
Cài đặt thời gian
void DS1307_settime(uint8_t sec,uint8_t min,uint8_t hour_24mode,uint8_t dayOfWeek,uint8_t date,uint8_t month, uint16_t year){
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_SECOND, DS1307_EncodeBCD(sec | DS1307_GetClockHalt()));
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_MINUTE, DS1307_EncodeBCD(min));
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_HOUR, DS1307_EncodeBCD(hour_24mode & 0x3f));//hour_24mode Hour in 24h format, 0 to 23.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_DOW, DS1307_EncodeBCD(dayOfWeek));//dayOfWeek Days since last Sunday, 0 to 6.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_DATE, DS1307_EncodeBCD(date));//date Day of month, 1 to 31.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_MONTH, DS1307_EncodeBCD(month));//month Month, 1 to 12.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_CENT, year / 100);
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_YEAR, DS1307_EncodeBCD(year % 100));//2000 to 2099.
}
Lấy thời gian
void DS1307_gettime(){
uint16_t cen;
ds1307.sec=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_SECOND) & 0x7f);
ds1307.min=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_MINUTE));
ds1307.hour=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_HOUR) & 0x3f);
ds1307.dow=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_DOW));
ds1307.date=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_DATE));
ds1307.month=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_MONTH));
cen = DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_CENT) * 100;
ds1307.year=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_YEAR)) + cen;
}
Code chương trình chính
/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file : main.c
* @brief : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* <h2><center>© Copyright (c) 2021 STMicroelectronics.
* All rights reserved.</center></h2>
*
* This software component is licensed by ST under BSD 3-Clause license,
* the "License"; You may not use this file except in compliance with the
* License. You may obtain a copy of the License at:
* opensource.org/licenses/BSD-3-Clause
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
#define DS1307_I2C_ADDR 0x68
#define DS1307_REG_SECOND 0x00
#define DS1307_REG_MINUTE 0x01
#define DS1307_REG_HOUR 0x02
#define DS1307_REG_DOW 0x03
#define DS1307_REG_DATE 0x04
#define DS1307_REG_MONTH 0x05
#define DS1307_REG_YEAR 0x06
#define DS1307_REG_CONTROL 0x07
#define DS1307_REG_UTC_HR 0x08
#define DS1307_REG_UTC_MIN 0x09
#define DS1307_REG_CENT 0x10
#define DS1307_TIMEOUT 1000
typedef struct {
uint8_t sec;
uint8_t min;
uint8_t hour;
uint8_t dow;
uint8_t date;
uint8_t month;
uint16_t year;
}DS1307_STRUCT;
DS1307_STRUCT ds1307;
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
/* USER CODE BEGIN PV */
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
uint8_t DS1307_DecodeBCD(uint8_t bin);
uint8_t DS1307_EncodeBCD(uint8_t dec);
void DS1307_SetClockHalt(uint8_t halt);
void DS1307_SetRegByte(uint8_t regAddr, uint8_t val);
void DS1307_SetTimeZone(int8_t hr, uint8_t min);
uint8_t DS1307_GetClockHalt(void);
uint8_t DS1307_GetRegByte(uint8_t regAddr);
void DS1307_config();
void DS1307_gettime();
void DS1307_settime(uint8_t sec,uint8_t min,uint8_t hour_24mode,uint8_t dayOfWeek,uint8_t date,uint8_t month, uint16_t year);
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_I2C1_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
DS1307_config();
DS1307_settime(30, 59, 23, 4,29, 2, 2024);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while (1)
{
DS1307_gettime();
HAL_Delay(1000);
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSI;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.HSICalibrationValue = RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_NONE;
RCC_OscInitStruct.PLL2.PLL2State = RCC_PLL_NONE;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_HSI;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Configure the Systick interrupt time
*/
__HAL_RCC_PLLI2S_ENABLE();
}
/**
* @brief I2C1 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_I2C1_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN I2C1_Init 0 */
/* USER CODE END I2C1_Init 0 */
/* USER CODE BEGIN I2C1_Init 1 */
/* USER CODE END I2C1_Init 1 */
hi2c1.Instance = I2C1;
hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;
hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;
hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;
hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;
hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;
hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;
hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;
if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN I2C1_Init 2 */
/* USER CODE END I2C1_Init 2 */
}
/**
* @brief GPIO Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
void DS1307_gettime(){
uint16_t cen;
ds1307.sec=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_SECOND) & 0x7f);
ds1307.min=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_MINUTE));
ds1307.hour=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_HOUR) & 0x3f);
ds1307.dow=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_DOW));
ds1307.date=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_DATE));
ds1307.month=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_MONTH));
cen = DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_CENT) * 100;
ds1307.year=DS1307_DecodeBCD(DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_YEAR)) + cen;
}
void DS1307_SetRegByte(uint8_t regAddr, uint8_t val) {
uint8_t bytes[2] = { regAddr, val };
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, bytes, 2, DS1307_TIMEOUT);
}
uint8_t DS1307_GetClockHalt(void) {
return (DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_SECOND) & 0x80) >> 7;
}
void DS1307_settime(uint8_t sec,uint8_t min,uint8_t hour_24mode,uint8_t dayOfWeek,uint8_t date,uint8_t month, uint16_t year){
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_SECOND, DS1307_EncodeBCD(sec | DS1307_GetClockHalt()));
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_MINUTE, DS1307_EncodeBCD(min));
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_HOUR, DS1307_EncodeBCD(hour_24mode & 0x3f));//hour_24mode Hour in 24h format, 0 to 23.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_DOW, DS1307_EncodeBCD(dayOfWeek));//dayOfWeek Days since last Sunday, 0 to 6.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_DATE, DS1307_EncodeBCD(date));//date Day of month, 1 to 31.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_MONTH, DS1307_EncodeBCD(month));//month Month, 1 to 12.
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_CENT, year / 100);
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_YEAR, DS1307_EncodeBCD(year % 100));//2000 to 2099.
}
uint8_t DS1307_GetRegByte(uint8_t regAddr) {
uint8_t val;
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, ®Addr, 1, DS1307_TIMEOUT);
HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, DS1307_I2C_ADDR << 1, &val, 1, DS1307_TIMEOUT);
return val;
}
void DS1307_SetClockHalt(uint8_t halt) {
uint8_t ch = (halt ? 1 << 7 : 0);
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_SECOND, ch | (DS1307_GetRegByte(DS1307_REG_SECOND) & 0x7f));
}
/**
* @brief Sets UTC offset.
* @note UTC offset is not updated automatically.
* @param hr UTC hour offset, -12 to 12.
* @param min UTC minute offset, 0 to 59.
*/
void DS1307_SetTimeZone(int8_t hr, uint8_t min) {
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_UTC_HR, hr);
DS1307_SetRegByte(DS1307_REG_UTC_MIN, min);
}
void DS1307_config(){
DS1307_SetClockHalt(0);
DS1307_SetTimeZone(+8, 00);
}
uint8_t DS1307_DecodeBCD(uint8_t bin) {
return (((bin & 0xf0) >> 4) * 10) + (bin & 0x0f);
}
uint8_t DS1307_EncodeBCD(uint8_t dec) {
return (dec % 10 + ((dec / 10) << 4));
}
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief Reports the name of the source file and the source line number
* where the assert_param error has occurred.
* @param file: pointer to the source file name
* @param line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */
/************************ (C) COPYRIGHT STMicroelectronics *****END OF FILE****/
Debug và xem kết quả
Source code đính kèm: Github