Programowanie AVR cz. 4: ATtiny2313 + PCF8583P + AT24C04 + I2C,czyli... zabrakło pamięci, ale jest zegar nastawiany "w locie".

Kontynuując zabawę z magistralą I2C (patrz: poprzedni artykuł o programowaniu AVR) i grzebanie w elektronicznym złomie, natknąłem się na niepozorny układ scalony PCF8583P, zamontowany wraz z - jak się domyśliłem - odpowiednim oscylatorem kwarcowym na prehistorycznej płytce uruchomieniowej, jeszcze chyba z czasów AT89C4051. Układ ten to zegar czasu rzeczywistego (RTC) wraz z kalendarzem i obsługa alarmów, zarządzany (programowanie, odczyt) poprzez magistralę I2C. Nie zastanawiając się długo postanowiłem dołączyć ten układ do systemu z poprzedniego wpisu, żeby stworzyć wypasiony zegar, kalendarz, budzik... Niestety, szybko okazało się, że mój ulubiony mikrokontroler ATtiny2313 ma zbyt mało pamięci FLASH, żeby pomieścić finezyjny kod, który zaczął mi wychodzić (żaliłem się już w moim streamie Google+). Dlatego też ograniczyłem program demonstracyjny do samego zegara - jedyny ficzer, jaki się pojawił, to nastawianie godziny i minuty "w locie" za pomocą dwóch przycisków. Oznacza to, że każda zmiana godziny czy minuty (zmiana w górę, czyli inkrementacja) powoduje natychmiastową aktualizację ustawień zegara PCF8583P. Oczywiście aktualny czas jest wyświetlany na jednowierszowym LCD.
Początkowo program działał dziwnie, udało mi się jednak - częściowo w oparciu o analizę, częściowo metodą doświadczalną - zapanować nad tą niestabilnością i teraz wszystko jest OK. Zachęcam do przejrzenia kodu źródłowego, mimo, że nie zawiera jakichś specjalnych wodotrysków, ech...

	' Obsługa pamięci EEPROM 24c04 i zegar czasu rzeczywistego PCF8583P
	$regfile = "attiny2313.dat"
	$crystal = 4000000
	$hwstack = 40
	$swstack = 16
	$framesize = 32
	' UWAGA:
	' Fragment programu dotyczący komunikacji z pamięcią szeregową AT24C04C został
	' usunięty ze względu na zbyt duży rozmiar kodu wynikowego (został przekroczony
	' maksymalny rozmiar pamięci Flash - 2048B)
	' Zostały tylko definicje stałych związanych z adresami pamięci.
	' Pamięć 24c04 (SLAVE):
	' - wyprowadzenie A1 podłączone do masy, stąd adresy jak niżej.
	' Pierwsze 256 bajtów - bank 1 (bit P0 = 0)
	Const Addrw_eep_p0 = 168
	Const Addrr_eep_p0 = 169
	' Drugie 256 bajtów - bank 2 (bit P0 = 1)
	Const Addrw_eep_p1 = 170
	Const Addrr_eep_p1 = 171
	' Zegar czasu rzeczywistego PCF8583P (SLAVE):
	' - wyprowadzenie A0 podłączone do masy
	Const Addrw_rtc = 160
	Const Addrr_rtc = 161
	Config Submode = New
	' Konfiguracja wyświetlacza
	Config Lcd = 16 * 1a
	' Porty mikrokontrolera (dwie linie portu B), które będą emulować wyprowadzenia magistrali I2C (mikrokontroler to MASTER)
	Config Scl = Portb.1
	Config Sda = Portb.0
	' Do linii portu D podłączone są diody kontrolne oraz przyciski ustawiania zegara
	Config Portd = &B1110011
	Portd = &B0001100
	' Timer0 zgłasza przerwanie co ok. 16 ms - następuje wtedy odczyt czasu i daty z RTC
	' oraz konwersja z BCD na format dziesiętny
	Config Timer0 = Timer , Prescale = 1024
	'Włączenie obsługi przerwań i - w szczególności - przerwania timera 0
	Enable Interrupts
	Enable Timer0
	On Timer0 Show_date_time
	Dim Value As Byte , Value1 As Byte , Value2 As Byte
	Dim Hours As Byte , Minutes As Byte , Seconds As Byte
	Dim Change As Boolean
	Dim Send As Boolean
	Dim Time_str As String * 9
	Dim Hour_str As String * 3
	Dim Minute_str As String * 3
	Dim Second_str As String * 3
	Portd.5 = 0 ' dioda czerwona
	Portd.4 = 0 ' dioda niebieska
	Portd.3 = 1 ' przycisk minut
	Portd.2 = 1 ' przycisk godzin
	Cursor Off
	Cls
	Change = 1
	Do
	If Change = 1 Then
	Hour_str = Str(hours)
	Minute_str = Str(minutes)
	Second_str = Str(seconds)
	If Hours < 10 Then
	Time_str = "0" + Hour_str
	Else
	Time_str = Hour_str
	End If
	If Minutes < 10 Then
	Time_str = Time_str + ":0" + Minute_str
	Else
	Time_str = Time_str + ":" + Minute_str
	End If
	If Seconds < 10 Then
	Time_str = Time_str + ":0" + Second_str
	Else
	Time_str = Time_str + ":" + Second_str
	End If
	Locate 1 , 1
	Lcd Time_str
	Change = 0
	End If
	Debounce Pind.3 , 0 , Incr_min , Sub
	Debounce Pind.2 , 0 , Incr_hour , Sub
	If Send = 1 Then
	' Opóźnienie konieczne ze względu na prawidłową pracę magistrali I2C
	Waitms 25
	Gosub Send_time
	Start Timer0
	Send = 0
	End If
	Loop
	End
	' Zapis czasu do PCF8583P
	Sub Write_stream_3b(byval Adres As Byte , Value As Byte , Value1 As Byte)
	I2cstart
	I2cwbyte Addrw_rtc
	I2cwbyte Adres
	I2cwbyte 0
	I2cwbyte Value
	I2cwbyte Value1
	I2cstop
	' Konieczny jeszcze jeden bit stopu (bez niego problemy ze stabilnością)
	I2cstop
	End Sub
	' Odczyt czasu z PCF8583P i konwersja BCD->DEC
	Sub Read_stream_3b(byval Adres As Byte)
	I2cstart
	I2cwbyte Addrw_rtc
	I2cwbyte Adres
	I2cstart
	I2cwbyte Addrr_rtc
	I2crbyte Value , Ack
	I2crbyte Value1 , Ack
	I2crbyte Value2 , Nack
	I2cstop
	Seconds = Makedec(value)
	Minutes = Makedec(value1)
	Hours = Makedec(value2)
	End Sub
	' Wyłączanie/włączanie odmierzania czasu przez PCF8583P
	Sub Toggle_pcf_timer(byval Pcf_timer As Byte)
	I2cstart
	I2cwbyte Addrw_rtc
	I2cwbyte 0
	If Pcf_timer = 0 Then
	I2cwbyte 128
	Else
	I2cwbyte 0
	End If
	I2cstop
	End Sub
	' Zapis zmienionych ustawień zegara; sekundy zerowane
	Send_time:
	Value = Makebcd(minutes)
	Value1 = Makebcd(hours)
	Write_stream_3b 2 , Value , Value1
	Toggle_pcf_timer 1
	Return
	' Podprogram obsługi przerwania timera 0
	' - odczyt i dekodowanie czasu z PCF8583P
	Show_date_time:
	Read_stream_3b 2
	Change = 1
	Return
	' Nastawianie zegara - inkrementacja minut
	Incr_min:
	Stop Timer0
	Toggle_pcf_timer 0
	Minutes = Minutes + 1
	If Minutes >= 60 Then
	Minutes = 0
	End If
	Send = 1
	Return
	' Nastawianie zegara - inkrementacja godzin
	Incr_hour:
	Stop Timer0
	Toggle_pcf_timer 0
	Hours = Hours + 1
	If Hours >= 24 Then
	Hours = 0
	End If
	Send = 1
	Return

view raw zegar.bas hosted with ❤ by GitHub

Całość uruchamiana była w układzie zawierającym na magistrali I2C również wspomnianą pamięć EEPROM, a ponieważ PCF8583 jest poniekąd modyfikacją pamięci z dołożoną ekstra funkcjonalnością (posiada np. taką samą jak AT24C04, zaszytą "preambułę" adresu), musiałem ustalić na nowo adresy sprzętowe slave'ów. Być może powodem niestabilnego działania układu (w pewnych warunkach) było zachwianie parametrów elektrycznych magistrali, nie pozwalające na poprawną transmisję danych? Nie wgłębiałem się, więc jest to sprawa do zbadania.
Poniżej schemat całego układu demonstracyjnego. Niestety, nie udało się zaprogramować i wykorzystać wszystkich jego możliwości - chyba pora przerzucić się na którąś z ATmeg...

Na koniec krótka konkluzja. Chcąc zbudować zegarek na ATtiny2313 nie musimy angażować do tego celu specjalizowanych układów, których programowa obsługa zaśmieci niepotrzebnie cenną pamięć mikrokontrolera - mamy przecież w naszym procesorku timer, który może generować przerwanie co jedną sekundę... ;-) Jednak zaletą zastosowania oddzielnego układu jest to, że zapewniając mu zasilanie (podtrzymanie) bateryjne, możemy mieć ciągły pomiar czasu nawet po wyłączeniu zasilania systemu mikroprocesorowego. Rozwiązanie takie zastosował kolega dołączając do RaspberryPi moduł zegara bazujący na bliźniaczym układzie PCF8563P - opis znajdziemy na jego blogu.

ERRATA:

Proszę koniecznie zajrzeć do wpisu: Programowanie AVR cz. 4,5: Poprawki związane z drobnym przeoczeniem.