A Microchip PIC-sorozatú mikrokontrollereihez elérhető áramköri megoldás egy 100 éves óra- és naptármodul, amely automatikus szökőév-érzékelést is kínál. A modul értéktartománya 2000. január 1. első másodpercétől indul, és 2099. december 31. éjfél előtti utolsó másodpercéig tart, és az angolszász konvenciókban használt, 12 órás AM/PM-rendszer helyett 24 órás időformátumot használ, 0,5 másodperces felbontással. Az áramkör riasztóköre konfigurálható 0,5, 1 és 10 másodperc, 1, 10 és 60 perc, 1 nap, 1 hét vagy 1 hónap riasztási időközre.
Az 1. ábra a modul blokkdiagramját mutatja. Az ábra tanúsága szerint a modul egy külső, 32,768 kHz-en futó, másodlagos oszcillátor (SOSC) kristályából származó órajellel működik, amely még akkor is lehetővé teszi a modul futását, ha a CPU órajele mélyalvó üzemmódban elvételre került.
Az 1:16384 órajel-előosztó biztosítja a felhasználó számára a 0,5 s felbontást, és cserében lehetővé teszi az RTCC időzítőnek az RTCVALx regiszterekben tárolt másodperc-, perc-, óra-, nap- és évértékek inkrementálását. Ezek az értékek összevetésre kerülhetnek a felhasználó által beállított értékekkel, és egyezés esetén felhasználhatók riasztási megszakítás generálására.
A riasztási értékek az ALRMVALx regiszterekben vannak eltárolva. Ha több periodikus riasztásra van szükség, riasztási maszkokkal állítják be az egyes riasztási események közötti időintervallumokat. Az RTCC kivezetésen konfigurációtól függően vagy a másodperces órajel, vagy pedig a riasztáshoz visszanyitott felefrekvencián a riasztási impulzus jelenhet meg. A firmware egyszerűsítése érdekében az RTCC regiszterinterfésze és riasztásértékei binárisan kódolt decimális (BCD) számformátumban vannak értelmezve.
Perifériakonfiguráció
A felhasználó az év-, hónap-, nap-, óra-, perc- és másodpercértékek megfelelő időzítőregiszterekbe való betáplálásával konfigurálja az időt. Az RTCC engedélyezőbitjét (RTCEN) és az RTCVALH és RTCVALL regisztereket azonban csak akkor lehet írni, ha az RTCC értéktároló regiszterek írásengedélyező bitje (RTCWREN) logikai 1-be van állítva, máskülönben e regiszterek írását az áramkör megtagadja.
Az RTCC időzítő (RTCVALx) és riasztásidőzítő (ALRMVALx) regiszterek csak a megfelelő regiszterpointereken keresztül érhetők el. Az RTCVALH regiszter minden írása vagy olvasása eggyel csökkenti az RTCC pointer értékét, amíg az el nem éri a 00 értéket. Ha az RTCC kimeneti kivezetés engedélyezett, a felhasználó választhat, hogy a másodperces órajel vagy egy riasztási impulzus jelenjen-e meg rajta a riasztási frekvencia felével. Pontosabb időzítés és az RTCC szünetmentes működésének garantálása érdekében – még mélyalvó módban is – a Microchip az SOSC órajelforrást javasolja a perifériák órajelforrásaként történő használatra.
Ha az RTCC engedélyezésre került, az időzítő a beállított kezdőpontról kezd el számolni. Az RTCC időzítőregiszterbe való véletlen írások elkerülése érdekében ajánlott az RTWREN engedélyezőbitet törölni, ha éppen nem írunk a regiszterbe.
A riasztás konfigurálható fél másodperc és 1 év között, és a felhasználó által definiálható mennyiségben ismételhető. Az ALRMVALH regiszter minden írása vagy olvasása eggyel csökkenti a riasztási pointer értékét.
Üzemeltetés tartalék elemről
Az RTCC modul egyik funkciója működés folytatását biztosító képesség tartalék elemről, amennyiben olyan teljesítményveszteség jelentkezik, amely károsan befolyásolhatja az időzítési pontosságot. Ez az ún. VBAT üzemmód, amely egy olyan hardveralapú teljesítménymódot valósít meg, amely mellett a PIC-sorozatú mikrovezérlők redukált teljesítményű módban tudnak tovább üzemelni és biztosítják az RTCC szünetmentes működését. Ez az üzemmód a VBAT kivezetésre csatlakoztatott tartalék elem beiktatásával vehető igénybe (lásd 2. ábra).
Az integrált teljesítménykapcsoló érzékeli a VDD vonalon a teljesítményvesztést, amely esetben csatlakoztatja a VBAT kivezetést a működésfenntartó szabályzóhoz. Ez a mechanizmus 1,2 V feszültséget biztosít a működésfenntartó szabályzó és az RTCC számára, engedélyezett állapot esetén órajelforrással és a mélyalvó állapoti általános célú regiszterekkel (DSPGPRx) együtt. Az RTCC ugyanúgy folytatja működését, mintha a tápellátásban mi sem történt volna.
Az eszköz automatikusan visszatér a VBAT módból, amint VDD vonalon a teljesítmény helyreállt. Az ebből a módból való visszatérést a VBAT bitállapotának ellenőrzése azonosítja, amelynek ha értéke logikai 1, az eszköz ébren van, és kódfuttatást végez a resetvektortól kezdődően, és jelzi, hogy a kilépés a VBAT üzemmódból történt. A jövőbeni VBAT ébredési események azonosításához a bitet szoftverből törölni kell.
A Microchip egyik VBAT üzemmódú működést támogató demókártyája az LCD Explorer Demonstration Board nevű termék, amelyen kialakításra került egy 3 V-os, CR2032 típusú tartalék elem fogadására alkalmas tartó is.
Digitális ébresztőóra
A 3. ábra az RTCC egyik implementációs mintáját mutatja LCD-meghajtó és CCP (rögzítő/komparáló/PWM) modulokkal, amelyek egy digitális ébresztőórás alkalmazás megvalósításához szükségesek.
Az RTCC modul számára az SOSC szolgáltatja az órajelforrást. Ha az RTCC kivezetést úgy konfigurálták, hogy kimenetén a másodperces óra jelenjen meg, a D1 jelű LED másodpercenként egyet villan. Az RTCVALx regiszterek értékeit a firmware-ből lehet úgy manipulálni, hogy az LCD-meghajtó modulon keresztül LCD1 jelű kijelzőre kerüljenek ki.
A riasztási megszakítás élesíti a CCP modult, amely olyan impulzusszélesség-modulált kimenetet állít elő, amely a P1 piezoberregőt minden riasztási eseménynél aktiválja. A riasztás időtartama firmware-ből állítható.
Az S1, S2 és S3 nyomógombos kapcsolókkal lehet az RTCC induló idejét és dátumát beállítani, illetve a riasztási konfigurációt megadni. A gombok egyike ezenfelül beprogramozható az RTCC-számolás indítására is.
A Microchip számos olyan demókártyát kínál, amely felhasználható ilyen alkalmazás kifejlesztésére. Több olyan PIC-sorozatú mikrovezérlő is megtalálható a gyártó kínálatában, amelyek az RTCC modulon felül integrált LCD-meghajtó modullal is rendelkeznek, és közvetlenül alkalmasak az LCD-k meghajtására. Továbbá olyan mikrokontrollerek is elérhetők, amelyek MSSP modullal kommunikálnak az LCD-vel, és közben végzik az idő- és dátumadatok megjelenítését.
Energiafelhasználás-mérők
Energiafelhasználás-mérő eszközökben az RTCC modul összeintegrálható olyan egyéb perifériákkal, mint analóg-digitális átalakítók vagy LCD-meghajtók. A fogyasztásmérési alkalmazásokhoz optimalizált mikrovezérlők célszerűen nagy felbontású A/D-átalakítóval rendelkeznek a feszültség- és áramerősség-mérések megfelelő pontosságú elvégzéséhez, lehetőség szerint szerény energiaigénnyel rendelkeznek, és képesek elemről működni az RTCC szünetmentes működésének fenntartásához, végezetül pedig rendelkeznek EEPROM-mal is a naplózott adatok és kalibrációs adatok megtartásához. A Microchip portfóliójában számos olyan 8 bites PIC mikrovezérlő megtalálható, amelyek megfelelnek ezeknek a követelményeknek.
Az RTCC modul periodikus automatikus állítófunkciója felhasználható az A/D-átalakító modullal a szoftveres hőmérséklet-kompenzáció implementálására, amely pontosabb időmegjelenítést tesz lehetővé. Ezek a mikrovezérlők rendelkeznek integrált LCD-modullal is, amellyel LCD-k közvetlenül meghajthatók, és képesek a valósidejű energiafelhasználás megjelenítésére. Továbbá a VBAT interfészen keresztül kínálnak külső interfészt tartalékelemes tápellátás számára, amellyel – az ismertetett módon – az RTCC teljesítményvesztés esetén is tovább üzemeltethető.
Összefoglalás
A PIC-sorozatú mikrovezérlők RTCC moduljai biztosítják azokat a szolgáltatásokat, amelyek elengedhetetlenek az idő- és dátumadatok pontos nyilvántartásához és megjelenítéséhez. Az eszközök könnyen konfigurálhatók, automatikus hibakalibrációt biztosítanak, energiaigényük rendkívül visszafogott. Mivel az RTCC-ket általában nem önmagukban implementálják, hasznosságuk hangsúlyosabb olyan esetekben, amikor más perifériákkal kerülnek összeintegrálásra. A PIC mikrovezérlők olyan univerzális perifériakészletet biztosítanak, amelyekkel egyszerűen, ideális feltételek mellett fejleszthetők ki digitális ébresztőórás, energiafelhasználás-mérési és egyéb alkalmazások is.
