2025Make Blocks阶段1—实时时间模块

内容介绍

任务介绍

实时时间模块

我选择的是任务九设计一款实时时钟模块，要求能够实时显示当前的时间。计时精确度高，支持显示年月日，时分秒。

模块介绍

本实时时间模块集成了高精度实时时钟芯片 DS3231MZ-TRL 以及 AT24CM01-SSHD-T 存储芯片，可实现精准的时间计时与数据存储功能。DS3231MZ-TRL 是一款高精度、低功耗的实时时钟芯片，内置温度补偿电路，能够在较宽的温度范围内提供准确的时间基准；AT24CM01-SSHD-T 则是一款串行 EEPROM 存储芯片，用于存储时间相关配置信息或其他重要数据，确保在掉电情况下数据不丢失。该模块通过 I2C 总线与外部主控设备进行通信，广泛应用于需要精确时间记录的场合，如工业控制、医疗设备、消费电子等领域。

DS3231MZ-TRL

DS3231MZ+TRL Analog Devices Inc./Maxim Integrated | 集成电路（IC） | DigiKey

AT24CM01-SSHD-T

AT24CM01-SSHD-T Microchip Technology | 集成电路（IC） | DigiKey

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

主要性能指标

（一）DS3231MZ-TRL 性能指标

计时精度：在 0°C 至 +40°C 温度范围内，计时精度可达 ±2ppm（约 ±0.01728 秒 / 天）；在 -40°C 至 +85°C 温度范围内，计时精度可达 ±3.5ppm（约 ±0.03024 秒 / 天）。
工作电压：主电源电压范围为 2.3V 至 5.5V，备用电池电压范围为 1.0V 至 5.5V。
功耗：在典型工作模式下，电流消耗约为 700nA（备用电池模式，32kHz 输出禁用）；在 32kHz 输出启用时，电流消耗约为 1.0mA。
时间格式：支持 12 小时制和 24 小时制，可设置年、月、日、时、分、秒等时间参数，具备闰年自动补偿功能。
输出功能：提供 32.768kHz 方波输出（SQR 引脚）和可编程的方波 / 中断输出（SQW 引脚），方波频率可设置为 1Hz、1.024kHz、4.096kHz 或 8.192kHz。

（二）AT24CM01-SSHD-T 性能指标

存储容量：存储容量为 1Mbit（128K × 8 位）。
工作电压：工作电压范围为 1.7V 至 5.5V。
写入时间：字节写入时间最大为 5ms。
擦写次数：典型擦写次数为 1,000,000 次。
数据保持时间：在 85°C 环境下，数据可保持 10 年；在 25°C 环境下，数据可保持 40 年。

三、管脚定义

（一）DS3231MZ-TRL 管脚定义

SCL（7 脚）：I2C 总线时钟输入 / 输出引脚，用于同步 I2C 总线数据传输。
SDA（6 脚）：I2C 总线数据输入 / 输出引脚，用于传输 I2C 总线数据。
RST#（4 脚）：复位输入引脚，低电平有效，用于将芯片复位至初始状态。
VBAT（2 脚）：备用电池输入引脚，在主电源掉电时，可通过该引脚连接备用电池为芯片供电，以保持时间计数和数据不丢失。
VCC（1 脚）：主电源输入引脚，为芯片提供正常工作所需的电源。
GND（5 脚）：接地引脚，用于芯片的信号和电源接地。
32kHz（8 脚）：32.768kHz 方波输出引脚，可输出稳定的 32.768kHz 方波信号。
INT#/SQW（3 脚）：中断 / 方波输出引脚，可配置为中断输出或方波输出模式。

（二）AT24CM01-SSHD-T 管脚定义

VCC（8 脚）：电源输入引脚，为芯片提供工作电源。
GND（4 脚）：接地引脚，用于芯片的信号和电源接地。
SCL（6 脚）：I2C 总线时钟输入引脚，与 DS3231MZ-TRL 的 SCL 引脚相连，同步 I2C 总线数据传输。
SDA（5 脚）：I2C 总线数据输入 / 输出引脚，与 DS3231MZ-TRL 的 SDA 引脚相连，传输 I2C 总线数据。
A0、A1、A2（2、3、7 脚）：器件地址选择引脚，通过设置这些引脚的电平状态，可在同一 I2C 总线上识别多个 AT24CM01-SSHD-T 器件。
NC（1 脚）：空引脚，无电气连接。

（三）其他接口定义

SCL_O、SDA_O：I2C 总线输出接口，用于与外部其他 I2C 设备进行通信扩展。
RST：复位信号输出接口，可用于控制外部设备的复位操作。
SQW、SQR：方波输出接口，分别对应 DS3231MZ-TRL 的 SQW 和 32kHz 方波输出。

四、板上设置及标识

（一）电源设置

模块主电源通过 VCC 引脚接入，电压需在 2.3V 至 5.5V 范围内。
备用电池通过 VBAT 引脚接入，电压需在 1.0V 至 5.5V 范围内，确保在主电源掉电时模块仍能正常计时。

（二）地址设置

AT24CM01-SSHD-T 的器件地址由 A0、A1、A2 引脚的电平状态决定，通过设置这些引脚的上拉或下拉电阻，可配置不同的器件地址，以便在同一 I2C 总线上连接多个存储芯片。

（三）输出设置

DS3231MZ-TRL 的 SQW 引脚输出模式可通过内部寄存器配置，可选择方波输出或中断输出模式，方波频率也可通过寄存器设置为 1Hz、1.024kHz、4.096kHz 或 8.192kHz。

（四）标识说明

模块上的 U1 标识对应 DS3231MZ-TRL 芯片，U2 标识对应 AT24CM01-SSHD-T 芯片。
各引脚通过丝印清晰标识，方便接线和调试。

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

物料截图

项目详情图

心得体会

在设计和使用该实时时间模块的过程中，深刻体会到高精度实时时钟在众多电子设备中的重要性。DS3231MZ-TRL 凭借其出色的计时精度和低功耗特性，能够满足大多数对时间精度要求较高的应用场景。AT24CM01-SSHD-T 存储芯片则为时间相关数据的存储提供了可靠保障，确保在各种复杂环境下数据不丢失。

在硬件设计方面，合理的电源设计和引脚布局对于模块的稳定性和可靠性至关重要。I2C 总线的设计需要注意总线的负载能力和信号完整性，以避免通信故障。在软件设计方面，对 DS3231MZ-TRL 和 AT24CM01-SSHD-T 的驱动程序开发需要深入理解芯片的通信协议和寄存器配置，确保时间读取、设置以及数据存储操作的准确性和高效性。

通过该模块的设计与应用，不仅提升了对实时时钟和存储芯片的认识，还积累了丰富的硬件设计和软件编程经验，为今后类似项目的开发提供了宝贵的参考。同时，也认识到在实际应用中，需要根据具体的需求和环境条件，对模块进行合理的优化和调整，以充分发挥其性能优势。

团队：个人

AT24CM01-SSHD-T

工具：KIcad