任务介绍

本次任务的核心目标是开发一款尺寸严格限制在40mm×40mm以内的紧凑且功能全面的实时时钟模块。该模块需具备精确的实时时钟功能，能够记录当前时间信息，并集成日历功能。在接口设计上，采用I2C通信协议，该协议以硬件连接简洁、数据传输高效及低功耗著称。关键组件的选择需确保在DigiKey官网有货且正常售卖，以保障器件的可获得性和质量。实时时钟模块为独立的模块。

模块介绍

设计思路

本次设计的实时时钟模块是一个单独模块的要求，需要再固定尺寸内实现，实际上主要限制的内容就是接口和备电座，芯片的体积是完全没有问题的，这个单独的模块实际上也是一个功能的拓展板，通过2.54的排针进行控制接口连接。

功能介绍

本次设计实时时钟模块的主要功能：

输出日历信息；

2.54mm接口；

支持备电。

硬件介绍

本次选择的是TI的BQ32000，bq32000具备自动切换备用电源功能，可通过I2C接口支持最高400kHz的串行时钟通信。支持使用电容或不可充电电池作为后备电源，确保断电时仍能持续计时。该芯片采用32.768kHz晶体振荡器，提供-63ppm至+126ppm的可编程精度调整，并集成振荡器故障检测功能，能通过OF标志位实时反馈时钟状态，同时支持通过STOP位远程关闭振荡器。其8引脚SOIC封装设计适合紧凑空间，工作温度范围覆盖-40℃至85℃，适用于消费电子、智能设备等场景。芯片内部时间寄存器每秒同步更新，所有数据同步写入以避免时间误差，并自带闰年自动补偿功能，确保长期计时的准确性。

设计框图

原理图和PCB介绍

原理图

PCB

芯片的引脚分布还是挺合理的，将可以控制的引脚都引出来了，焊接后的实物图如下：

软件调试

本次设计的模块是一个实时时钟功能模块，用于精确时间获取的，我们可以通过一个主控单元进行IIC通信控制，这里我们选择的事Arduino Nano板子，功能模块的接口线序如下：

这里我们对Arduino Nano功能板进行了一下扩展，根据功能需求连接如下：

在arduinoIDE中不能搜索到相关的驱动库，我们可以到github上去看一看，还是有很多的可用驱动，注意我们要手动添加库文件，主要驱动代码介绍：

#include <Wire.h>
#include <RTClib.h>

RTC_BQ32000 RTC;

void setup () {
    Serial.begin(115200);
    Wire.begin();
    RTC.begin();

    RTC.setIRQ(0); // IRQ square wave disabled
    RTC.setIRQLevel(HIGH);
    RTC.setCalibration(0);
    RTC.setCharger(0); // Disabled
}

void loop () {
    DateTime now = RTC.now();
    
    Serial.print(now.year(), DEC);
    Serial.print('/');
    Serial.print(now.month(), DEC);
    Serial.print('/');
    Serial.print(now.day(), DEC);
    Serial.print(' ');
    Serial.print(now.hour(), DEC);
    Serial.print(':');
    Serial.print(now.minute(), DEC);
    Serial.print(':');
    Serial.print(now.second(), DEC);
    Serial.println();
    
    Serial.print(" since 2000 = ");
    Serial.print(now.get());
    Serial.print("s = ");
    Serial.print(now.get() / 86400L);
    Serial.println("d");
    
    // calculate a date which is 7 days and 30 seconds into the future
    DateTime future (now.get() + 7 * 86400L + 30);
    
    Serial.print(" now + 7d + 30s: ");
    Serial.print(future.year(), DEC);
    Serial.print('/');
    Serial.print(future.month(), DEC);
    Serial.print('/');
    Serial.print(future.day(), DEC);
    Serial.print(' ');
    Serial.print(future.hour(), DEC);
    Serial.print(':');
    Serial.print(future.minute(), DEC);
    Serial.print(':');
    Serial.print(future.second(), DEC);
    Serial.println();
    
    Serial.println();
    delay(3000);
}

模块调试效果图

心得体会

本次我们选择了一个实时时钟模块的设计，选择的芯片也是比较容易焊接的，毕竟手动焊接能力是有限的，所有外设还是挺全面的，引脚添加丝印指示有助于我们进行快速的连接。后续我们要继续秉承着模块设计的思想完成后续任务，再接再厉。