Funpack5-4 - 基于FRDM-MCXN236开发板制作的闹钟

内容介绍

一、硬件介绍：

FRDM-MCXN236开发板是来自NXP 一款紧凑型、可扩展的高性价比开发板，专为基于 MCX N23x 系列微控制器的快速原型设计而打造。该开发板的核心是一颗 MCX N236 微控制器，搭载 Arm Cortex-M33 内核，主频最高可达 150 MHz，配备 1MB 双组闪存（支持完整 ECC RAM）和 352KB ECC RAM，并集成 SmartDMA 加速器，能够高效地将工作负载分配到模拟与数字外设上。

二、任务选择：

这次任务，任务3：使用 mikroBUS 接口规范，设计一款扩展板，扩展板功能类型不限，可以是通信、显示、传感器、存储、控制等功能模块。按任务要求，我这里使用 mikroBUS 接口制作了一块DS3232的时钟芯片模块。

三、设计思路：

手头有DS3232时钟芯片，这是一款高精度 I²C 实时时钟（RTC）芯片，带温度补偿晶振（TCXO）的 RTC，内置电池备电、256字节 SRAM、两个可编程闹钟、±2ppm 精度。这里使用mikroBUS 接口制作成模块，外接电池，可以确保整个模块取下后依然准确走时。

DS3232芯片连接到mikroBUS 接口上的I2C总线上，使用3.3V供电。在mikroBUS接口的MOSI引脚上额外连接了两颗WS2812的LED，不过本项目中没有使用。

模块焊接好后，直接插在FRDM-MCXN236开发板的mikroBUS 接口上。FRDM-MCXN236开发板通过I2C总线与DS3232通讯，读取当前时间和设置时间、闹铃。上位机通过串口与FRDM-MCXN236通讯，获取RTC的时间，和设置闹铃。系统框图如下：

四、任务实现：

项目开发分两部分，一个是上位机，使用python开发；一个是下位机，使用官方提供的MCUXpressoIDE开发工具。

上位机使用串口与单片机通讯，使用QT做了个简单的界面。显示当前时间，并且能设置两个闹铃。

在上位机打开串口时，会尝试通过互联网获取当前时间，然后通过串口下发给下位机用来校正时间。可以设定两个闹铃，闹铃可以设定小时、分钟，每天重复。

下位机使用C语言开发，使用官方例程“frdmmcxn236_lpi2c_edma_b2b_transfer_master”进行修改，保留了例程中的I2C通讯部分，去除了DMA部分功能。增加了串口输入的部分。

/*!

 * @brief 初始化 LPUART4（板载 USB 虚拟串口）

 */

static void LPUART4_Init(void) {
	lpuart_config_t config;
	LPUART_GetDefaultConfig(&config);
	config.baudRate_Bps = 115200;
	config.enableTx = true;
	config.enableRx = true;
	LPUART_Init(LPUART4, &config, CLOCK_GetLPFlexCommClkFreq(4U));
}

使用轮询的方式处理串口输入。对设置时间和设置闹铃，使用串口接收字符的第一个字符进行区分，0XAA就是设置时间，0XAE就是设置闹铃。

/*!
 * @brief 串口校时状态机处理（复用板载 USB 虚拟串口 LPUART4）
 * @return true if a time sync just happened
 */
static bool CheckAndHandleTimeSync(LPI2C_Type *i2cBase) {
	while (LPUART_GetStatusFlags(DEMO_LPUART) & kLPUART_RxDataRegFullFlag) {
		uint8_t byte = LPUART_ReadByte(DEMO_LPUART);

		/* 检测帧头 */
		if (byte == SYNC_HEADER_1) {
			g_protoType = SYNC_HEADER_1;
			g_syncIdx = 0;
			continue;
		}
		if (byte == ALARM_HEADER) {
			g_protoType = ALARM_HEADER;
			g_syncIdx = 0;
			continue;
		}

		/* 校时数据接收：AA + 7字节 */
		if (g_protoType == SYNC_HEADER_1) {
			g_syncBuf[g_syncIdx++] = byte;
			if (g_syncIdx >= SYNC_DATA_LEN) {
				DS3232_WriteTime(i2cBase, g_syncBuf[0], g_syncBuf[1],
						g_syncBuf[2], g_syncBuf[3], g_syncBuf[4], g_syncBuf[5],
						g_syncBuf[6]);
				g_protoType = 0;
				g_syncIdx = 0;
				return true;
			}
		}
		/* 闹钟数据接收：AE + 4字节 */
		else if (g_protoType == ALARM_HEADER) {
			g_syncBuf[g_syncIdx++] = byte;
			if (g_syncIdx >= ALARM_DATA_LEN) {
				uint8_t hour1_en = g_syncBuf[0];
				uint8_t min1 = g_syncBuf[1];
				uint8_t hour2_en = g_syncBuf[2];
				uint8_t min2 = g_syncBuf[3];
				bool alarm1_en = (hour1_en & 0x80) ? false : true;
				bool alarm2_en = (hour2_en & 0x80) ? false : true;
				uint8_t hour1 = hour1_en & 0x7F;
				uint8_t hour2 = hour2_en & 0x7F;
				rtc_time_t now;
				DS3232_ReadTime(i2cBase, &now);
				if (alarm1_en) {
					DS3232_SetAlarm1Daily(i2cBase, hour1, min1, now.wday);
				}
				if (alarm2_en) {
					DS3232_SetAlarm2Daily(i2cBase, hour2, min2, now.wday);
				}
				DS3232_EnableAlarmInt(i2cBase, alarm1_en, alarm2_en);
				g_protoType = 0;
				g_syncIdx = 0;
				return true;
			}
		}
	}
	return false;
}

模块设计没有将DS3232的闹铃中断引脚引出，所以当闹铃事件发生时就只能通过查询寄存器的方式获得。当发生闹铃，就闪烁板子上的红色LED灯进行提醒。

	while (1) {
		/* 优先处理串口校时 */
		CheckAndHandleTimeSync(EXAMPLE_I2C_MASTER);
//        SDK_DelayAtLeastUs(1000000, SystemCoreClock);
		SDK_DelayAtLeastUs(250000, SystemCoreClock);
		ret = DS3232_ReadTime(EXAMPLE_I2C_MASTER, &now);
		if (ret != kStatus_Success) {
			PRINTF("I2C read error!\r\n");
			continue;
		}
		print_time(&now);
		DS3232_ReadReg(EXAMPLE_I2C_MASTER, DS3232_REG_STATUS, &status_reg);
		if (status_reg & (STATUS_A1F | STATUS_A2F)) {
			/* 清标志 */
			alarm=1;
			status_reg &= ~(STATUS_A1F | STATUS_A2F);
		    DS3232_WriteReg(EXAMPLE_I2C_MASTER, DS3232_REG_STATUS, status_reg);
		}
		if(alarm>0){
			GPIO_PortToggle(LED_PORT, 1U << LED_RED_PIN);
			alarm++;
			if(alarm>200) alarm=0;
		}else{
			RGB_LED_SetColor(false, false, false);
		}
	}

五、效果展示：

开机后，上位机通过串口读取DS3232当前的时间。

设置两个闹铃，到了闹铃时间，板子上红灯闪烁，提示闹铃。

六、心得体会：

感谢得捷和硬禾科技。一直想动手制作一块mikroBUS接口的板子，终于借此机会实现了。有一点点小小缺憾，自制的mikroBUS接口模块，没有将DS3232的闹钟中断引脚引出，无法通过中断判断闹铃的发生。但是主要功能都实现了，还是非常开心。