マイコン・プログラミング・メモ
RX-8025の使い方（１）

マイコン用のリアルタイムクロックRX-8025、その機能と使用方法について、これまで製作したものを元に紹介します。

１．概要

RX-8025は、セイコーエプソン製のリアルタイムクロックICで、I2Cバスインタフェースで容易にマイコンと接続できるものです。パッケージによってRX-8025SAとRX-8025NBがあります。
リアルタイムクロック（以降RTC）とはマイコンに接続して使う時計ICのことで、ほとんどの場合マイコンの電源がOFFの状態でも計時を続けるように、バックアップ電源を付けて使用します。
先に説明しているRTC-8564と同様に水晶振動子を内蔵し、“年，月，日，曜日，時，分，秒”カウンタと、時刻アラーム割り込み機能および定周期割り込み機能、そしてI2Cバスインタフェースを持ったRTCです。
電源電圧範囲が1.7～5.5Vと広いため、マイコンの電源が3.3Vでも5.0Vでも接続できて便利です。また、時計の精度も月差±13秒程度（周囲温度25℃）と、RTC-8564と比べても高い精度を持っています。
備考：ここでは、IICバス（Inter IC Bus）をI2Cと表記します。

２．ブロック図とピン配置

下記にRX-8025のブロック図とRX-8025NBのパッケージを示します。

３．秋月電子通商のモジュール

RX-8025は、SOPまたはSONという趣味の電子工作では使いにくいパッケージなので、下の写真のように８ピンDIPに変換したものとして秋月電子通商で販売されています。
このモジュールは、SONパッケージのRX-8025NBを実装したもので、I2Cバスのプルアップ抵抗や割り込み出力/INTAをモニタするLED等も載っています。それらは、同じ秋月電子通商のRTC-8564NBモジュールと同様、基板上のジャンパーをハンダでショートすると使用できるようになっています。

このモジュールをバックアップあり電源で動作させる場合は次の点に注意が必要です。

1. 割り込み出力/INTAを使う場合に/INTAをモニタするLEDを使うと、LEDがバックアップ電源を消費してしまうので、LEDは使わない方がいいです。
2. クロック出力端子FOUTからクロックを出力させていると、消費電流が増えるためバックアップ時間が短くなってしまいます。
3. モジュールにあるI2Cバスのプルアップ抵抗を使うと、同じバスに接続された他のデバイスの保護ダイオードなどを通ってバックアップ電源がリークするので、バックアップ時間が短くなってしまいます。

４．内部レジスタ

RX-8025の内部レジスタ一覧表を下記に示します。これは「RX-8025SA/NBアプリケーションマニュアル」から抜粋したものです、詳細を知りたい人はそちらを参照してください。
この中で便利な機能として、電源電圧低下を検知する機能があります。
コントロールレジスタ２（0xF0:Control2）のVDETビットは、電源電圧が2.1Vまたは1.3Vより下がると“1”になるビットで、RTCのバックアップが無効になったかどうか知ることができます。つまり、マイコンが起動時にVDETビットを調べることでRTCを初期化すべきか判断できます。
検知電圧を2.1Vにするか1.3Vにするかは、同じコントロールレジスタ２のVDSLビットで設定します。具体的には、VDSL="0"で2.1V（初期状態）、VDSL="1"で1.3Vになります。
他に、コントロールレジスタ２の/XSTビットで発振停止を検知することができます。/XSTビットは、はじめに/XST="1"をセットしておくと、発振停止を検知したとき/XST="0"になるビットです。これも、RTCのバックアップが無効になったかどうか知ることに利用できます。

５．設定

５－１．機能設定

コントロールレジスタ１で、次に示す機能を設定します。

ビット	名称	機能	設定値		初期値
			"0"	"1"
b2～b0	CT2～CT0	定周期割り込みの設定	（下図参照）		0,0,0
b3	TEST	検査用ビット	（使用禁止）		0
b4	/CLEN2	FOUT端子から出力するクロックの設定	（下図参照）		0
b5	/12,24	計時動作設定	12時間制	24時間制	0
b6	DALE	アラームＤ割り込み機能設定	使わない	使う	0
b7	WALE	アラームＷ割り込み機能設定	使わない	使う	0

FOE端子をオープンにしている場合、FOE端子にはプルダウン抵抗が内蔵されているため、/CLEN1,/CLEN2の設定値にかかわらずFOUT端子からクロックは出力されません。


５－２．動作状態

コントロールレジスタ２は、次の動作状態を示します。ただし、/CLEN1,DVSLビットは設定です。
/CLEN1,DVSLを除く各ビットは、発生を検知後に"0"クリア（/XSTは"1"）して次回の発生に備える必要があります。

ビット	名称	機能	状態／設定値		初期値
			"0"	"1"
b0	DAFG	アラームＤ割り込みの発生を示す	なし	あり	0
b1	WAFG	アラームＷ割り込みの発生を示す	なし	あり	0
b2	CTFG	定周期割り込みの発生を示す	なし	あり	0
b3	/CLEN1	FOUT端子から出力するクロックの設定	（下図参照）		0
b4	PON	パワーオンリセットの検知を示す	なし	あり	1
b5	/XST	発振停止の検知を示す	あり	なし	－
b6	VDET	電源電圧低下の検知を示す	なし	あり	0
b7	VDSL	電源電圧低下検知の基準電圧を選択	2.1V	1.3V	0

CTFGまたはDAFGが"1"のとき/INTA端子はLOW（割り込みON）です。WAFGが"1"のとき/INTB端子はLOW（割り込みON）です。
マイコンは、/INTAによる割り込みを検知後、CTFGが"1"ならCTFGを、DAFGが"1"ならDAFGを"0"クリアして、次回の割り込みに備える必要があります。また、/INTBによる割り込みを検知後、WAFGが"1"ならWAFGを"0"クリアして、次回の割り込みに備える必要があります。
ただし、定周期割り込みによる/INTAをパルスモードに設定している場合はCTFGを"0"クリアできません。


５－３．定周期割り込みを使う

一定周期でマイコンに割り込みをかけたい場合、定周期割り込みを使います（割り込み出力は/INTA端子）。
設定は下図に示すように、コントロールレジスタ１のCT2,CT1,CT0ビットで行います。
パルスモードというのは、割り込み発生で/INTA端子がLOWになり、一定時間後にHIGHに戻るというモードです。一定時間とは、下図にあるように0.5秒（１Hz）または0.25秒（2Hz）です。マイコンが/INTAの立下りエッジで検知する場合に使用するモードです。
レベルモードというのは、割り込み発生で/INTA端子がLOWになったら、コントロールレジスタ２のCTFGビットに"0"を書き込むまでLOWを維持するモードです。マイコンは/INTAの立下りエッジ検知でもLOWレベル検知でも使用できるモードです。
定周期割り込みを使わない場合は、CT2,CT1,CT0ビットを全て"0"に設定します。

５－４．アラームＷ割り込みを使う

アラームＷ割り込みは、指定した曜日の指定した時刻（時：分）に割り込みを発生させる機能です（割り込み出力は/INTB端子）。
設定は次のとおりです。
（１）コントロールレジスタ１のWALEビットに“0”を書き込み、アラームＷ機能を停止します。
     このときコントロールレジスタ２のWAFGビットは"0"になります。
（２）アラームＷレジスタに割り込みを発生させたい時刻（時：分）と曜日をセットします。
     時：分はBCD（BinaryCodedDecimal：２進化１０進数）形式です。ただし、レジスタHourのb5は、12時間制ではAM/PMの意味です。
（３）コントロールレジスタ１のWALEビットに“1”を書き込み、アラームＷ機能を有効にします。

以上で準備完了です、アラームＷレジスタと時計の曜日と時刻（時：分）が一致したとき、コントロールレジスタ２のWAFGビットが“1”になって割り込み（/INTB端子LOW）が発生します。
/INTB端子はレベル出力なので、割り込みを受け付けたらコントロールレジスタ２のWAFGビットに“0”を書き込んで、次の割り込みに備えます。もし、この1度きりで次回の割り込みを使用しないのであれば、コントロールレジスタ１のWALEビットに“0”を書き込んでおきます。
セットできるのは曜日と時刻（時：分）で、日付は指定できません。

５－５．アラームＤ割り込みを使う

アラームＤ割り込みは、指定した時刻（時：分）に割り込みを発生させる機能です（割り込み出力は/INTA端子）。
設定は次のとおりです。
（１）コントロールレジスタ１のDALEビットに“0”を書き込み、アラームＤ機能を停止します。
     このときコントロールレジスタ２のDAFGビットは"0"になります。
（２）アラームＤレジスタに割り込みを発生させたい時刻（時：分）をセットします。
     時：分はBCD（BinaryCodedDecimal：２進化１０進数）形式です。ただし、レジスタHourのb5は、12時間制ではAM/PMの意味です。
（３）コントロールレジスタ１のDALEビットに“1”を書き込み、アラームＤ機能を有効にします。

以上で準備完了です、アラームＤレジスタと時計の時刻（時：分）が一致したとき、コントロールレジスタ２のDAFGビットが“1”になって割り込み（/INTA端子LOW）が発生します。
/INTA端子はレベル出力なので、割り込みを受け付けたらコントロールレジスタ２のDAFGビットに“0”を書き込んで、次の割り込みに備えます。もし、この1度きりで次回の割り込みを使用しないのであれば、コントロールレジスタ１のDALEビットに“0”を書き込んでおきます。
セットできるのは時刻（時：分）のみで、日付・曜日は指定できません。

５－６．時計精度調整機能を使う

RX-8025は高精度と言っても、およそ5×10^-6（約13秒／月）の誤差があり、周囲温度によって発振周波数の変動もあるため、時計の進み／遅れが発生します。
下図に示すレジスタDigitalOffsetによって、3.05×10^-6単位（0.26秒／日，7.9秒／月に相当）で進めるまたは遅らせることができます。
調整手順（例）を以下に示します。

（１）現在の発振周波数（f[Hz]）を測定。
     測定できない場合は、時計の進み／遅れから周波数を計算。
（２）ずれ量（Dev）を計算する。
     Dev = ( f - 32768) / 32768
（３）ずれ量から調整データ（Adj）を得る。
     Devが負の時：Adj = 128 + ( Dev / 3.05×10^-6 )
     Devが正の時：Adj = ( Dev / 3.05×10^-6 ) + 1
（４）調整データAdjを整数にしレジスタDigitalOffsetにセットする。
     レジスタDigitalOffsetのb7は必ず"0"であること。

この機能を使えば、RX-8025周囲温度を測定することでマイコンによって自動的に調整することも可能です。ただし、データシートによると、およそ25±9℃の範囲では「ずれ量」が少ないため、3.05×10^-6単位の調整対象になりません。
調整値は+63（遅らせる）～-64（進める）の範囲で設定できますが、その単位は3.05ppm（±0.26秒／日，±7.9秒／月に相当）であり、月差±7.9秒に満たない微調整は困難です。

５－７．定周期割り込みをパルスモードで使用する場合の注意

定周期割り込みをパルスモードで使用し、同時にアラームＤ割り込みも使い、それをマイコンが立下りエッジで検出する構成では、ほとんどの場合アラームＤ割り込みを検知できません。
それは、アラームＤ割り込みが定周期割り込みより少し遅れて発生するためで、下図で詳細を説明します。
定周期割り込みの発生を示すCTFG="1"は時刻更新の92μS前、アラームＤ割り込みの発生を示すDAFG="1"は時刻更新の61μS後なので同時ではありません。
そのため、INTA割り込みを検知後すぐにDAFGを読み込むと、まだ"1"ではないためアラームＤは発生していないと判断されます。
また、CTFG="1"つまり/INTA端子のLOWは継続するので、その後DAFG="1"が発生してもエッジがないためマイコンは検知できません。
なお、通信中（ストップ条件受信まで）は図にあるように時刻の更新が遅延されるため、アラームＤ割り込みの発生を示すDAFG="1"は、さらに遅れる可能性があります。

結局はアラームＤ割り込みの発生を示すDAFGのクリア処理が必要になるので、定周期割り込みとアラームＤ割り込みの両方を使うのであれば、定周期割り込みもレベルモードとし、マイコンもINTA割り込みをLOWレベルで検知する構成にすることをお勧めします。

「RX-8025の使い方（２）」へつづく

Copyright© 2012-2021 S.Suzuki All Rights Reseved.