Tiny RTC I2C Modules – часы, точный генератор, микросхема памяти. RTC модуль DS1307 подключение к Arduino Tiny rtc i2c modules подключение arduino nano

DS1307 это небольшой модуль, предназначенный для подсчета времени. Собранный на базе микросхемы DS1307ZN с реализацией питания от литиевой батарейки (LIR2032), что позволяет работать автономно в течение длительного времени. Также на модуле, установлена энергонезависимая память EEPROM объемом 32 Кбайт (AT24C32). Микросхема AT24C32 и DS1307ZN связаны обшей шиной интерфейсом I2C.

Технические параметры

Напряжение питания: 5В
Рабочая температура: – 40℃ … + 85℃
Память: 56 байт (энергонезависимая)
Батарейка: LIR2032 (автоматическое определение источника питания)
Интерфейса: I2C
Габариты: 28мм х 25мм х 8 мм

Общие сведения

Использовании модуля DS1307 зачастую очень оправдано, например, когда данные считываются редко, интервалом более недели, использовать собственные ресурсы контроллера, неоправданно или невозможно. Обеспечивание бесперебойное питание, например платы Arduino, на длительный срок дорого, даже при использовании батареи.
Благодаря собственной памяти и автономностью, можно регистрировать события, (при автономном питании) например изменение температуры и так далее, данные сохраняются в памяти их можно считать из памяти модуля. Так что модуль DS1307 часто используют, когда контроллерам Arduino необходимо знать точное время, для запуска какого то события и так далее.

Обмен данными с другими устройствами осуществляется по интерфейсу I2C с выводов SCL и SDA. Конденсаторы С1 и С2 необходимы для снижения помех по линию питания. Чтобы обеспечить надлежащего уровня сигналов SCL и SDA установлены резисторы R2 и R3 (подтянуты к питанию). Для проверки работоспособности модуля, на вывод 7 микросхему DS1307Z, подается сигнал SQ, прямоугольной формы с частотой 1 Гц. Элементы R4, R5, R6, VD1 необходимы для подзарядку литиевой батарейки. Так же, на плате предусмотрено посадочное место (U1), для установки датчика температуры DS18B20 (при необходимости можно впаять его), считывать показания, можно с вывода DS, который подтянут к пиатнию, через резистор R1 сопротивлением 3.3 кОм. Принципиальную схему и назначение контактов можно посмотреть на рисунках ниже.

На плате расположено две группы контактов, шагом 2.54 мм, для удобного подключения к макетной плате, буду использовать штырьевые разъемы, их необходимо впаять.

Первая группа контактов:
DS: вывод DS18B20 (1-wire)

VCC: «+» питание модуля
GND: «-» питание модуля

Вторая группа контактов:
SQ: вход 1 МГц
DS: вывод DS18B20 (1-wire)
SCL: линия тактирования (Serial CLock)
SDA: линия данных (Serial Dфta)
VCC: «+» питание модуля
GND:«-» питание модуля
BAT:

Подзарядка батареи
Как описывал ваше модуль может заряжать батарею, реализовано это, с помощью компонентов R4, R5, R6 и диода D1. Но, данная схема имеет недостаток, через резистор R4 и R6 происходит разряд батареи (как подметил пользователь ALEXEY, совсем не большой). Так как модуль потребляем незначительный ток, можно удалить цепь питания, для этого убираем R4, R5, R6 и VD1, вместо R6 поставим перемычку (после удаления компонентов, можно использовать обычную батарейку CR2032).

Подключение DS1307 к Arduino

Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см x 1 шт.
Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.
Часы реального времени RTC DS1307 x 1 шт.

Подключение:
Для подключения часы реального времени DS1307, необходимо впаять впаять штыревые разъемы в первую группу контактов. Далее, подключаем провода SCL (DS1307) к выводу 4 (Arduino UNO) и SDA (DS1307) к выводу 5 (Arduino UNO), осталось подключить питания VCC к +5V и GND к GND. Кстати, в различных платах Arduino вывода интерфейса I2C отличаются, назначение каждого можно посмотреть ниже.

Установка времени DS1307
Первым делом, необходимо скачать и установить библиотеку «DS1307RTC» и «TimeLib» в среду разработки IDE Arduino, далее необходимо настроить время, открываем пример из библиотеки DS1307RTC «Файл» —> «Примеры» —> «DS1307RTC» —> «SetTime» или копируем код снизу.

// Подключаем библиотеку DS1307RTC const char *monthName = { "Jan", "Feb", "Mar", "Apr", "May", "Jun", "Jul", "Aug", "Sep", "Oct", "Nov", "Dec" }; tmElements_t tm; void setup() { bool parse=false; bool config=false; // get the date and time the compiler was run if (getDate(__DATE__) && getTime(__TIME__)) { parse = true; // and configure the RTC with this info if (RTC.write(tm)) { config = true; } } Serial.begin(9600); while (!Serial) ; // wait for Arduino Serial Monitor delay(200); if (parse && config) { Serial.print("DS1307 configured Time="); Serial.print(__TIME__); Serial.print(", Date="); Serial.println(__DATE__); } else if (parse) { Serial.println("DS1307 Communication Error:-{"); Serial.println("Please check your circuitry"); } else { Serial.print("Could not parse info from the compiler, Time=\""); Serial.print(__TIME__); Serial.print("\", Date=\""); Serial.print(__DATE__); Serial.println("\""); } } void loop() { } bool getTime(const char *str) { int Hour, Min, Sec; if (sscanf(str, "%d:%d:%d", &Hour, &Min, &Sec) != 3) return false; tm.Hour = Hour; tm.Minute = Min; tm.Second = Sec; return true; } bool getDate(const char *str) { char Month; int Day, Year; uint8_t monthIndex; if (sscanf(str, "%s %d %d", Month, &Day, &Year) != 3) return false; for (monthIndex = 0; monthIndex < 12; monthIndex++) { if (strcmp(Month, monthName) == 0) break; } if (monthIndex >= 12) return false; tm.Day = Day; tm.Month = monthIndex + 1; tm.Year = CalendarYrToTm(Year); return true; }

Скачать скетч

Загружаем данную скетч в контроллер Arduino (время берется с ОС), открываем «Мониторинг порта»

Программа
В библиотеке есть еще один пример, открыть его можно DS1307RTC «Файл» —> «Примеры» —> «DS1307RTC» —> «ReadTest»

/* Тестирование производилось на Arduino IDE 1.6.12 Дата тестирования 23.11.2016г. */ #include // Подключаем библиотеку Wire #include // Подключаем библиотеку TimeLib #include // Подключаем библиотеку DS1307RTC void setup() { Serial.begin(9600); // Устанавливаем скорость передачи данных while (!Serial) ; // Ожидаем подключение последовательного порта. Нужно только для Leonardo delay(200); // Ждем 200 мкс Serial.println("DS1307RTC Read Test"); // Выводим данные на последовательный порт Serial.println("-------------------"); // Выводим данные на последовательный порт } void loop() { tmElements_t tm; if (RTC.read(tm)) { Serial.print("Ok, Time = "); print2digits(tm.Hour); Serial.write(":"); print2digits(tm.Minute); Serial.write(":"); print2digits(tm.Second); Serial.print(", Date (D/M/Y) = "); Serial.print(tm.Day); Serial.write("/"); Serial.print(tm.Month); Serial.write("/"); Serial.print(tmYearToCalendar(tm.Year)); Serial.println(); } else { if (RTC.chipPresent()) { Serial.println("The DS1307 is stopped. Please run the SetTime"); Serial.println("example to initialize the time and begin running."); Serial.println(); } else { Serial.println("DS1307 read error! Please check the circuitry."); Serial.println(); } delay(9000); } delay(1000); } void print2digits(int number) { if (number >= 0 && number < 10) { Serial.write("0"); } Serial.print(number); }

Скачать скетч

Загружаем данную код в контроллер Arduino, открываем «Мониторинг порта»

Во многих проектах Ардуино требуется отслеживать и фиксировать время наступления тех или иных событий. Модуль часов реального времени, оснащенный дополнительной батарей, позволяет хранить текущую дату, не завися от наличия питания на самом устройстве. В этой статье мы поговорим о наиболее часто встречающихся модулях RTC DS1307, DS1302, DS3231, которые можно использовать с платой Arduino.

Модуль часов представляет собой небольшую плату, содержащей, как правило, одну из микросхем DS1307, DS1302, DS3231.Кроме этого, на плате практически можно найти механизм установки батарейки питания. Такие платы часто применяется для учета времени, даты, дня недели и других хронометрических параметров. Модули работают от автономного питания – батареек, аккумуляторов, и продолжают проводить отсчет, даже если на Ардуино отключилось питание. Наиболее распространенными моделями часов являются DS1302, DS1307, DS3231. Они основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (часы реального времени).

Часы ведут отсчет в единицах, которые удобны обычному человеку – минуты, часы, дни недели и другие, в отличие от обычных счетчиков и тактовых генераторов, которые считывают «тики». В Ардуино имеется специальная функция millis(), которая также может считывать различные временные интервалы. Но основным недостатком этой функции является сбрасывание в ноль при включении таймера. С ее помощью можно считать только время, установить дату или день недели невозможно. Для решения этой проблемы и используются модули часов реального времени.

Электронная схема включает в себя микросхему, источник питания, кварцевый резонатор и резисторы. Кварцевый резонатор работает на частоте 32768 Гц, которая является удобной для обычного двоичного счетчика. В схеме DS3231 имеется встроенный кварц и термостабилизация, которые позволяют получить значения высокой точности.

Сравнение популярных модулей RTC DS1302, DS1307, DS3231

В этой таблице мы привели список наиболее популярных модулей и их основные характеристики.

Название	Частота	Точность	Поддерживаемые протоколы
DS1307	1 Гц, 4.096 кГц, 8.192 кГц, 32.768 кГц	Зависит от кварца – обычно значение достигает 2,5 секунды в сутки, добиться точности выше 1 секунды в сутки невозможно. Также точность зависит от температуры.	I2C
DS1302	32.768 кГц	5 секунд в сутки	I2C, SPI
DS3231	Два выхода – первый на 32.768 кГц, второй – программируемый от 1 Гц до 8.192 кГц	±2 ppm при температурах от 0С до 40С. ±3,5 ppm при температурах от -40С до 85С. Точность измерения температуры – ±3С	I2C

Модуль DS1307

DS1307 – это модуль, который используется для отсчета времени. Он собран на основе микросхемы DS1307ZN, питание поступает от литиевой батарейки для реализации автономной работы в течение длительного промежутка времени. Батарея на плате крепится на обратной стороне. На модуле имеется микросхема AT24C32 – это энергонезависимая память EEPROM на 32 Кбайт. Обе микросхемы связаны между собой шиной I2C. DS1307 обладает низким энергопотреблением и содержит часы и календарь по 2100 год.

Модуль обладает следующими параметрами:

Питание – 5В;
Диапазон рабочих температур от -40С до 85С;
56 байт памяти;
Литиевая батарейка LIR2032;
Реализует 12-ти и 24-х часовые режимы;
Поддержка интерфейса I2C.

Модуль оправдано использовать в случаях, когда данные считываются довольно редко, с интервалом в неделю и более. Это позволяет экономить на питании, так как при бесперебойном использовании придется больше тратить напряжения, даже при наличии батарейки. Наличие памяти позволяет регистрировать различные параметры (например, измерение температуры) и считывать полученную информацию из модуля.

Взаимодействие с другими устройствами и обмен с ними информацией производится с помощью интерфейса I2C с контактов SCL и SDA. В схеме установлены резисторы, которые позволяют обеспечивать необходимый уровень сигнала. Также на плате имеется специальное место для крепления датчика температуры DS18B20.Контакты распределены в 2 группы, шаг 2,54 мм. В первой группе контактов находятся следующие выводы:

DS – вывод для датчика DS18B20;
SCL – линия тактирования;
SDA – линия данных;
VCC – 5В;

Во второй группе контактов находятся:

SQ – 1 МГц;
BAT – вход для литиевой батареи.

Для подключения к плате Ардуино нужны сама плата (в данном случае рассматривается Arduino Uno), модуль часов реального времени RTC DS1307, провода и USB кабель.

Чтобы подключить контроллер к Ардуино, используются 4 пина – VCC, земля, SCL, SDA.. VCC с часов подключается к 5В на Ардуино, земля с часов – к земле с Ардуино, SDA – А4, SCL – А5.

Для начала работы с модулем часов нужно установить библиотеки DS1307RTC, TimeLib и Wire. Можно использовать для работы и RTCLib.

Проверка RTC модуля

При запуске первого кода программа будет считывать данные с модуля раз в секунду. Сначала можно посмотреть, как поведет себя программа, если достать из модуля батарейку и заменить на другую, пока плата Ардуино не присоединена к компьютеру. Нужно подождать несколько секунд и вытащить батарею, в итоге часы перезагрузятся. Затем нужно выбрать пример в меню Examples→RTClib→ds1307. Важно правильно поставить скорость передачи на 57600 bps.

При открытии окна серийного монитора должны появиться следующие строки:

Будет показывать время 0:0:0. Это связано с тем, что в часах пропадает питание, и отсчет времени прекратится. По этой причине нельзя вытаскивать батарею во время работы модуля.

Чтобы провести настройку времени на модуле, нужно в скетче найти строку

RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));

В этой строке будут находиться данные с компьютера, которые используются ля прошивки модуля часов реального времени. Для корректной работы нужно сначала проверить правильность даты и времени на компьютере, и только потом начинать прошивать модуль часов. После настройки в мониторе отобразятся следующие данные:

Настройка произведена корректно и дополнительно перенастраивать часы реального времени не придется.

Считывание времени. Как только модуль настроен, можно отправлять запросы на получение времени. Для этого используется функция now(), возвращающая объект DateTime, который содержит информацию о времени и дате. Существует ряд библиотек, которые используются для считывания времени. Например, RTC.year() и RTC.hour() – они отдельно получают информацию о годе и часе. При работе с ними может возникнуть проблема: например, запрос на вывод времени будет сделан в 1:19:59. Прежде чем показать время 1:20:00, часы выведут время 1:19:00, то есть, по сути, будет потеряна одна минута. Поэтому эти библиотеки целесообразно использовать в случаях, когда считывание происходит нечасто – раз в несколько дней. Существуют и другие функции для вызова времени, но если нужно уменьшить или избежать погрешностей, лучше использовать now() и из нее уже вытаскивать необходимые показания.

Пример проекта с i2C модулем часов и дисплеем

Проект представляет собой обычные часы, на индикатор будет выведено точное время, а двоеточие между цифрами будет мигать с интервалом раз в одну секунду. Для реализации проекта потребуются плата Arduino Uno, цифровой индикатор, часы реального времени (в данном случае вышеописанный модуль ds1307), шилд для подключения (в данном случае используется Troyka Shield), батарейка для часов и провода.

В проекте используется простой четырехразрядный индикатор на микросхеме TM1637. Устройство обладает двухпроводным интерфейсом и обеспечивает 8 уровней яркости монитора. Используется только для показа времени в формате часы:минуты. Индикатор прост в использовании и легко подключается. Его выгодно применять для проектов, когда не требуется поминутная или почасовая проверка данных. Для получения более полной информации о времени и дате используются жидкокристаллические мониторы.

Модуль часов подключается к контактам SCL/SDA, которые относятся к шине I2C. Также нужно подключить землю и питание. К Ардуино подключается так же, как описан выше: SDA – A4, SCL – A5, земля с модуля к земле с Ардуино, VCC -5V.

Индикатор подключается просто – выводы с него CLK и DIO подключаются к любым цифровым пинам на плате.

Скетч. Для написания кода используется функция setup, которая позволяет инициализировать часы и индикатор, записать время компиляции. Вывод времени на экран будет выполнен с помощью loop.

#include #include "TM1637.h" #include "DS1307.h" //нужно включить все необходимые библиотеки для работы с часами и дисплеем. char compileTime = __TIME__; //время компиляции. #define DISPLAY_CLK_PIN 10 #define DISPLAY_DIO_PIN 11 //номера с выходов Ардуино, к которым присоединяется экран; void setup() { display.set(); display.init(); //подключение и настройка экрана. clock.begin(); //включение часов. byte hour = getInt(compileTime, 0); byte minute = getInt(compileTime, 2); byte second = getInt(compileTime, 4); //получение времени. clock.fillByHMS(hour, minute, second); //подготовка для записывания в модуль времени. clock.setTime(); //происходит запись полученной информации во внутреннюю память, начало считывания времени. } void loop() { int8_t timeDisp; //отображение на каждом из четырех разрядов. clock.getTime();//запрос на получение времени. timeDisp = clock.hour / 10; timeDisp = clock.hour % 10; timeDisp = clock.minute / 10; timeDisp = clock.minute % 10; //различные операции для получения десятков, единиц часов, минут и так далее. display.display(timeDisp); //вывод времени на индикатор display.point(clock.second % 2 ? POINT_ON: POINT_OFF);//включение и выключение двоеточия через секунду. } char getInt(const char* string, int startIndex) { return int(string - "0") * 10 + int(string) - "0"; //действия для корректной записи времени в двухзначное целое число. В ином случае на экране будет отображена просто пара символов. }

После этого скетч нужно загрузить и на мониторе будет показано время.

Программу можно немного модернизировать. При отключении питания выше написанный скетч приведет к тому, что после включения на дисплее будет указано время, которое было установлено при компиляции. В функции setup каждый раз будет рассчитываться время, которое прошло с 00:00:00 до начала компиляции. Этот хэш будет сравниваться с тем, что хранятся в EEPROM, которые сохраняются при отключении питания.

Для записи и чтения времени в энергонезависимую память или из нее нужно добавить функции EEPROMWriteInt и EEPROMReadInt. Они нужны для проверки совпадения/несовпадения хэша с хэшем, записанным в EEPROM.

Можно усовершенствовать проект. Если использовать жидкокристаллический монитор, можно сделать проект, который будет отображать дату и время на экране. Подключение всех элементов показано на рисунке.

В результате в коде нужно будет указать новую библиотеку (для жидкокристаллических экранов это LiquidCrystal), и добавить в функцию loop() строки для получения даты.

Алгоритм работы следующий:

Подключение всех компонентов;
Проверка – на экране монитора должны меняться ежесекундно время и дата. Если на экране указано неправильное время, нужно добавить в скетч функцию RTC.write (tmElements_t tm). Проблемы с неправильно указанным временем связаны с тем, что модуль часов сбрасывает дату и время на 00:00:00 01/01/2000 при выключении.
Функция write позволяет получить дату и время с компьютера, после чего на экране будут указаны верные параметры.

Заключение

Модули часов используются во многих проектах. Они нужны для систем регистрации данных, при создании таймеров и управляющих устройств, которые работают по заданному расписанию, в бытовых приборах. С помощью широко распространенных и дешевых модулей вы можете создать такие проекты как будильник или регистратор данных с сенсоров, записывая информацию на SD-карту или показывая время на экране дисплея. В этой статье мы рассмотрели типичные сценарии использования и варианты подключения наиболее популярных видов модулей.

В данной статье мы рассмотрим, как сделать точные часы на базе Arduino или AVR-микроконтроллера микросхемы часов реального времени DS1307. Время будет выводиться на LCD дисплей.

Что необходимо

компьютер с установленной Arduino IDE;
микросхема DS1307 или модуль RTC на ее основе ;
комплектующие из списка элементов.

Вы можете заменить плату Arduino на контроллер Atmel, но убедитесь, что у него достаточно входных и выходных выводов и есть аппаратная реализация интерфейса I2C. Я использую ATMega168A-PU. Если вы будете использовать отдельный микроконтроллер, то вам понадобится программатор, например, AVR MKII ISP.

Предполагается, что читатель знаком с макетированием, программированием в Arduino IDE и имеет некоторые знания языка программирования C. Обе программы, приведенные ниже, не нуждаются в дополнительном разъяснении.

Введение

Как микроконтроллеры отслеживают время и дату? Обычный микроконтроллер обладает функцией таймера, который стартует от нуля при подаче напряжения питания, а затем начинает считать. В мире Arduino мы можем использовать функцию millis() , чтобы узнать, сколько прошло миллисекунд с того времени, когда было подано напряжение питания. Когда вы снимете и снова подадите питания, она начнет отсчет с самого начала. Это не очень удобно, когда дело доходит до работы с часами и датами.

Вот здесь и будет удобно использование микросхемы RTC (Real Time Clock, часов реального времени). Эта микросхема с батарейкой 3В или каким-либо другим источником питания следит за временем и датой. Часы/календарь обеспечивают информацию о секундах, минутах, часах, дне недели, дате, месяце и годе. Микросхема корректно работает с месяцами продолжительностью 30/31 день и с високосными годами. Связь осуществляется через шину I2C (шина I2C в данной статье не обсуждается).

Если напряжение на главной шине питания Vcc падает ниже напряжения на батарее Vbat, RTC автоматически переключается в режим низкого энергопотребления от резервной батареи. Резервная батарея - это обычно миниатюрная батарея (в виде «монетки», «таблетки») напряжением 3 вольта, подключенная между выводом 3 и корпусом. Таким образом, микросхема по-прежнему будет следить за временем и датой, и когда на основную схему будет подано питание, микроконтроллер получит текущие время и дату.

В этом проекте мы будем использовать DS1307. У этой микросхемы вывод 7 является выводом SQW/OUT (выходом прямоугольных импульсов). Вы можете использовать этот вывод для мигания светодиодом и оповещения микроконтроллера о необходимости фиксации времени. Мы будем делать и то, и другое. Ниже приведено объяснение работы с выводом SQW/OUT.

Для управления работой вывода SQW/OUT используется регистр управления DS1307.

Бит 7: управление выходом (OUT) Этот бит управляет выходным уровнем вывода SQW/OUT, когда выход прямоугольных импульсов выключен. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT равен 1, если OUT = 1, и 0, если OUT = 0. Первоначально обычно этот бит равен 0. Бит 4: включение прямоугольных импульсов (SQWE) Этот бит, когда установлен в логическую 1, включает выходной генератор. Частота прямоугольных импульсов зависит от значений битов RS0 и RS1. Когда частота прямоугольных импульсов настроена на значение 1 Гц, часовые регистры обновляются во время спада прямоугольного импульса. Первоначально обычно этот бит равен 0. Биты 1 и 0: выбор частоты (RS) Эти биты управляют частотой выходных прямоугольных импульсов, когда выход прямоугольных импульсов включен. Следующая таблица перечисляет частоты прямоугольных импульсов, которые могут быть выбраны с помощью данных битов. Первоначально обычно эти биты равны 1.

Данная таблица поможет вам с частотой:

Выбор частоты прямоугольных импульсов DS1307

Частота импульсов	Бит 4	Бит 1	Бит 0
1 Гц	1	0	0
4,096 кГц	1	0	1
8,192 кГц	1	1	0
32,768 кГц	1	1	1

Если вы подключили светодиод и резистор к выводу 7 и хотите, чтобы светодиод мигал с частотой 1 Гц, то должны записать в регистр управления значение 0b00010000. Если вам нужны импульсы 4,096 кГц, то вы должны записать 0b000100001. В этом случае, чтобы увидеть импульсы вам понадобится осциллограф, так как светодиод будет мигать так быстро, что будет казаться, что он светится постоянно. Мы будем использовать импульсы с частотой 1 Гц.

Аппаратная часть

Ниже показана структурная схема того, что нам необходимо.

Мы нужны:

разъем ISP (In System Programming, внутрисхемное программирование) для прошивки микроконтроллера;
кнопки для установки времени и даты;
микроконтроллер для связи с RTC через шину I2C;
дисплей для отображения даты и времени.

Принципиальная схема:

Перечень элементов

Ниже приведен скриншот из Eagle:

Программное обеспечение

В этом руководстве мы будем использовать два различных скетча: один, который записывает время и дату в RTC, и один, который считывает время и дату из RTC. Мы сделали так потому, что так вы сможете получить более полное представление о том, что происходит. Мы будем использовать одну и ту же схему для обеих программ.

Сперва мы запишем время и дату в RTC, что аналогично установке времени на часах.

Мы используем две кнопки. Одну для увеличения часов, минут, даты, месяца, года и дня недели, а вторую для выбора между ними. Приложение не считывает состояния каких-либо критически важных датчиков, поэтому мы будем использовать прерывания для проверки, нажата ли кнопка, и обработки дребезга контактов.

Следующий код устанавливает значения и записывает их в RTC:

#include // Определение выводов LCD #define RS 9 #define E 10 #define D4 8 #define D5 7 #define D6 6 #define D7 5 LiquidCrystal lcd(RS, E, D4, D5, D6, D7); // Прерывание 0 – это вывод 4 микроконтроллера (цифровой вывод 2 Arduino) int btnSet = 0; // Прерывание 1 – это вывод 5 микроконтроллера (цифровой вывод 3 Arduino) int btnSel = 1; // Флаги прерываний volatile int togBtnSet = false; volatile int togBtnSel = false; volatile int counterVal = 0; // Переменные для отслеживания, где в "меню" мы находимся volatile int menuCounter = 0; // Массив значений volatile int menuValues; // 0=часы, 1=минуты, 2=день месяца, 3=месяц, 4=год, 5=день недели // Заголовки меню char* menuTitles = { "Set hour. ", "Set minute. ", "Set date. ", "Set month. ", "Set year. ", "Set day (1=mon)." }; // Массив дней недели char* days = { "NA", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fre", "Sat", "Sun" }; void setup() { // Объявление прерываний, выполнение функций increaseValue/nextItem // по переднему фронту на btnXXX attachInterrupt(btnSet, increaseValue, RISING); attachInterrupt(btnSel, nextItem, RISING); Wire.begin(); lcd.begin(16,2); showWelcome(); } // Функция прерывания void increaseValue() { // Переменные static unsigned long lastInterruptTime = 0; // Создание метки времени unsigned long interruptTime = millis(); // Если timestamp - lastInterruptTime больше, чем 200 if (interruptTime - lastInterruptTime > 200) { togBtnSet = true; // Увеличить counterVal на 1 counterVal++; } // Установка lastInterruptTime равным метке времени // так мы знаем, что прошли дальше lastInterruptTime = interruptTime; } // Функция прерывания для следующего пункта меню void nextItem() { static unsigned long lastInterruptTime = 0; unsigned long interruptTime = millis(); if (interruptTime - lastInterruptTime > 200) { togBtnSel = true; // Увеличить счетчик меню, так мы переходим к следующему пункту меню menuCounter++; if (menuCounter > 6) menuCounter = 0; // Поместить counterVal в элемент массива счетчиков меню menuValues = counterVal; // Сбросить counterVal, сейчас мы начинаем с 0 для следующего пункта меню counterVal = 0; } lastInterruptTime = interruptTime; } // Функция преобразования десятичных чисел в двоично-десятичный код byte decToBCD(byte val) { return ((val/10*16) + (val%10)); } // Функция проверки, была ли нажата кнопки листания меню, // и обновления заголовка на дисплее. void checkCurrentMenuItem() { if (togBtnSel) { togBtnSel = false; lcd.setCursor(0,0); lcd.print(menuTitles); } } // Функция проверки, была ли нажата кнопка увеличения значения, // и обновления переменной в соответствующем элементе массива, // плюс вывод нового значения на дисплей. void checkAndUpdateValue() { // Проверить, если прерывание сработало = кнопка нажата if (togBtnSet) { // Обновить значение элемента массива с counterVal menuValues = counterVal; // Сбросить флаг прерывания togBtnSet = false; lcd.setCursor(7,1); // Напечатать новое значение lcd.print(menuValues); lcd.print(" "); } } // Короткое приветственное сообщение, теперь мы знаем, что всё нормально void showWelcome() { lcd.setCursor(2,0); lcd.print("Hello world."); lcd.setCursor(3,1); lcd.print("I"m alive."); delay(500); lcd.clear(); } // Запись данных в RTC void writeRTC() { Wire.beginTransmission(0x68); Wire.write(0); // начальный адрес Wire.write(0x00); // секунды Wire.write(decToBCD(menuValues)); // преобразовать минуты в BCD-код и записать Wire.write(decToBCD(menuValues)); // преобразовать часы в BCD-код и записать Wire.write(decToBCD(menuValues)); // преобразовать день недели в BCD-код и записать Wire.write(decToBCD(menuValues)); // преобразовать день месяца в BCD-код и записать Wire.write(decToBCD(menuValues)); // преобразовать месяц в BCD-код и записать Wire.write(decToBCD(menuValues)); // преобразовать год в BCD-код и записать Wire.write(0b00010000); // включить прямоугольные импульсы 1 Гц на выводе 7 Wire.endTransmission(); // закрыть передачу } // Показать время // Чтобы посмотреть, что RTC работает, вам необходимо посмотреть другую программу void showTime() { lcd.setCursor(0,0); lcd.print(" "); lcd.print(menuValues); lcd.print(":"); // часы lcd.print(menuValues); lcd.print(":"); lcd.print("00 "); // минуты lcd.setCursor(3,1); lcd.print(days); lcd.print(" "); // день недели lcd.print(menuValues); lcd.print("."); // дата lcd.print(menuValues); lcd.print("."); // месяц lcd.print(menuValues); lcd.print(" "); // год // вызов функции writeRTC writeRTC(); } void loop() { if (menuCounter < 6) { checkCurrentMenuItem(); checkAndUpdateValue(); } else { showTime(); } }

Эта программа начинается с короткого приветственного сообщения. Это сообщение говорит нам, что подано питание, LCD работает, и что программа запустилась. Так как скетч служит лишь для того, чтобы показать, как записать данные из Arduino в RTC DS1307, то в нем отсутствует вспомогательный функционал (проверка, попадают ли значения в допустимые диапазоны; зацикливание при нажимании на кнопку увеличения значения, то есть сброс на 0, когда значение, например, минут превысит 60, и т.д.)

// Включение заголовочных файлов #include #include // Определение выводов LCD #define RS 9 #define E 10 #define D4 8 #define D5 7 #define D6 6 #define D7 5 LiquidCrystal lcd(RS, E, D4, D5, D6, D7); // Вывод, который будет принимать импульсы от RTC volatile int clockPin = 0; // Переменные времени и даты byte second; byte minute; byte hour; byte day; byte date; byte month; byte year; // Массив дней недели char* days = { "NA", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fre", "Sat", "Sun" }; // Функция, которая выполняется только при запуске void setup() { pinMode(clockPin, INPUT); pinMode(clockPin, LOW); Wire.begin(); lcd.begin(16,2); showWelcome(); } // Короткое приветственное сообщение, теперь мы знаем, что всё нормально void showWelcome() { lcd.setCursor(2,0); lcd.print("Hello world."); lcd.setCursor(3,1); lcd.print("I"m alive."); delay(500); lcd.clear(); } byte bcdToDec(byte val) { return ((val/16*10) + (val%16)); } // Это выполняется постоянно void loop() { // Если уровень на выводе clockPin высокий if (digitalRead(clockPin)) { // Начать передачу I2C, адрес 0x68 Wire.beginTransmission(0x68); // Начать с адреса 0 Wire.write(0); // Закрыть передачу Wire.endTransmission(); // Начать чтение 7 двоичных данных от 0x68 Wire.requestFrom(0x68, 7); second = bcdToDec(Wire.read()); minute = bcdToDec(Wire.read()); hour = bcdToDec(Wire.read()); day = bcdToDec(Wire.read()); date = bcdToDec(Wire.read()); month = bcdToDec(Wire.read()); year = bcdToDec(Wire.read()); // Форматирование и отображение времени lcd.setCursor(4,0); if (hour < 10) lcd.print("0"); lcd.print(hour); lcd.print(":"); if (minute < 10) lcd.print("0"); lcd.print(minute); lcd.print(":"); if (second < 10) lcd.print("0"); lcd.print(second); lcd.setCursor(2,1); // Форматирование и отображение даты lcd.print(days); lcd.print(" "); if (date < 10) lcd.print("0"); lcd.print(date); lcd.print("."); if (month < 10) lcd.print("0"); lcd.print(month); lcd.print("."); lcd.print(year); } }

Заключение

В данной статье мы рассмотрели микросхему DS1307 от Maxim Integrated и написали две демонстрационные программы: одну для установки времени и даты и вторую для чтения времени и даты. Для проверки нажатия кнопок мы использовали прерывания, в которых также избавлялись от влияния дребезга контактов.

Фото и видео

Установка времени

Считывание времени

Модуль часов реального времени DS1307
Tiny RTC I2C module 24C32 memory DS1307 clock

Небольшой модуль, выполняющий функции часов реального времени. Выполнен на базе микросхемы DS1307ZN+ . Непрерывный отсчет времени происходит благодаря автономному питанию от батареи, установленной в модуль. Также модуль содержит память EEPROM объемом 32 Кбайт, сохраняющую информацию при отключении всех видов питания. Память и часы связаны общей шиной интерфейса I2C. На контакты модуля выведены сигналы шины I2C. При подключении внешнего питания происходит подзарядка батареи через примитивную цепь подзарядки. На плате имеется место для монтажа цифрового датчика температуры DS18B20. В комплект поставки он не входит.
Использование этого устройства происходит при измерении временных интервалов более недели приборами на основе микроконтроллера. Задействовать собственные ресурсы МК для этой цели неоправданно, а зачастую невозможно. Обеспечить бесперебойное питание на длительный срок дорого, установить батарею для питания МК нельзя из-за значительного тока потребления. Тут на выручку приходит модуль часов реального времени DS1307.
Также модуль часов реального времени DS1307 благодаря наличию собственной памяти позволяет регистрировать данные событий, происходящих несколько раз в сутки, например измерения температуры. Журнал событий в дальнейшем считывается из памяти модуля. Эти возможности позволяют использовать модуль в составе автономной автоматической метеостанции или для исследований климата в труднодоступных местах: пещерах, вершинах скал. Становится возможным регистрировать тензопараметры архитектурных сооружений, например опор мостов и других. При оснащении прибора радиосвязью достаточно установить его в исследуемой местности.

Характеристики

Напряжение питания 5 В
Размеры 27 х 28 х 8,4 мм

Электрическая схема

Устройство обменивается данными с электроникой прибора с помощью сигналов SCL и SDA. Микросхема IC2 - часы реального времени. Конденсаторы С1 и С2 снижают уровень помех в линии питания VCC. Резисторы R2 и R3 обеспечивают надлежащий уровень сигналов SCL и SDA. С вывода 7 микросхемы IC2 поступает сигнал SQ, состоящий из прямоугольных импульсов частотой 1 Гц. Он используется для проверки работоспособности МС IC2. Компоненты R4, R5, R6, VD1 обеспечивают подзарядку батареи BAT1. Для хранения данных модуль часов реального времени DS1307 содержит микросхему IC1 - долговременная память. US1 - датчик температуры. Сигналы модуля и линии питания выведены на соединители JP1 и P1.

Информационная шина

I2C это стандартный последовательный интерфейс посредством двух сигнальных линий SCL, SDA и общего провода. Линии интерфейса образуют шину. К линиям интерфейса I2C можно подключить несколько микросхем, не только микросхемы модуля. Для идентификации микросхемы на шине, а именно записи данных в требуюмую МС и определения от какой МС поступают данные. Каждая микросхема имеет уникальный адрес для проложенной шины. DS1307 имеет Адрес 0x68. Он записан на заводе-изготовителе. Микросхема памяти имеет адрес 0x50. В программное обеспечение Arduino входит программная библиотека, обеспечивающая поддержку I2C.

Микросхема часов реального времени

DS1307 обладает низким энергопотреблением, обменивается данными с другими устройствами через интерфейс I2C, содержит память 56 байт. Содержит часы и календарь до 2100 г. Микросхема часов реального времени обеспечивает другие устройства информацией о настоящем моменте: секунды, минуты, часы, день недели, дата. Количество дней в каждом месяце учитывается автоматически. Есть функция компенсации для високосного года. Имеется флаг, чтобы определить, работают часы в 24-часовом режиме или 12-часовом режиме. Для работы в режиме 12 часов микросхема имеет бит, откуда считываются данные для передачи о периоде времени: до или после обеда.

Микросхема долговременной памяти

Рисунок модуля часов реального времени DS1307 со стороны батареи с установленным датчиком температуры U1.

Батарея

В держатель на обратной стороне платы устанавливается литиевая дисковая батарея CR2032. Она выпускается множеством производителей, например изготовленная фирмой GP обеспечивает напряжение 3,6 В и ток разряда 210 мАч. Батарея подзаряжается во время включения питания, с таким режимом работы литиевой батареи мы сталкиваемся на материнской плате компьютера.

Подзарядка батареи

Программное обеспечение

Для работы модуля в составе Arduino вполне подойдет устаревшая библиотека с сайта Adafruit под названием RTCLib. Скетч называется DS1307.pde. Существует обновленная версия . Следует скачать архив, распаковать его, переименовать и скопировать библиотеку в свой каталог библиотек Arduino.

Подключение к Arduino Mega

Для этого следует использовать скетчи
SetRTC устанавливает время в часах в соответствии со временем, которое указано в скетче.
GetRTC выводит время.
Оба скетча требуют библиотеку Wire и определить адрес I2C. Чтобы установить адрес часов на шине I2C, используйте этот I2C сканер .

Соединение с Arduino Mega.

Подключите SCL и SDA к соответствующим контактам 21 и 20 на Arduino Mega 2560. Подключите питание.

Соединение с Arduino Uno

Установите время в скетче SetRTC и загрузите в Arduino. Затем нажмите кнопку сброса для установки часов. Теперь загрузите скетч GetRTC. Откройте последовательный монитор и смотрите. Есть специальная библиотека времени . Она имеет много различных функций, которые могут быть полезны в зависимости от ситуации. Чтобы установить время, используя библиотеку нужно скачать . При использовании скетча можно синхронизировать часы реального времени с часами персонального компьютера.

Сегодня мы попробуем с помощью библиотеки HAL поработать с шиной I2C .

Заранее определимся, что по данной шине мы подключим микросхему часов реального времени DS3231 .

Сначала немного поговорим о самой шине I2C.

По данной шине я очень много рассказывал в серии частей по МК AVR , поэтому здесь будем знакомиться более коротко, чтобы не повторяться.

Шина I2C — это шина, управляемая по двум проводам и по определённому протоколу.

Первый провод — SDA (Serial DAta)) , а второй — SCL (Serial CLock) . Данные в основном передаются по проводу SDA. Второй провод в основном для тактирования,

Передача всегда начинается с формирования ведущим устройством условия СТАРТ на данной шине. Оно формируется формированием отрицательного фронта на шине SDA, а затем отрицательного фронта на шине SCL

В конце любой полной посылки генерируеся условие СТОП , которое, наоборот, сначала требует положительного фронта на SCL, а затем на SDA.

На шину I2C можно теоретически навешать до 127 устойств за счёт того, что у каждого устройства существует свой 7-битный адрес, который после условия СТОП Мастер (ведущий) передает в шину. И на этот адрес уже откликается только то SLAVE (ведомое) устройство, адрес которого был передан. После адреса передаётся бит. определяющий каким именно образом мы собираемся общаться с ведомым устройством, то есть читать данные мы с него будем или в него писать. Дальше уже Мастер ждёт подтверждение от ведомого, ведомый должен опустить шину SDA на низкий уровень, и, если это передача, то начинает соответствующим образом данные передавать, а если приём, то принимать.

Как именно и в каком порядке побайтно и побитно осуществляется приём и передача, мы, как правило, смотрим уже в технической документации на устройство, которое мы подключаем. Там могут быть ещё адреса ячеек памяти и регистров, они могут быть 16 и 8 битные и много ещё чего.

Также стоит упомянуть о том, что провода данной шины, можно сказать, висят в воздухе, так как используется открытый коллектор, и их, поэтому, необходимо подтянуть к шине питания через резистор сопротивлением 4,7 — 10 килоом. Также можно это сделать и программно. Причем данного номинала мы должны придерживаться не на каждом устройстве, если их несколько, а на всей шине. То есть, если мы подключили 10 устройств с разными адресами, то подтягивающие резисторы мы оставим только на одном из них, а на остальных придётся их выпаять, чтобы они не параллелились.

Преждем чем перейти именно к разбору микросхемы 3231, мы ещё должны знать, как именно организована шина I2C на нашем контроллере.

Во первых, частота передачи данных или битрейт поддерживается контроллером 100 кГц и 400 кГц. Какую именно выбирать, мы уже решаем исходя из возможностей подключаемого девайза и из наших требований к передаче данных.

Ну и конечно же стоит подчеркнуть, что шина I2C организована само собой у нашего контроллера STM32F4 аппаратно, причём их там несколько.

Вот блок-схема

Здесь мы видим наши провода SDA и SCL, также существуют регистры, которые мы настраиваем для работы, регистр данных, адресный регистр, также регистр двойного адреса, который поддерживает уже 16-битный адрес, два управляющих регистра — CR1 и CR2, регистры статуса — SR1 и SR2, а также регистр, задающий частоту передачи данных или скорость.

Но, так как мы собрались использовать библиотеку HAL, то нам не придется париться по поводу программирования битов данных регистров и когда именно заносить в регистр адреса и данных те самые данные, и данное бремя библиотека HAL обещает взять на себя.

Поэтому нам необходимо и достаточно лишь только знать, какие именно функции нам и как использовать из этой самой библиотеки.

Поэтому откроем руководство пользователя именно библиотеки HAL и найдём необходимые нам функции, все они нам не нужны. Их ведь очень и очень много. Разберём только те, которые мы будем использовать в нашем заниятии. Остальные будем разбирать в других уроках, а может вообще не будем разбирать, а будем только пользоваться.

Тем более нам нет смысла рассматривать функции инициализации и деинициализации, так как этим всем занимается кодогенератор Cube MX и, как показала практика, вполне справляется.

А функции, которые нам потребуются в сегодняшнем занятии, мы разберём по мере их написания в коде.

Теперь, собственно, микросхема DS3231. Данная микросхема — это часы реального времени, разработанные компанией Dallas , как я считаю, являющейся самой распространённой у пользователей подобных микросхем.

Данные часы реального времени работают подобно предшественнику DS1307, только очень сильно усовершенствованы. Кварцевый резонатор уже находится внутри и поэтому мы уже его не припаиваем, также здесь реализована очень хорошая термокомпенсация, поэтому точность данных часов просто удивляет. Хотя и есть здесь ещё регистр для поправки хода, но я им никогда не пользовался, так как и без него микросхема обеспечивает прекрасную точность хода.

Питается данная микросхема с успехом как от 3 вольт, так и от 5 вольт, поэтому здесь бояться нечего.

Ну и так же как и все современные RTC, у данной микросхемы очень хорошо организована энергонезависимость от внешних источников. Для этого есть два контакта для подключения резервной литиевой батареи на 3,7 вольт, которая обеспечивает продолжение хода часов при отключении питания. Малое энергопотребление в режиме питания от баттареи обеспечивается тем, что почти весь фукнционал кроме хода часов не работает.

Скорость обмена данными поддерживается данной микросхемой и 100 кГц и 400 кГц.

Теперь про регистры микросхемы. Это о том, что именно может хранить в себе данная микросхема

Вот их сколько, этих регистров.

00h — секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки.

01h — минуты. Хранятся аналогично.

02h — более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.

03h — день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.

04h — здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, следующий бит не используется.

05h — номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы. Самый последний бит автоматически установится, когда закончатся последние сутки века и начнётся следующий век. Смех да и только. Я думаю в нём можно хранить единицу, она будет говорить о том что у нас на дворе 21 век.

06h — номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки. А какой век подразумевать, можно хранить в 7 бите месяца.

Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Дальше идут регистры будильников, а последние два регистра — это температура, измеряемая на термодатчике, который установлен в микросхему. По идее, можно данным регистром воспользоваться, чтобы выводить показания температуры, хотя это и температура микросхемы. Но термокомпенсация так устроена, что если вдруг микросхема начнет греться, то в ней начнут работать технологии, предотвращающие это, и она остынет. Я пробовал считывать данный регистр, и. в принципе это была температура окружающего воздуха.

Также существуют ещё два регистра управления и статусов. В рамках данного занятия мы ими пользоваться не будем, но техническую документацию на микросхему я прикреплю на странице внизу и вы, скачав её, можете почитать и воспользоваться битами данных регистров.

Теперь, собственно, передача данных:

Это передача данных.

Сначала СТАРТ, затем 7-битный адрес, затем 0, который означает, что мы будем писать в данную микросхему, затем бит подтверждение, затем адрес регистра, которые мы рассмотрели только что выше, опять подтверждение, зтем сами данные, причем можно передавать сразу несколько. Подтверждения ждём после каждого переданного байта, а в конце условие СТОП. Так что мы спокойно можем при установке времени, передать сразу байты всех семи регистров, передав перед этим байт самого первого из них, то есть 0x00.

Теперь чтение

Вообще, это документация для самого ведущего устройства, у ведомого немного не так.

Перед тем как воспользоваться этой диаграммой, мы сначала делаем СТАРТ, затем адрес устройства, затем бит записи, именно записи, затем адрес регистра, затем повторный СТАРТ, затем опять адрес устройсва, затем бит чтения или 1, затем уже ждём данные с подтверждениями, а чёрточка над буквой A после последнего принятого байта означает, что мы подтверждения не ждем или ждём условия «Нет подтверждения», то есть шина SDA установится в высокое состояние и в конце СТОП.

Вот так. Конечно библиотека HAL лишит нас удовольствия поиграться с данными алгоритмами приема и передачи, так как она это будет делать сама. Но, я думаю, мы уже наигрались с этим в уроках по AVR и с микросхемой EEPROM и с микросхемой DS1307.

Вот типовая схема подключения данной микросхемы к контроллеру

Здесь мы видим, что восемь ножем соединяются с корпусом, также есть ножки SDA и SCL, ножки питания VCC и GND, RST для перезагрузки микросхемы, мы данной ножкой не пользуемся. Ещё есть ножка для подключения батарейки VBAT, выход SQW для того, чтобы мы могли брать импульсы определенной частоты с данной микросхемы для какой-нибудь синхронизации, мы эту ножку как правила используем для мигания двоеточия. Также частотой на данной ножке можно управлять определенными битами в определенном регистре. А также ещё выход 32 кГц.

Чуть не забыли про адрес, по которому бы обязаны будем обращаться к устройству. Не зная его, мы не сможем общаться с микросхемой, так как она нам просто не ответит

Адрес у нас получается 0b1101000 . Соответственно, в функциях мы его будем использовать в сдвинутом на 1 бит влево состоянии, то есть сразу с прицепленным нулём. означающим запись, причем в функциях. предназначенных для чтения мы также будем использовать бит 0, а функция там сама всё как надо сдвинет, так уж они устроены, эти функции HAL. То есть адрес у нас будет 0xD0 .

Вот схема подключения (нажмите на картинку для увеличения изображения)

Здесь несколько другая микросхема, но подключение ничем не отличается. Просто не нашел я именно такую микросхему в программе-редакторе электронных схем.

Также ещё скажу, что у меня не просто микросхема, а именно готовый модуль, причем сразу с батарейкой и со всеми выведенными наружу контактами, ссылка на продавца есть под видеоверсией урока в описании.

Модуль выглядит вот так