Часы реального времени что это такое на примере DS1302, DS1307, DS3231


СОДЕРЖАНИЕ:

arduinoLab

Модуль часов реального времени на микросхеме DS3231,

Особенности модуля ZS-042:

  • Часы реального времени DS3231 с температурной компенсацией хода, календарь до 2100 года, с учетом високосного года.
  • 32 байт внешней EEPROM памяти.
  • Держатель для Li-Ion аккумулятора LIR2032 с возможностью зарядки. Модуль не поддерживает батареи типа CR2032 без доработки.
  • Интерфейс: I2C
  • Напряжение питания: 2,3 В — 5,5 В.
  • Габариты: 40 х 22 мм.

DS3231:

В основе модуля лежит микросхема RTC (Real Time Clock) DS3231 от Maxim. Это полноценные часы и календарь до 2100 года. Точность хода ±2ppm при температуре 0°C — +40°C. Часы могут работать в 24 или 12 часовом формате с отображением AM/PM. Также в наличии два будильника и датчик температуры.

EEPROM 24C32:

На модуле установлена микросхема EEPROM 24C32 объемом 32 байт, можно использован для хранения настроек, 24C32 использует I2C интерфейс. I2C адрес EEPROM можно изменить с помощью трех перемычек на плате, A0, A1 и A2.

Согласно спецификации, это 3 бита в конце 7-битного адреса

A0, A1 и A2 подтянуты к питанию, а значит адрес с не запаянными перемычками, 0b1010111 или 0x57.

Аккумулятор или батарея?

LIR2032 на модуле служит в качестве резервного источника питания для часов, чтобы часы не сбрасывались при отключении питания. Если посмотреть на схему модуля (она ниже) увидим схему зарядки аккумулятора, диод (D2) с резистором (R5), если ее можно так называть, т.е. при внешнем питании, через эту цепочку подается напряжение заряда на аккумулятор.

В случаи использования не перезаряжаемой батареи CR2032, от этой цепочки желательно избавится.

Подключаем и разбираемся с ошибками часов DS1302 для arduino

Приветствую вас пользователи nookery.ru! Я уже не один год время от времени создаю проекты на arduino, для себя и друзей. У меня как и у многих из вас, возникают различные вопросы и проблемы, и это нормально ведь главное учиться и не останавливаться на достигнутом. Не давно я достал свой старый проект и вспомнил сколько проблем у меня с ним возникло. Сейчас я опишу одну из них. В моем проекте использовались часы DS1302, с подключением которых у меня особо не возникло проблем. Пробежавшись по не скольким сайтам нашел схему, в основном она была одна и та же на всех сайта.

В моем проекте я подключил на цифровые выводы arduino 8 9 10, вы же можете их подключить как угодно, у меня они просто единственные остались свободные. Установил множество различных библиотек для работы с часами, но рабочими в моем случаи было только две, остальные были либо принципиально с другим вариантом подключения, либо модифицированные, что меня абсолютно не устраивало. Все хорошо, что хорошо кончается, кода я загрузил скетч:

К моему разочарованию я увидел не то что хотел, а именно каждую секунду выводилось время как и положено дата и время, но в моем случаи выводилось реальное время и еще какое то левое, 2000-00-00 00:00:00 покапавший в библиотеке оказалось что это время вшито внутри нее. Но это никак не помогло мне, так как реальное и фейковое время поочередно выводились у меня на дисплей каждую секунду. Причем в lcd дисплее выводились не время с часов DS1302, а какие то иероглифы, по поочередно. На многих сайтах упоминалось о том что час сломаны, плохая пропайка итд. Но я не опускал руки и все же нашел причину. Оказалось что все дело в не полной схеме, а точнее не хватала резистора 10 кОм на землю -5v. Которые снижали шум внутри цепи, и предотвращали вывод не верной информации с часов. Я накидал полную схему:

С этой схемой все стабилизировалось и часы DS1302 стали работать как надо. Ниже я выложил две библиотеки которые работали у меня, но написаны одна на C# другая на C++ так как же в них разные команды вывода информации, но в обоих есть скетч примеры в архиве с комментариями.

8 комментариев

Мужик, спасибо большое. хотел было выбрасывать их уже)

Рад что помогло, однако было замечены сбои при продолжительной работе в течении нескольких дней, хотя скорее всего в моем случаи это вызывали реле и элементы питания.

В библиотеке перечислены пины:
DS1302(uint8_t ce_pin, uint8_t data_pin, uint8_t sclk_pin);
У Вас — перепутаны CLK и RST:
DS1302 rtc(8, 9, 10); //инициализация платы DS1302

И в течение!! — учите русский язык — отымённый предлог
В течении только у реки..

Золотой Вы человек! Спасибо за помощь в устранении проблемы с перепутанными пинами.

Александр, перепутанные порты не при чем. Учить русский — хорошо. А намерение помочь людям — важнее!
Надеюсь не допустил ошибок…)))

DS3231 – подключение часов реального времени

Микросхема DS3231 представляет собой высокоточные часы реального времени RTC, которая обладает встроенным кварцевым генератором с температурной компенсацией, благодаря чему уход времени составляет всего ±2 минуты за год. Дополнительно реализована функция будильника, также имеется выход прерываний. Часы можно приобрести в виде готового модуля под Arduino с элементами обвязки и отсеком для батареи.

Я заказывал модуль здесь . Схема представлена на картинке ниже:

Микросхема использует широко распространенный интерфейс передачи данных I2C. Поддерживается стандартная (100 кГц) и высокая (400 кГц) скорость передачи данных. Адрес микросхемы (7 бит) на шине I2C равен 1101000. Дополнительно на модуле установлена память I2C (24C32), на схеме не изображена.

Режимы электропитания

Напряжение питания микросхемы может находиться в пределах 2,3…5,5В, имеются две линии питания, для внешнего источника (линия Vcc), а также для батареи (Vbat). Напряжение внешнего источника постоянно отслеживается, при падении ниже порога Vpf=2,5В, происходит переключение на линию батареи. В следующей таблице представлены условия переключения между линиями питания:

Комбинации уровней напряжения Активная линия питания
Vcc Vbat Vcc
Vcc > Vpf, Vcc Vpf, Vcc > Vbat Vcc

Точность хода часов поддерживается за счет отслеживания температуры окружающей среды. В микросхеме запускается внутренняя процедура корректировки частоты тактового генератора, величина корректировки определяется по специальному графику зависимости частоты от температуры. Процедура запускается после подачи питания, а затем выполняется каждые 64 секунды.

В целях сохранения заряда, при подключении батареи (подача напряжения на линию Vbat), тактовый генератор не запускается до тех пор, пока напряжение на линии Vcc не превысит пороговое значение Vpf, или не будет передан корректный адрес микросхемы по интерфейсу I2C. Время запуска тактового генератора составляет менее одной секунды. Примерно через 2 секунды после подачи питания (Vcc), или получения адреса по интерфейсу I2C, запускается процедура коррекции частоты. После того как тактовый генератор запустился, он продолжает функционировать до тех пор, пока присутствует напряжение Vcc или Vbat. При первом включении регистры даты и времени сброшены, и имеют следующие значения 01/01/ 00 – 01 – 00/00/00 (день/месяц/год/ – день недели – час/минуты/секунды).

Ток потребления при питании от батареи напряжением 3,63В, составляет 3 мкА, при отсутствии передачи данных по интерфейсу I2C. Максимальный ток потребления может достигать 300 мкА, в случае использования внешнего источника питания напряжением 5,5В, и высокой скорости передачи данных I2C.

Функция внешнего сброса

Линия RST может использоваться для внешнего сброса, а также обладает функцией оповещения о низком уровне напряжения. Линия подтянута к высокому логическому уровню через внутренний резистор, внешняя подтяжка не требуется. Для использования функции внешнего сброса, между линией RST и общим проводом можно подключить кнопку, в микросхеме реализована защита от дребезга контактов. Функция оповещения активируется при снижении напряжения питания Vcc ниже порогового значения Vpf, при этом на линии RST устанавливается низкий логический уровень.

Описание регистров DS3231

Ниже в таблице представлен перечень регистров часов реального времени:

Адрес D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Функция Пределы
0x00 10 секунд Секунды Секунды 00-59
0x01 10 минут Минуты Минуты 00-59
0x02 12/24 AM/PM 10 часов Час Часы 1-12 + AM/PM или 00-23
10 часов
0x03 День День недели 1-7
0x04 10 число Число Дата 01-31
0x05 Century 10 месяц Месяц Месяцы/век 01-12 + Век
0x06 10 лет Год Годы 00-99
0x07 A1M1 10 секунд Секунды Секунды, 1-й будильник 00-59
0x08 A1M2 10 минут Минуты Минуты, 1-й будильник 00-59
0x09 A1M3 12/24 AM/PM 10 часов Час Часы, 1-й будильник 1-12 + AM/PM или 00-23
10 часов
0x0A A1M4 DY/DT 10 число День День недели, 1-й будильник 1-7
Число Дата, 1-й будильник 01-31
0x0B A2M2 10 минут Минуты Минуты, 2-й будильник 00-59
0x0C A2M3 12/24 AM/PM 10 часов Час Часы, 2-й будильник 1-12 + AM/PM или 00-23
10 часов
0x0D A2M4 DY/DT 10 число День День недели, 2-й будильник 1-7
Число Дата, 2-й будильник 01-31
0x0E EOSC BBSQW CONV RS2 RS1 INTCN A2IE A1IE Регистр настроек (Control)
0x0F OSF EN32kHz BSY A2F A1F Регистр статуса (Status)
0x10 SIGN DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA Регистр подстройки частоты (Aging Offset)
0x11 SIGN DATA DATA DATA DATA DATA DATA DATA Регистр температуры, старший байт
0x12 DATA DATA Регистр температуры, младший байт

Информация о времени хранится в двоично-десятичном формате, то есть каждый разряд десятичного числа (от 0 до 9) представляется группой из 4-х бит. В случае одного байта, младший полубайт отсчитывает единицы, старший десятки и т. д. Счет времени осуществляется в регистрах с адресами 0x00-0x06, для отсчета часов можно выбрать режим 12-ти или 24-х часов. Установка 6-го бита регистра часов (адрес 0x02), задает 12-ти часовой режим, в котором 5-й бит указывает на время суток, значению 1 соответствует время после полудня (PM), значению 0 до полудня (AM). Нулевое значение 6-го бита соответствует 24-х часовому режиму, здесь 5-й бит участвует в счете часов (значения 20-23).

Регистр дня недели инкрементируется в полночь, счет идет от 1 до 7, регистр месяцев (адрес 0x05) содержит бит века Century (7-й бит), который переключается при переполнении регистра счета лет (адрес 0x06), от 99 к 00.

В микросхеме DS3231 реализовано два будильника, 1-й будильник настраивается с помощью регистров с адресами 0x07-0x0A, 2-й будильник регистрами 0x0B-0x0D. Битами A1Mx и A2Mx можно настроить различные режимы для будильников, установка бита исключает соответствующий регистр из операции сравнения. Ниже в таблицах приведены комбинации битов для разных режимов будильника:

Будильник 1
DY/DT A1M4 A1M3 A1M2 A1M1 Режим будильника
X 1 1 1 1 Сигнал каждую секунду
X 1 1 1 Сигнал при совпадении секунд
X 1 1 Сигнал при совпадении минут, секунд
X 1 Сигнал при совпадении часа, минут, секунд
Сигнал при совпадении даты, часа, минут, секунд
1 Сигнал при совпадении дня недели, часа, минут, секунд
Будильник 2
DY/DT A2M4 A2M3 A2M2 Режим будильника
X 1 1 1 Сигнал каждую минуту (при значении 00 секунд)
X 1 1 Сигнал при совпадении минут
X 1 Сигнал при совпадении часа, минут
Сигнал при совпадении даты, часа, минут
1 Сигнал при совпадении дня недели, часа, минут

Комбинации битов не указанные в таблицах, приводят к некорректному функционированию будильников. Если бит DY/DT сброшен, то для будильника отслеживается совпадение даты (день месяца), при установке бита DY/DT, проверяется совпадение дня недели.

Большинство функций настраиваются в регистре Control. Бит EOSC управляет запуском тактового генератора, сброс бита запускает генератор. Установка бита останавливает генератор, только для режима питания от батареи (Vbat). При питании от внешнего источника (Vcc), генератор всегда запущен независимо от состояния бита EOSC. После включения, значение бита по умолчанию равно 0.

Установка бита BBSQW разрешает функционирование выхода INT/SQW (3-й вывод) в режиме питания от батареи, при отсутствии внешнего питания. При нулевом значении бита, выход INT/SQW переходит в 3-е состояние (деактивируется), если напряжение внешнего источника Vcc падает ниже порогового значения Vpf. После подачи питания, значение бита по умолчанию равно 0.

Бит CONV отвечает за принудительное измерение температуры, установка бита запускает процесс преобразования, во время которого также выполняется корректировка частоты тактового генератора, результат измерения находится в регистрах с адресами 0x11, 0x12. Запуск возможен только в случае окончания предыдущего преобразования, перед запуском необходимо проверить флаг занятости BSY. Принудительное преобразование температуры не влияет на внутренний 64-х секундный цикл корректировки частоты. Установка бита CONV не влияет на флаг BSY в течение 2 мс. Биты CONV и BSY сбрасываются автоматически после завершения преобразования.

Биты RS2, RS1 устанавливают частоту прямоугольных импульсов (меандр) на выходе INT/SQW. По умолчанию, при включении биты устанавливаются в 1. Ниже в таблице представлены возможные комбинации битов:

RS2 RS1 Частота прямоугольных импульсов на выходе INT/SQW
1 Гц
1 1,024 кГц
1 4,096 кГц
1 1 8,192 кГц

Бит INTCN управляет выходом INT/SQW. Если бит сброшен, на выходе появляются прямоугольные импульсы (меандр), частота которых задается битами RS2, RS1. При установке бита INTCN, выход используется для генерации прерываний по сигналу будильника. По умолчанию, значение бита равно 1. Тип выхода INT/SQW – открытый сток, соответственно необходима подтяжка через резистор к высокому логическому уровню, активный уровень – низкий.


Установка битов A1IE, A2IE разрешает прерывания по сигналу 1-го и 2-го будильника соответственно. Сброс битов, запрещает прерывания. По умолчанию значение равно 0.

Регистр Status содержит флаги событий, и управляет выходом 32 kHz. Флаг OSF отражает состояние тактового генератора, значение 1, означает, что генератор остановлен, это событие может произойти в следующих случаях:

  • В первое время после подачи питания
  • Напряжение батареи или внешнего источника недостаточно для работы тактового генератора
  • Генератор выключен установкой бита EOSC в режиме питания от батареи
  • Внешние факторы, влияющие на кварцевый генератор (шум, утечка и т.д.)

После установки значение бита не меняется, необходимо сбросить бит вручную.

Установка бита EN32kHz разрешает генерирование прямоугольных импульсов (меандр) на выходе 32kHz (1-й вывод), частота импульсов фиксирована и равна 32,768 кГц. Сброс бита отключает данную функцию и переводит выход в 3-е состояние (с высоким входным сопротивлением). По умолчанию значение бита равно 1, после подачи питания на выходе появляются импульсы. Тип выхода 32kHz открытый сток, поэтому требуется подтяжка к высокому логическому уровню.

Флаг занятости BSY устанавливается во время процесса преобразования температуры и корректировки частоты тактового генератора. Флаг сбрасывается после завершения преобразования.

Каждый электрик должен знать:  Какое зарядное устройство выбрать для зарядки пальчиковых аккумуляторов

Флаги будильников A1F, A2F устанавливаются при совпадении значений регистров счета времени и регистров будильника. Если разрешены прерывания по сигналу будильников A1IE, A2IE, а также назначен выход прерывания (установлен бит INTCN), то на выходе INT/SQW появляется сигнал прерывания (переход от высокого к низкому логическому уровню). Флаги необходимо сбросить вручную, записав значение 0.

Регистр Aging Offset предназначен для подстройки частоты тактового генератора. Значение регистра добавляется к частоте генератора во время выполнения внутренней процедуры корректировки, если зафиксировано изменение температуры, а также при запуске преобразования температуры битом CONV. Величина смещения знаковая, то есть положительные значения (1-127) уменьшают частоту, отрицательные (128-255) увеличивают. Для одинакового смещения, изменение частоты будет различным в зависимости от температуры. При температуре +25°C, изменение частоты составит 0,1 ppm/LSB.

Текущее значение температуры хранится в регистрах с адресами 0x11 и 0x12, старший и младший байт соответственно, значение температуры в регистрах периодически обновляется. Установлено левое выравнивание, разрешение составляет 10 бит или 0,25°C/LSB, то есть в старшем байте находится целая часть температуры, а 6, 7-й биты в младшем регистры составляют дробную часть. В старшем байте 7-й бит указывает знак температуры, например, значению 00011011 01 соответствует температура +27,25 °C, значению 11111110 10 температура -2,5 °C.

При чтении регистров счета времени, рекомендуется использовать дополнительный буфер, то есть считывать сразу несколько регистров, а не по отдельности, так как между отдельными операциями чтения, регистры времени могут поменять свое значение. Это правило также рекомендуется соблюдать при записи новых данных в регистры счета. Запись нового значения в регистр секунд, приостанавливает ход часов на 1 секунду, остальные регистры должны быть перезаписаны в течение этого времени.

Подключение DS3231 к микроконтроллеру

Я подключил часы к микроконтроллеру PIC16F628A, для отображения времени использовал цифровое табло из семисегментных индикаторов на драйвере MAX7219. Схема подключения представлена ниже:

После подачи питания на индикаторах высвечиваются знаки тире (– – – – – –), далее выполняется инициализация часов, значение времени появляется на индикаторах с задержкой в 1 секунду, которая требуется для запуска тактового генератора часов. На индикаторы выводится значение часов, минут и секунд, разделенных десятичной точкой, формат времени 24-х часовой. Кнопкой SB1 “Индикация” можно сменить формат отображения, где на индикаторы будет выводиться температура, а также значение часов и минут, разделенных десятичной точкой, которая мигает с частотой 2 Гц. Температура отображается без дробной части, в программе считывается только старший байт хранения температуры по адресу 0x11.

Значение времени считывается из часов по прерыванию на линии SQW/INT, которая управляется сигналом 1-го будильника, в процессе инициализации часов будильник настраивается на ежесекундный сигнал. Светодиод HL1 служит в качестве индикатора и вспыхивает по сигналу прерывания каждую секунду. Светодиод HL2 загорается в случае ошибки передачи данных по интерфейсу I2C.

Дополнительно добавил в программу возможность настройки часов кнопками SB2 “Настройка”, SB3 “Установка”. Вход в режим настройки производится нажатием кнопки SB2, на индикаторах высвечивается 00 часов, и знаки тире вместо минут и секунд (00 – – – –). Кнопкой SB3 задается значение часов (инкремент при каждом нажатии), далее нажатием кнопки SB2 осуществляется переход на редактирование минут, вместо тире высветится 00 минут. Кнопкой SB3 также задается необходимое значение и так далее. После редактирования секунд и нажатия кнопки SB2, время в часах перезаписывается, на индикаторах отображается обновленное время.

Неполный код программы приведен ниже (полную версию можно скачать в конце статьи):

Часы реального времени DS1307 и Arduino

В статье вы познакомитесь с отличным модулем часов реального времени на батарейке.

С помощью этого модуля можно отслеживать время в ваших проектах на Arduino даже в случае перепрограммирования или отключения питания. Это один из необходимых элементов для проектов будильников, сигнализаций, снятия показаний с датчиков в режиме реального времени. Одна из самых популярных моделей модуля часов реального времени — DS1307. Именно на нем мы и остановимся. Модуль отлично сочетается с микроконтроллерами Arduino, на которых питание логики равно 5 В.

Особенности модуля от компании-производителя Adafruit (китайцы предлагают аналогичные варианты раза в три-четыре дешевле):

  • Все включено: чип, обвязка, батарейка;
  • Легко собирается и прост в использовании;
  • Устанавливается на любую макетную плату или подключается напрямую с помощью проводов;
  • Есть отличные библиотеки и скетчи-примеры;
  • Два отверстия для монтажа;
  • Продолжительность работы — около пяти лет!

Модуль часов реального времени может быть уже распаянным, а может продаваться в виде отдельных комплектующих, пайка которых займет около 15-ти минут, не более.

Что такое часы реального времени?

Часы реально времени — это. часы. Модуль работает от автономного питания — батарейки и продолжает вести отсчет времени, даже если на вашем проекте на Arduino пропало питание. Используя модуль реального времени, вы можете отслеживать время, даже если вы захотите внести изменения в ваш скетч и перепрограммировать микроконтроллер.

На большинстве микроконтроллеров, в том числе и Arduino, есть встроенный счетчик временни, который называется millis(). Есть и встроенные в чип таймеры, которые могут отслеживать более длительные промежутки времени (минуты или дни). Так зачем же вам отдельным модуль часов? Основная проблема в том, что millis() отслеживает время только с момента подачи питания на Arduino. То есть, как только вы отключили плату, таймер сбрасывается в 0. Вша Arduino не знает, что сейчас, например, четверг или 8-е марта. Все, чего вы можете добиться от встроенного счетчика — это «Прошло 14000 миллисекунд с момента последнего включения».

Например вы создали программу и хотите вести отсчет времени с этого момента. Если вы отключите питание микроконтроллера, счетчик времени собьется. Примерно так, как это происходит с дешевыми китайскими часами: когда садится батарейка, они начинают мигать с показанием 12:00.

В некоторых проектах Arduino вам понадобится надежный контроль времени без прерываний. Именно в таких случаях используется внешний модуль часов реального времени. Чип, который используется в подобных часах, отслеживает года и даже знает сколько дней в месяце (единственно, что обычно не учитывается — это переход на летнее и зимнее время, так как подобные переводы разные в разных частях мира).

На рисунке ниже показана материнская плата компьютера с часами реального времени DS1387. В часах используется литиевая батарея, поэтому они разрослись в размерах.

Мы рассмотрим пример использования часов реального времени DS1307. Это дешевый, легкий в использовании модуль, который работает несколько лет от небольшой батарейки.

Пока батарейка в самом модуле не исчерпает свой заряд, DS1307 будет вести отсчет времени, даже если Arduino отключен от питания или перепрограммируется.

Узлы, из которых состоит модуль часов реального времени

Детали модуля часов реального времени DS1307 от компании Adafruit

Рисунок Обозначение Описание Производитель Количество
IC2 Чип часов реального времени DS1307 1
Q1 32.768 КГц, 12.5 пФ кристалл Generic 1
R1, R2 1/4 Вт 5% 2.2 КОм резистор Красный, Красный, Красный, Золотой Generic 2
C1 0.1 мкФ керамический конденсатор Generic 1
Рельса на 5 контактов (1×5) Generic 1
Батарейка 12 мм 3 В литиевая батарейка CR1220 1
Холдер для батарейки 12mm coin cell holder Keystone 3001 1
Плата Монтажная плата Adafruit Industries 1

Сборка модуля часов реального времени

Сборка часов реального времени DS1307 компании Adafruit

Фото Пояснения
Подготовьтесь к сборке. Проверьте наличие всех необходимых деталей и инструментов. Установите монтажную плату в тисках.
Нанесите немного припоя на отрицательный контакт батареи.
Установите два резистора 2.2 КОм и керамический конденсатор. Как именно вы их расположите — неважно. Полярность не имеет значения. После этого установите кристалл (также симметрично), держатель (холдер) для батарейки и чип часов реального времени. Чип модуля реального времени надо установить таким образом, чтобы отметка (паз) на чипе располагалась в соответствии с обозначением на монтажной плате. Внимательно посмотрите на фото слева, там чип установлен верно.
Чтобы холдер для батарейки не выпадал, лучше его припаять сверху. После этого переверните плату и и припаяйте оставшиеся контакты.
Удалите остатки контактов от резисторов, кристалла и конденсатора.
Если вы хотите использовать контакты для установки модуля на беспаечную монтажную плату, установите рельсу контактов на макетку, модуль часов реального времени сверху и припаяйте контакты.
Установите батарейку. Плоская часть батареи должна быть сверху. В среднем батарейка будет служить около 5 лет. Даже если батарейка села, не оставляйте слот для нее пустым.

Библиотека Arduino для работы с DS1307

DS1307 легко подключается к любому микроконтроллеру с питанием логики 5 В и возможностью I2C подключения. Мы рассмотрим подключение и использование этого модуля с Arduino.

Будем использовать библиотеку RTClib для получения и настройки показаний с DS1307. Если у вас есть вопросы по учтановке дополнительных библиотек Arduino — ознакомьтесь с этой инструкцией.

Подключение DS1307 к Arduino

В статье рассмотрен пример часов реального времени от Adafruit, но вы можете с тем же успехом использовать китайские аналоги. Принцип работы и подключения не отличается.

Ссылки для заказа оборудования, которое использовалось в проекте из Китая

На часах реального премени 5 пинов: 5V, GND, SCL, SDA и SQW.

  • 5V используется для питания чипа модуля часов реального времени, когда вы делаете к нему запрос для получения данных о времени. Если сигнал 5 В не поступает, чип переходит в «спящий» режим.
  • GND — общая земля. Обязательно подключается в схему.
  • SCL — контакт i2c часов — необходим для обмена данными с часами реального времени.
  • SDA — контакт, по которому через i2c передаются данные с часов реального времени.
  • SQW дает возможность настроить вывод данных в виде square-wave. В большинстве случаев этот контакт не используется.

Если вы настроили аналоговый пин 3 (цифровой 17) в режим OUTPUT и HIGH, а аналоговый пин 2 (цифровой 16) в режим OUTPUT и LOW, вы можете запитывать часы реального времени непосредственно от этих контактов!

Подключите аналоговый пин 4 на Arduino к SDA. Аналоговый пин 5 на Arduino подключите к SCL.

Скетч для Arduino

Проверка часов реального времени

Первый скетч, который стоит запустить — это программа, которая будет считывать данные с модуля часов реального времени раз в секунду.

Для начала давайте посмотрим, что произойдет, если мы извлечем батарейку и заменим ее на другую, пока Arduino не подключен к USB. Подождите 3 секунды и извлеките батарейку. В результате чип на часах реального времени перезагрузится. После этого вставьте код, который приведен ниже (код также можно выгрузить в меню Examples→RTClib→ds1307 в Arduino IDE) и загрузите его на Arduino.

Вам также понадобится библиотека OneWire.h, скачть ее можно здесь

// функции даты и времени с использованием часов реального времени DS1307, подключенные по I2C. В скетче используется библиотека Wire lib

Serial.println(«RTC is NOT running!»);

// строка ниже используется для настройки даты и времени часов

Часы реального времени: что это такое на примере DS1302, DS1307, DS3231

Подключение DS1302 к Arduino :

RTC DS1302 Arduino UNO
GND GND
VCC +5V
RST 10 (Можно изменить на другие в скетче)
CLK 13 (Можно изменить на другие в скетче)
DAT 12 (Можно изменить на другие в скетче)


RTC DS1307 Arduino UNO
GND GND
VCC +5V
SDA A4
SCL A5


5V используется для питания чипа модуля часов реального времени, когда вы делаете к нему запрос для получения данных о времени. Если сигнал 5 В не поступает, чип переходит в «спящий» режим.
GND общая земля. Обязательно подключается в схему.
SCL контакт i2c часов — необходим для обмена данными с часами реального времени.
SDA контакт, по которому через i2c передаются данные с часов реального времени.
SQW дает возможность настроить вывод данных в виде square-wave. В большинстве случаев этот контакт не используется.


Назначение J1 Назначение J2
32K: выход, частота 32 кГц
SQW: выход
SCL: линия тактирования (Serial CLock)
SDA: линия данных (Serial Data)
VCC: «+» питание модуля
GND: «-» питание модуля
SCL: линия тактирования (Serial CLock)
SDA: линия данных (Serial Data)
VCC: «+» питание модуля
GND: «-» питание модуля

  • Serial.print(78, BIN) — выведет «1001110»
  • Serial.print(78, OCT) — выведет «116»
  • Serial.print(78, DEC) — выведет «78»
  • Serial.print(78, HEX) — выведет «4E»

if (now.hour() >= 8 && now.hour()

if ( now.hour() >= 8 && now.hour()
else digitalWrite(light, 0);
Если ( полученный час() >= 8 и полученный час()
digitalWrite(light, 1);
в противном случае — else
digitalWrite(light, 0);

Serial.begin(9600); // Инициализируем COM-порт
>

void loop()
<
if (Serial.available() > 0) SetTime(); // Если на COM-порт поступила информация, то изменим системное время
int Hour = RTC.get(DS1307_HR,true); // Получаем значение текущего часа
int Minute = RTC.get(DS1307_MIN,false); // Получаем значение минут
int Second = RTC.get(DS1307_SEC,false); // Получаем значение секунд
boolean Day = (Hour 20); // Если текущий час находится в промежутке от .. .до . то действуют ночные параметры
digitalWrite(lPIN, (Day) ? LOW:HIGH); // Если дневное время, то включим нагрузку
// switch(Hour) // в зависимости от времени меняем яркость светодиодной ленты
// <
// case 7:analogWrite(sdPIN, map(Minute, 0, 59, 0, 255)); break;
// case 20:analogWrite(sdPIN, map(Minute, 0, 59, 255, 0)); break;
// default:analogWrite(sdPIN, (Day) ? 255:0);
// >
Serial.print(addZero(Hour));Serial.print(«:»);Serial.print(addZero(Minute));Serial.print(«:»);Serial.println(addZero(Second)); // Отправляем информацию о времени на COM
delay(1000); // Задержка в 1 секунду
>

void SetTime() // Подпрограмма установка времени из шаблона tчч:мм
<
if (Serial.read() == ‘t’)// Если первый символ t, то установим указанное время
<
int h = (Serial.read() — ‘0’)* 10 + (Serial.read() — ‘0’);
Serial.read();
int m = (Serial.read() — ‘0’)* 10 + (Serial.read() — ‘0’);
RTC.stop();
RTC.set(DS1307_SEC,0); //Установка секунд
RTC.set(DS1307_MIN,m); //Установка минут
RTC.set(DS1307_HR,h); //Установка часов
RTC.start();
>
Serial.flush();
>

String addZero(int val) // Добавим 0 перед значением часа/минуты/секунды, если оно меньше 10
<
if (val else return String(val);
>

Синхронизируем время на модуле DS3231 с компьютером

Доброго дня любителям самоделок и просто точных и качественных вещей вроде модуля часов реального времени DS3231. Пора поделиться с вами опытом синхронизации времени между модулем часов и компьютером – чуть ли не единственным способом выставить время более или менее точно. Заходите, почитайте (ну, или видео работы девайса посмотрите).

Зачем всё это нужно?

Начну с вопроса, ответ на который очевиден: что самое важное в любых часах? Разумеется, это точность хода. Какими бы многофункциональными и эстетичными не были любые часы, они – барахло, если идут неточно. Поэтому, если говорить о точности, ни для кого не секрет, что на данный момент модуль DS3231 – один из самых конкурентоспособных модулей на рынке: он относительно дёшев, достаточно точен, в отличие от, например, «доисторического» DS3107, и относительно невелик. Поэтому применение этого модуля в самоделках – абсолютно логичный и предсказуемый шаг. Осталась мелочь – научиться выставлять на нём время достаточно точно и с минимальными трудозатратами. Этим я и хочу поделиться.

Если часы – точные, как часто понадобится синхронизация?

Давайте прикинем: модуль часов имеет заявленную точность до 2 ppm в диапазоне температур от 0 до 40 градусов Цельсия (а в большинстве жилищ температура именно такая).

Что такое «ppm»? PPM – аббревиатура от «Parts Per Million» – «частей на миллион». Возьмём за единицу измерения секунду и посчитаем:

60сек * 60мин *24 часа * 365 дней = 31 536 000 секунд в году.

На каждый из этих миллионов 2 секунды может уходить в ту или иную сторону. 31,5 миллион делим на миллион и умножаем на 2: получаем 63 секунды в год (максимум). Приемлемый вариант? Весьма. Но 1 раз в полгода я бы синхронизировал время, чтобы оно укладывалось в 1 минуту.

Какими способами вообще можно устанавливать время на часах модуля?

Традиционно, начиная с модуля DS3107, время устанавливалось при помощи скетча для Arduino из числа примеров использования библиотеки. Алгоритм такой: открываем скетч, жмём «компилировать и закачать», и при первом запуске контроллера время устанавливается. Остался вопрос: какое время? Откуда Arduino может узнать, какое именно время устанавливать? А очень просто – время компиляции скетча. Однако с таким подходом я вижу несколько недостатков:

  • время компиляции зависит от «мощи» компьютера;
  • время закачивания зависит от скорости передачи скомпилированного скетча в плату Arduino;
  • закачанный скетч – «одноразовый» (устаревает сразу же после закачивания в Arduino).

Как можно «извернуться», чтобы обойти эти ограничения? Ну, например, зная (экспериментально установив) время компилирования, можно «загнать» часы на компьютере на это время вперёд. Потом запустить компиляцию, прошить плату, и время установится. Плюс метода – относительная простота. Минусы – относительно неудобно, относительно неточно, одноразовый способ.

Что ещё можно придумать? Можно, например, выставлять требуемое время в скетче вручную, предусмотреть кнопку, нажатие на которую в нужный момент выставит «руками» указанное время, например, через 2 минуты от текущего момента: пока «зальётся» скетч, пока подготовимся отследить вручную тот самый нужный момент нажатия кнопки, как раз та пара минут и пройдёт. А дальше, глядя на часы в компьютере, дожидаться «того самого» момента, чтобы нажать кнопку. Плюсы – сложнее предыдущего способа, но всё ещё относительно просто, однако точнее, чем первый способ. Минусы – этот способ ещё неудобнее, дольше, всё равно скетч «одноразовый».

Кто виноват и что делать?

Задав себе эти два риторических вопроса, я полез в Интернет искать, кто уже написал синхронизацию времени модуля часов с компьютером. И, как известно, кто ищет – тот всегда находит. Нашёлся вариант с Instructables. В теории всё просто: обычный «батник» парсит текущее полное время, полученное «первым» способом (потому что кроме самого времени нужна ещё и дата), увеличивает время на 2 секунды, и «гоняет» пустой цикл до момента, когда настанет это новое, «плюс_две_секундное», время, чтобы «вышвырнуть» данные в COM порт. Причём «новое плюс_две_секундное» время отслеживается другим способом (через %time%, если кому интересно). Но о «косяках» такого решения позже. Данные, «вышвырнутые» в COM порт, Arduino парсит и после этого устанавливает время в модуле. Вроде всё просто, логично и удобно. Но есть очень нехорошее слово «НО». Всё это писал вроде бы немец, и региональные стандарты в Windows у него отличаются от «наших», а в частности, дробная часть отделяется точкой, а не запятой. При запуске с отечественными региональными стандартами «батник» не работает, потому что в нём время выхода из пустого цикла описывается условием сравнения с XX:XX:XX.xxx. Ну так надо вместо точки поставить запятую – и всё, «я всё починил». А вот и не всё (можете проверить, кто ещё помнит, что за такое зло – программировать в «батниках»). Нужно исправлять «батник» более серьёзно. И я его исправил, используя «маты-перематы» и «мануалку» для DOS. «Батник» исправил, но скетч всё равно не работал – время не устанавливалось. То есть данные в порт слались, Arduino их видел, но «что-то пошло не так».

Давайте взглянем, что шлёт «батник» в Arduino и в каком формате (справочно).

Данные шлются в формате S**

— 2 байта перевода каретки. Итого, 31 байт. Вроде немного, пришлются данные быстро.

Однако есть и неудобство – как видим, не шлётся день недели. Только день месяца. Для реализации часов с будильниками, зависящими от дней недели, будет «косяк». День недели придётся выставлять «ручками» в скетче, что опять намекает на некоторую «одноразовость» скетча, его неполноценность.

Складывая факторы – неполноценность скетча «с завода», его отказ нормально работать, необходимость исправления «батника» для «наших» широт – я решил разрабатывать всё свое. А раз так, то я могу устранять недостатки и оптимизировать формат данных.

Software и hardware.

Для того, чтобы всё заработало, нужны 2 составляющие: программа для Windows и аппаратно-программная связка Arduino.

Сначала общие данные по протоколу обмена. Коль скоро я стал волен выбирать формат данных для пересылки, я решил, что пересылка 31 байта информации не рациональна, и сократил передаваемые данные до 4 байт. И что, хватило? Что можно поместить в 4 байта? Да, хватило. Поместилось все, что надо. Уверен, многие догадались, что это за 4 байта. Кто не догадался – процитирую фрагмент статьи из Википедии:

UNIX-время (POSIX-время) — система описания моментов во времени, принятая в UNIX и других POSIX-совместимых операционных системах. Определяется как количество секунд, прошедших с полуночи (00:00:00 UTC) 1 января 1970 года (четверг).
UNIX-время представлено целым числом, которое увеличивается с каждой прошедшей секундой без необходимости вычислений для определения года, месяца, дня, часа или минуты для удобства восприятия человеком. Современное UNIX-время согласуется с UTC — отсчет происходит в секундах СИ.

Итак, целое число, хранящее UNIX время, занимает 4 байта, чего хватит до 2 147 483 648 секунд. А потом возможны потенциальные проблемы. Почему потенциальные? Потому что это порог, при достижении которого число может быть интерпретировано, как отрицательное (что и произошло с айфонами многих любопытных товарищей в своё время). Может, но не обязательно будет – зависит от того, растут ли руки программистов из места, предусмотренного природой. Указанное число секунд соответствует 03:14:08 19-янв-2038. До этого времени можно неспешно переходить на 64-битную версию ОС, где время станет храниться в 8-байтной переменной, чего без проблем хватит на следующие 292 миллиарда лет. Существует вероятность, что на наш век этого хватит. А потом придётся обновляться до 128-битной версии UNIX.

Какие проблемы я решил, придя к такому варианту? Первое, сильно снизил количество передаваемых байт, что на миллисекунды увеличивает точность установки времени. Здорово, правда? И второе: я (вероятно) облегчил совместимость с Linux. К моему стыду, я никак не могу привыкнуть к Linux, и пользуюсь в основном только Windows. Для этой самой Windows я могу написать программу пересылки, а для Linux – нет. Но полагаю, что в Linux можно получить значение UNIX-времени намного легче, чем в Windows, и переслать это число в COM порт.

Никаких дополнительных данных, вроде дня недели и так далее, передавать не требуется. Только UNIX время. Всё остальное делается в Arduino.

Теперь немного конкретики непосредственно о первой составляющей – программе для Windows. Программа написана в старой-доброй Delphi. При запуске всплывающее окно просит выбрать COM порт для отправки данных. Выбираем. Остальные настройки следует оставить «дефолтными».

Как работает программа? Она пересчитывает из формата времени Windows данные для формата UNIX, то есть число секунд с полуночи 1 января 1970 года. Затем добавляет 3 секунды и «впадает» в пустой цикл (очевидно, длительностью уже менее тех самых добавочных 3 секунд), выход из которого происходит в нужное количество секунд, как можно ближе к 000 миллисекундам. Иначе говоря, отслеживается наступление самого начала той секунды времени, значение которого должно будет переслаться в Arduino. Согласитесь, пересылать данные о том, что, например, сейчас XXXXXXXXX5 секунд тогда, когда на самом деле уже, например, XXXXXXXXX5 и 756 тысячных (например) секунд, было бы не правильным. Именно для этого нужно отслеживать самое начало секунды для старта передачи данных. После передачи данных программа дружелюбно сообщает статус «Done :)». На этом миссия программы завершается.

Вторая составляющая – аппаратно-программная часть – Arduino. Существует 2 разновидности «железа» для этого проекта: «полная» версия с экраном и кнопкой, и «урезанная» версия для быстрой установки времени модуля, собранная из «г**на и палок». Про их отличия – ниже. «Полная» версия состоит из Arduino Nano, экрана 1602 с «переходником» с I2C в экран, опциональной кнопкой ресета Arduino и пин-хедера(female) для подключения модуля часов. Также, опционально, из корпуса девайса с «няшной» наклейкой. «Урезанная» версия состоит из Arduino (Uno, Nano, Pro Mini + «правильный» переходник на USB с DTR) и 4 проводов для подключения модуля часов.

Как видно из схем, «полная» версия, в дополнение к «урезанной», содержит кнопку для reset’а и экран 1602 с «переходником». Обе версии абсолютно одинаковы по основному функционалу – устанавливать время. Экран нужен лишь для отображения этапов процесса и, по окончании процесса установки времени, отображения свежеустановленных времени, даты и дня недели. Причём данные к тому времени будут уже считываться из самого модуля часов. В «урезанной» версии роль экрана выполняет встроенный в плату Arduino светодиод: по окончании процесса установки нового времени он начнет светиться. Вот и вся индикация.

Для чего же кнопка ресет? Для того, что в полной версии после установки времени Arduino войдёт в бесконечный цикл по отображению того самого свежеустановленного времени, то есть, по сути, станет часами. Причём часами, сделанными на скорую руку, в связи с чем они не смогут заменить нормальные часы в силу нескольких причин (выборка секунд реализована через delay, пропадёт отображение времени при отключении питания). Ведь цель – убедиться, что время синхронизировано верно, не более того. Следовательно, для синхронизации следующего модуля часов без ресета не обойтись (точнее, можно обойтись, если «передёрнуть» USB кабель). Другими словами, назначение кнопки – сугубо утилитарное. При желании, можно обойтись и без неё.

Как же прошивать Arduino, ведь версии «железа» две, а скетч один? Для компиляции «правильной» версии прошивки в заголовке скетча нужно установить желаемое значение параметра fullVersion: true для «полной» версии, или false — для «урезанной». Компилятор таким образом определит, для какой версии «железа» компилировать прошивку.

Итак, схема подключения есть, нужен код скетча. Обратите внимание, что для нормальной работы скетча с «полной» версией нужна библиотека LiquidCrystal I2C by Frank de Brabander (устанавливается из репозитория при помощи Менеджера Библиотек). Также нужна библиотека для поддержки модуля часов, причём не любая :). Качать здесь: https://github.com/jarzebski/Arduino-DS3231. С библиотеками разобрались.

Пара фото «полной» версии готового девайса.

Ну и, наконец, видео работы девайса «в бою»:

Где скачать скетч и программу?

Скетч качать здесь (Dropbox).
Программу для Windows качать здесь (Dropbox).

«Плюсы» и «минусы».

Итого.

Мне очень понравилось, как теперь устанавливается время в модулях! При необходимости установить время мне не приходится вспоминать каждый раз, какой же там скетч мне нужен и задумываться, насколько точно будет установлено время в модуле. Более того, скоро будет обзор самодельных часов, куда я встроил такой метод синхронизации – настолько метод мне понравился. Надеюсь, кому-то из читателей метод также придётся кстати.

Проект — свободный, некоммерческий. Каждый вправе использовать данные из обзора в любых целях, кроме коммерческих.


Маленький блог скромного айтишника.

Долгое время в своих поделках я использовал замечательную микросхему DS1307. Все в ней отлично и цена и размер и удобство пайки (DIP и SMD), вот только точность хода не на отлично.

Еще одна проблема в необходимости использовать внешний часовой кварц на 32Khz. И все бы ничего, да вот только все кварцы купленные у наших братьев китайцев по бросовым цена ужасного качества…Точность хода с ними просто отвратительная +-3сек в сутки….Короче мне это надоело и я начал искать замену старенькой DS1307. И вот тут я наткнулся на DS3231.

DS3231 — это часы реального времени с экстремально точным ходом благодаря встроенному кварцевому резонатору с температурной компенсацией. Интерфейс передачи данных — I 2 C. При отключении основного питания микросхема автоматически переключается на роботу от резервной батареи, точность хода от резервной батареи не нарушается. В DS3231 поддерживается подсчет секунд, минут, часов, дней месяца (даты), дней недели, месяцев и лет (с учетом високосного года для месяцев). Поддерживается работа в 12 и 24 часовом формате. Имеется 2 будильника с возможностью их настройки и отслеживания состояния. Подстройка точности температурной компенсации. А также два выхода — на 32 кГц (выход составляет 32.768 кГц) и программируемый выход от 1 Гц до 8.192 кГц. Имеется также вывод сброса — RST. микросхема часов реального времени выпускается в корпусе SO-16

Да, она уже занимает больше места на плате (8 ножек у 1307 и 16 у 3231), исполнение корпуса только под поверхностный монтаж (SMD). Но! Мегазачетная точность хода, термокомпенсация, встроенный кварц, цена сравнима с DS1307!! В общем нужно брать! По мониторив цены понял, что выгоднее купить готовый модуль в который входят сами часы, батарейка и весь нужный обвес, чем покупать чип отдельно.

Заказывал на Aliexpress. Цена около 1$.

Даташит можно посмотреть тут. Схема подключения (если использовать микросхему отдельно) такая.

В модуле весь обвес есть, его можно подключать на прямую к устройству. Используя пины SCL и SDA. А так же необходимо подключить питание пин GND(-) и пин VCC(+5v).

Рассмотрим пример подключения к Arduino

Нужно всего четыре провода))
Ну а теперь скачаем библиотеку для DS3231 и библиотеку TIME
И опробуем наши часы

Как подключить часы реального времени (RTC) к Arduino

  • Arduino UNO или иная совместимая плата;
  • модуль ZS-042 с часами реального времени DS3231;
  • модуль с часами реального времени DS1307;
  • соединительные провода (рекомендую вот такой набор);
  • макетная плата (breadboard);
  • персональный компьютер со средой разработки Arduino IDE.

1 Подключение к Arduino модуля ZS-042 с часами реального времени DS3231

Модуль ZS-042 с часами реального времени (RTC ) имеет следующие характеристики:

  • Календарь до 2100 года с отсчётами секунд, минут, часов, числа месяца, месяца, дня недели и года (с учётом високосных годов);
  • 12- или 24-часовой формат;
  • 2 будильника;
  • напряжение питания: 3,3 или 5 В;
  • точность: ± 0.432 сек в день;
  • внутренний кварцевый генератор с частотой 32768 Гц;
  • поддерживаемый протокол: I2C со скоростью от 100 до 400 кГц;
  • габариты: 38×22×15 мм;
  • диапазон рабочих температур −40…+85°C.

На модуле присутствуют: микросхема таймера реального времени DS3231 (1 на рисунке), микросхема памяти AT24C32 объёмом 32 кбит (2 на рисунке), места для трёх перемычек A0, A1 и A2 (3 на рисунке), с помощью которых можно менять адресацию памяти микросхемы памяти; место для батареи питания размером 2032 (4 на рисунке).

Внешний вид модуля ZS-042

Назначение выводов модуля такое:

Название Назначение
32K выход генератора 32 кГц;
SQW выход прямоугольного сигнала; частота задаётся с помощью регистра управления 0x0E и может составлять 1, 1024, 4096 или 8192 Гц;
SCL шина тактовых импульсов интерфейса I2C;
SDA шина данных интерфейса I2C;
VCC питание – 3,3 или 5 вольт;
GND земля.

С противоположной стороны модуля выводы SCL, SDA, питание и земля дублируются. На выходе 32K постоянно присутствует сигнал с встроенного кварцевого генератора:

Сигнал на выходе 32K модуля ZS-042

Теперь нужно подключить модуль к Arduino. Мы уже знаем, что линия SDA нужно подключать к пину A4 Arduino UNO и Nano, а линию SCL – к пину A5. Для питания возьмём выход 5V платы Arduino, землю модуля соединим с землёй Arduino.

Схема подключения модуля ZS-042 с таймером DS3231 к Arduino

Вот как это выглядит вживую:

Модуль ZS-042 с таймером DS3231 подключён к Arduino

Рассмотрим диаграммы записи и чтения для таймера реального времени DS3231:

Обзор передачи данных по последовательной шине I2C Диаграмма записи и диаграмма чтения таймера реального времени DS3231

Как видно, тут всё стандартно для интерфейса I2C. Осталось только узнать, какие регистры за что отвечают, и мы будем готовы начать обмен данными с таймером DS3231. А вот и карта регистров:

Карта регистров таймера реального времени DS3231

Первым делом нужно выставить дату и время. А затем нужно будет только читать значение времени и календаря. Расширенные функции – установка будильников и т.д. – всё это делается аналогично, поэтому останавливаться на этом не будем. Итак, чтобы выставить дату и время, нас интересуют регистры 0x00…0x06. Для записи значений в них, нужно послать команду записи, указать начальный адрес (0x00), а дальше – 7 байтов, сформированных для нужной даты и времени. Например, чтобы записать дату 02 января 2020 года, среда, и время 17 час 30 мин 02 сек, нужно отправить ведомому устройству с I2C адресом 0x68 массив: 00 02 30 17 03 02 01 19. Скетч, который реализует это, будет таким:

Вот как выглядит диаграмма записи этого массива в память таймера реального времени DS3231:

Диаграмма выставления времени на RTC DS3231

Таймер запомнит выставленную дату и время. Если подключена батарейка, то данные будут храниться в памяти устройства до сброса или до полного разряда батареи, ведь в этом и есть назначение устройств такого рода. Давайте теперь будем с периодом 1 секунда читать значение времени и выводить в монитор последовательного порта. Для этого напишем вот такой скетч:

Скетч для чтения времени с часов DS3231 (разворачивается)

Обратите внимание, что каждую итерацию цикла loop() мы записываем адрес регистра 0x00. Если этого не делать, то мы будем каждый раз сдвигаться по карте регистров на 7 позиций, и возвращаемые данные будут совсем не те, что мы ожидаем.

Вот как выглядит в мониторе последовательного порта результат работы данного скетча:

Вывод даты и времени в монитор последовательного порта

А вот так выглядит временная диаграмма, порождаемая работой этого скетча:

Временная диаграмма чтения регистров времени DS3231

Напоследок давайте немного усложним нашу программу и будем читать также значение температуры:

Скетч для чтения времени и температуры с часов DS3231 (разворачивается)

Вот как теперь выглядит вывод нашей программы:

Вывод даты, времени и температуры в монитор последовательного порта

Само собой, в интернете полно библиотек для Arduino, которые упрощают работу с часами реального времени DS3231 и модулем ZS-042 в частности. Они делают всю рутинную работу, и вам не нужно будет разбираться с картой регистров и проводить манипуляции с перестановкой полученных байтов, чтобы получить удобочитаемое значение времени. В конце статьи дана ссылка на скачивание архива, в котором лежат несколько библиотек для работы с часами реального времени DS3231 и DS1307.

2 Подключение к Arduino модуля с часами реального времени DS1307

Таймер DS1307 в отличие от DS3231 проще по функциональности: он имеет меньше регистров, не имеет встроенного датчика температуры и встроенного генератора тактовой частоты. Не имеет он также и функции будильника. Шина I2C функционирует только на частоте 100 кГц. Модуль с часами реального времени DS1307 может выглядеть вот так:

Внешний вид модуля с часами реального времени DS1307

Здесь номером 1 обозначена микросхема собственно таймера DS1307, номер 2 – микросхема памяти AT24C32 объёмом 32 кбит, 3 – кварцевый резонатор с частотой 32,768 кГц, 4 – держатель для батареи типа 2032.

На модуле имеются две группы контактов: P1 и P2. Группа P2 имеет стандартные выводы для шины I2C, плюс дополнительный вывод DS, к которому можно подключить внешний датчик температуры DS18B20. Группа P1 имеет большее число контактов:

Название Назначение вывода
SQ Выход прямоугольного сигнала 30 кГц;
DS подключение внешнего датчика температуры DS18B20;
SCL шина тактирования интерфейса I2C;
SDA шина данных интерфейса I2C;
VCC питание модуля – 3.3 или 5 вольт;
GND земля;
BAT вход питания от внешней батареи с напряжением в диапазоне 2,0…3,5 В.

Подключение этого модуля к Arduino осуществляется абсолютно так же, как и рассмотренного ранее: VCC модуля – 5V Arduino, GND – GND, SDA – A4, SCL – A5.

Теперь пришла пора познакомиться с устройством регистров часов DS1307. Карта регистров приведена на рисунке:

Карта регистров часов реального времени DS1307

Если присмотреться, увидим, что регистры 0x00…0x06 в точности совпадают с аналогичными регистрами рассмотренного таймера DS3231, а регистр 0x07 отвечает за частоту генерируемого прямоугольного сигнала. Кроме того, I2C адрес DS1307 также аналогичен адресу модуля DS3231. Поэтому логично предположить, что скетч установки времени подойдёт и здесь. В этом легко убедиться, если загрузить скетч в Arduino с подключённым модулем DS1307. Не забудьте только обновить установочный массив в соответствии с временем, которое будете выставлять на часах. Пример разобран в предыдущем разделе.

Скетч вывода времени также будет работать с этим модулем. После установки времени загрузим скетч и проверим это. Всё работает!


Модуль с таймером DS1307 подключён к Arduino

Библиотеки для работы с часами реального времени DS1307 и DS3231

В приложенном архиве лежат две разные библиотеки для Arduino (используйте ту, которая будет вам наиболее удобна), а также технические описания (datasheet) на микросхемы DS1307 и DS3231.

Установка библиотек проводится стандартным способом: помещением директории с библиотекой в директорию libraries среды Arduino > Include Library. Проще всего начать знакомство с библиотекой с изучения примеров, которые появятся в меню File Examples после установки библиотеки. Там имеются примеры и установки времени, и чтения показаний часов.

Электронные печеньки

Arduino, DIY и немного этих ваших линуксов.

Как подключить часы реального времени к Arduino

Модуль часов реального времени

Часы реального времени — модуль, который хранит текущую дату и не сбрасывает её при отключении питания благодаря встроенной батарейке. Вы могли слышать о часах на основе чипа DS1307. Этот чип отличается крайне низкой точностью хода часов. Отставание на один час в сутки — это слишком. Рекомендую использовать модуль на основе высокоточного чипа DS3231, который снабжён термометром для корректирования хода часов в зависимости от температуры. Точность хода часов этого чипа находится на уровне хороших наручных часов и составляет 2ppm при температуре окружающей среды 0°-40°. При этом, модуль совместим со всеми библиотеками, написанными для модуля на основе чипа DS1307. Статья рассказывает о подключении модуля к Arduino и взаимодействии с ними с помощью библиотеки Time. Купить такой модуль у проверенного мной продавца вы можете здесь.

Подключение часов реального времени

Часы подключаются по протоколу I2C всего двумя проводами. Необходимо дополнительно подтянуть выводы, к которым подключаются часы к рельсе питания с помощью резисторов 2 КОм. Выводы часов выглядят так:

Выводы часов реального времени

Выводы 32К и SQW можно игнорировать. Их назначение не рассматривается в этой статье. SCL и SDA — это выводы интерфейса I2C. Их и нужно подключать к контроллеру. VCC и GND — +5 В и земля соответственно.

SCL и SDA на разных платах расположены на разных выводах:

Uno, Nano A4 (SDA), A5 (SCL)
Mega2560 20 (SDA), 21 (SCL)
Leonardo 2 (SDA), 3 (SCL)

Вывод SDA часов подключается к выводу SDA контроллера. SDL часов, соответственно, к SDL контроллера. После подключения проводов, должна получиться такая картина:

Часы реального времени подключены к контроллеру

Работать с модулем часов реального времени удобней всего с помощью библиотеки. Наиболее удобная в этом плане, так и называется: Time (англ. время).
Библиотека является «обёрткой» для другой популярной библиотеки для работы с модулем часов: DS1307RTC. Несмотря на то, что библиотека разработана для чипа DS1307, она прекрасно работает и с DS3231, так как протоколы взаимодействия совместимы.

Скачайте обе библиотеки.

После скачивания, поместите содержимое архивов в папку libraries, которая находится в папке со средой разработки Arduino. Запустите среду Arduino IDE и откройте стандартный пример библиотеки: Примеры->Time->TimeRTC
Или просто скопируйте этот код:

DS1307

Микросхема DS1307 предназначена для счета времени — секунд, минут, часов, дней, месяцев и лет. То есть по сути, это часы с календарем.

Она тактируется от собственного кварцевого генератора с частотой 32768 Гц и может работать от двух источников питания — основного и резервного. Важная фишка этой микросхемы заключается в низком потреблении — меньше 500 nA в рабочем режиме. При таком потреблении DS1307 может проработать от трехвольтовой батарейки (типа CR2032 емкостью

200 мА*ч) несколько лет. Также DS1307 может генерировать на одном из выводов меандр и в ее составе есть 56 байт оперативной памяти, которую можно использовать для хранения данных.

Минимальная схема подключения DS1307 включает в себя часовой кварц и один источник питания. Обмен данными с микросхемой осуществляется по I2C, причем DS1307 может работать на шине только как подчиненное устройство (слейвом).

С чего начать?

Подключение любой микросхемы начинается с изучения даташита. В случае DS1307 нам нужно выяснить: какую скорость обмена поддерживает микросхема, какой она имеет адрес, как выглядит карта памяти, есть ли у нее управляющие биты или регистры, как передать данные и как прочитать их. Ниже приведены скриншоты из даташита, в которых я нашел требуемую информацию.

Скорость обмена DS1307


Адрес, по которому DS1307 отзывается на I2C шине


Карта памяти DS1307

Карта памяти показывает, по каким адресам расположены регистры микросхемы и сколько их вообще.

По нулевому адресу располагается регистр секунд. Младшие 4 разряда регистра отведены для единиц, там может быть число от 0 до 9. Старшие — для десятков секунд.

Это так называемый двоично-десятичный формат представления чисел (BCD).При таком формате один байт может представить числа только от 0 до 99. Остальные регистры часов и календаря содержат данные в таком же формате.

7-й разряд регистра секунд — управляющий. 0 в этом разряде разрешает работу часов, 1 — запрещает. При подачи питания этот разряд устанавливается в 1.

По первому адресу расположен регистр минут. С ним все понятно.

По второму адресу располагается регистр часов. 6-й бит этого регистра задает формат представления времени. Если он установлен в 1 используется 12 часовой формат, если сброшен -24 часовой.

Далее идут регистры календаря.

По седьмому адресу располагается регистр, управляющий выводом SQW. На него можно выводить внутренний тактовый сигнал разной частоты. Значения битов описаны в даташите. Нас они сейчас не интересуют.

Ну и адреса с 8 по 63-й отведены для оперативной памяти. Их можно использовать для хранения данных.

Как записать данные в DS1307

DS1307 может работать в двух режимах: как подчиненный приемник и как подчиненный передатчик. В первом режиме ведущее устройство передает DS1307 данные, а DS1307 принимает их. Во втором — ведущее устройство принимает от DS1307 данные, а та в свою очередь передает их. (Но обмен в обоих случаях начинает ведущий!)

Для каждого режима в даташите есть описание и диаграмма обмена. Запись данных выполняется согласно следующей последовательности.

1. Ведущий формирует на шине состояние СТАРТ.
2. Ведущий выдает на шину адрес DS1307 с нулевым битом квитирования (адресный пакет), что сигнализирует ведомому о последующей записи данных.
3. Если на шине присутствует микросхема DS1307, она отвечает ведущему — ACK.
4. После получения ответа ведущий передает DS1307 адрес регистра, с которого начнется запись данных. Это значение записывается во внутренний счетчик адреса DS1307.
5. DS1307 снова отвечает ведущему.
6. Получив ответ, ведущий передает ведомому байт данных, который предназначен для записи в регистр DS1307.
7. DS1307 отвечает ведущему.
8. Шаги 6, 7 повторяются несколько раз.
9. Ведущий формирует на шине состояние СТОП.

Адрес, по которому выполняется запись в DS1307, автоматически увеличивается на единицу. Дойдя до последнего адреса, счетчик обнуляется. Записывать можно любое число байт — хоть один, хоть все.

Как прочитать данные из DS1307

1. Ведущий формирует на шине состояние СТАРТ.
2. Ведущий выдает на шину адрес DS1307 с установленным битом квитирования, что сигнализирует ведомому о последующем чтении данных.
3. DS1307 отвечает ведущему.
4. DS1307 передает ведущему байт данных, на который указывает внутренний счетчик адреса.
5. Ведущий отвечает, что принял данные.
6 . Шаги 4, 5 повторяются несколько раз.
7. DS1307 передает ведущему байт данных.
7. Ведущий неформирует ответ DS1307.
8. Ведущий выдает на шину состояние СТОП.

Поскольку чтение данных выполняется по адресу внутреннего счетчика, его значение нужно предварительно инициализировать. Это делается с помощью операции записи, которая обрывается после передачи адреса регистра.

Теперь можно перейти к коду. Нам понадобится минимум три функции:

— функция инициализации,
— функция записи данных,
— функция чтения данных.

Инициализация

Скорость задается с помощью макроса TWBR_VALUE. Здесь используется формула, разобранная в предыдущей части. При компиляции расчетное значение проверяется с помощью директив препроцессора, чтобы убедиться, что оно не выходит за диапазон.

Передача данных

Передача данных начинается с состояния СТАРТ. Чтобы сформировать его, нужно включить TWI модуль, установить бит TWSTA и сбросить флаг прерывания TWINT. Это выполняется в одну строчку, записью в управляющий регистр TWCR.

Когда микроконтроллер выдаст на шину состояние СТАРТ, установится бит TWINT и в статусном регистре TWSR изменится статусный код. Микроконтроллер должен дождаться установки бита TWINT, прежде чем перейдет к следующей операции. Ожидание в нашем случае выполняется циклическим опросом (тупо поллингом .. не путать с троллингом).

Каждая установка бита TWINT сопровождается определенным статусным кодом в регистре TWSR. По хорошему, мы должны проверять эти коды, чтобы контролировать успешность операций. Но поскольку код у нас торный (учебный), мы не будем этого делать.

Далее на шину нужно выдать адресный пакет. В регистр данных TWDR загружаем адрес, а бит квитирования устанавливаем нулевым. После загрузки адреса сбрасываем бит TWINT, инициируя дальнейшую работу TWI модуля, и дожидаемся, когда она завершится, опрашивая TWINT.

Посылаем на шину адрес, с которого будет производиться запись в DS1307. Для этого загружаем в регистр данных требуемое значение, сбрасываем бит TWINT и дожидаемся его установки.

Далее можно гнать остальные данные таким же методом, а когда надоест выдать на шину состояние СТОП.

Полный код функции записи будет выглядеть примерно так.

С помощью этой функции можно производить запись отдельных регистров и инициализировать внутренний регистр адреса DS1307 для последующей операции чтения данных. Пример использования функции есть в тестовых проектах.

Чтение данных из DS1307

Формируем состояние СТАРТ.

Посылаем на шину адресный пакет — адрес и установленный бит квитирования.

Получаем данные. Сбрасываем бит TWINT, инициирую работу TWI модуля. Бит TWEA должен быть установлен в 1, чтобы ведущее устройство сигнализировало ведомому о приеме очередного байта.
Когда бит TWINT снова установится в 1, в регистре данных будет байт принятый от ведомого.

Далее можно продолжать чтение или принять данные без подтверждения и выдать состояние СТОП.

Полный код функции чтения одного байта данный из DS1307 будет выглядеть примерно так.

Тестовый проект для DS1307

Как обычно тестовый проект, объединяющий все выше сказанное. Программа простая. Инициализируем периферию, загружаем в DS1307 начальное значение. Далее в цикле считываем временя и выводим на LCD. Для общения с DS1307 используются всего три функции.

Остальные проекты выложу позже.

В следующих частях будет разбор работы со статусными кодами, а далее работа с TWI модулем через прерывания.

Добавить комментарий