Подключение часов реального времени ds1302 к Arduino. Большие настенные часы с автояркостью на Arduino

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

Одним из первых проектов, которые новички собирают на основе платы Arduino, являются простые часы, ведущие отсчет времени. В основном такие часы основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (Real Time Clock или Часы реального времени). Сегодня на рынке электронных компонентов доступны разные модели RTC, различающиеся точностью и ценой. Среди распространенных моделей можно назвать DS1302, DS1307, DS3231.

Но часы на Arduino можно сделать и без использования RTC, особенно если не получается достать такие модули. Конечно, точность в данном случае будет невелика, поэтому проект скорее должен рассматриваться как учебный.

Принцип работы таких часов довольно прост. Каждый раз, когда вы включаете эти часы на Arduino, вы должны будете установить для них текущее значение времени, также как и любые аналоговые часы. Такие часы, безусловно, лучше не использовать в своей повседневной жизни при долгой их активности без перезагрузки и дальнейшей настройки, поскольку рассинхронизация с текущим временем в процессе длительной эксплуатации может быть существенной.

Данные часы можно собрать на обычной макетной плате, поскольку здесь не потребуется много компонентов. Основным нашим звеном здесь будет плата Arduino Uno. Для отображения времени можно взять ЖК-дисплей 16x2. Для изменения настроек времени следует подключить две кнопки (для часов и минут). Кнопки подключаются к Aduino через резисторы 10 КОм. Чтобы изменять яркость дисплея потребуется потенциометр на 10 КОм. Схема подключения всех этих компонентов к плате Arduino Uno представлена ниже.

Теперь следует запрограммировать Arduino. Простой код (скетч), позволяющий выводить время на экран LCD-дисплея приведен ниже.

#include LiquidCrystal lcd(12,11,5,4,3,2); int h=12; int m; int s; int flag; int TIME; const int hs=8; const int ms=9; int state1; int state2; void setup() { lcd.begin(16,2); } void loop() { lcd.setCursor(0,0); s=s+1; lcd.print("TIME:"); lcd.print(h); lcd.print(":"); lcd.print(m); lcd.print(":"); lcd.print(s); if(flag<12)lcd.print("AM"); if(flag==12)lcd.print("PM"); if(flag>12)lcd.print("PM"); if(flag==24)flag=0; delay(1000); lcd.clear(); if(s==60){ s=0; m=m+1; } if(m==60) { m=0; h=h+1; flag=flag+1; } if(h==13) { h=1; } lcd.setCursor(0,1); lcd.print("HAVE A NICE DAY"); //-------Time // setting-------// state1=digitalRead(hs); if(state1==1) { h=h+1; flag=flag+1; if(flag<12)lcd.print("AM"); if(flag==12)lcd.print("PM"); if(flag>12)lcd.print("PM"); if(flag==24)flag=0; if(h==13)h=1; } state2=digitalRead(ms); if(state2==1){ s=0; m=m+1; } }

   Благодарим Вас за интерес к информационному проекту сайт.
   Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
   Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.

Доброго времени суток. В сегодняшней статье мы изготовим необычные бинарные часы на базе Arduino своими руками . Разобравшись с процессом создания подобной поделки , в дальнейшем вы сможете повторить бинарные часы любой конструкции.

Шаг 1: Что же такое бинарные часы?

Для начала вспомним, что же такое бинарное (двоичное) число – это число представленное в двоичной системе исчисления, числовыми значениями, что используют всего два символа: 0 (ноль) и 1 (единица).

Бинарные часы – это часы, что отображают время в двоичном формате. В проекте используются 6 колонок светодиодов для отображения нулей и единиц. Каждая колонка отображает одну цифру/разряд, такой формат известен, как двоично-десятичное число (ДДЧ). Каждая линия отображает степень двойки, от 2^0 (или 1), до 2^3 (или 8). Поэтому всё, что нужно сделать при чтении информации с часов – просуммировать значения колонок с включенными светодиодами. Например, в первой колонке включены 4-й и 1-й светодиоды. Прибавляем 8 к 1 и получаем 9 (количество секунд равное 9). Следующая колонка десятые секунды, в ней светится только 3-й светодиод, поэтому общее значение будет равно 49 секундам, точно также с минутами и часами. Пожалуйста, отметьте следующее, что часы отображают время в 24-х часовом формате.

Шаг 2: Составные части

Arduino Pro Mini 328 5 V — использовал такую плату, но фактически можете использовать любую другую. Если вы ни разу не использовали Pro Mini, то наверняка вам будет нужен CP 2102 (программатор) для подключения платы к компьютеру;

DS 1302 — модуль часов реального времени ;

20-ть 10 мм диффузных «тёплых» светодиодов (советую брать с запасом);

20-ть резисторов с номиналом сопротивления 10Ω;

2 тактовые кнопки;

2 резистора с номиналом сопротивления 10kΩ (используются, как нагрузочные резисторы).

Шаг 3: Изготавливаем прототип

Начнём изготавливать прототип будущей поделки . В принципе, это не обязательное условие, но нужно же посмотреть на то, как светодиодная матрица, Arduino и часовой модуль будут работать вместе. При прототипирование использовал Arduino Mega и простые красные светодиоды. Всё работает хорошо, как и ожидалось.

Шаг 4: Корпус

Корпус самоделки (состоит из двух половинок) будет изготовлен из дерева. Оно будет контрастно смотреться на фоне бинарных часов и придаст поделке ретро стиль.

Шаг 5: Схема

Светодиоды сгруппированы в матрицу, чтобы уменьшить количество задействованных выводов arduino. В нашем случае под матрицу отведено 9 выводов. После изготовления светодиодной матрицы, припаяем выводы к arduino, затем модуль часов, кнопки для настройки времени и под конец блок питания.

Шаг 6: Код

За основу кода взят пример с Arduino Playgroud post для модуля часов DS1302. После чего были внесены изменения для отображения времени на светодиодной матрице.

Такие часы очень оригинально будут смотреться на стене, они имеют в наличии светодиодные стрелки имитирующие стрелочные часы, LED часы по центру и красивую фоновую RGB-подсветку. Выполнение такой самоделки сложно назвать простым, но потраченное время и силы не будут упущены зря.

Материалы для корпуса:
- Чёрные акриловые пластины 300х300х3 мм 3шт
- Прозрачная акриловая подсветка 300х300х3 мм 1шт
- Средство полировки акриловых пластин
- Клей
- Распорные втулки 15 мм с резьбой м3 20 шт
- Винты м3 с шайбами 20 шт
- Картинная рамка 300х300 мм 1шт

Электронные материалы:
- Сдвиговый регистр CD74HC595 8шт
- LED драйвер TLC5940 1шт
- Часы реального времени (RTC) DS1307 1шт
- Линейный регулятор LM317 1шт
- Биполярный транзистор BD139 8шт
- Электролитический конденсатор 1 мкФ 2шт
- Конденсатор 0.1 мкФ 1шт
- Резисторы 120 Ом 60шт
- Резисторы 10 кОм 9шт
- Резистор 2 кОм 1шт
- Резисторы 1 кОм 9шт
- Резистор 330 Ом 1шт
- Светодиоды 480шт
- 4-х разрядный светодиодный цифровой индикатор (с общими анодами) 1шт
- Светодиодная RGB-лента (с общим анодом) 1шт (длинной под окружность циферблата)
- Модуль Arduino Mega ADK (Rev3) 1шт
- Батарея питания 12 В 1шт

Шаг первый. Изготовление корпуса.
Для начала в акриловые пластины разрезают и просверливают по чертежу. Далее, происходит склеивание корпусной передней чёрной пластины с соединительной частью (прозрачной), и с пластиной под светодиоды.

Шаг второй. Окончание работы над корпусом.
Для лучшей устойчивости автор приклеивает одну акриловую пластину к задней части картинной рамки, стекло с рамки при этом предварительно вынимается и больше не понадобится.
Четыре втулки 15 мм прикручивают к пластине как на фото. Теперь, появилась возможность приклеить втулки от рамки к передней пластине. Потом эти приклеенные втулки выкручиваются для использования в будущем.

Шаг третий. Вставка светодиодов.
В первую очередь светодиоды вставляют в первый ряд отверстий (на 1 ряд ушло 60 светодиодов). Катоды спаиваются между собой вокруг пластины с помощью медного провода 0,8мм, а аноды отгибаются в сторону. Эта процедура повторяется для 7 остальных рядов. Теперь когда аноды расположились в один столбец, они тоже спаиваются между собой. Таким образом, получилась матрица из 8 рядов и 60 столбцов.

Шаг четвёртый. Припаивание кабелей к матрице.
Для этого шага используются 8-проводные кабельные разъёмы один из них припаяли к катодам на матрице. Восемь таких разъёмов были припаяны к 60 столбцам анодов. Поскольку автор использовал 8-проводные разъёмы, он получил кабель с 64 проводами, это значит что 4 осталось, они были замотаны изолентой. Также автор рекомендует использовать семь 8-проводных и взять один 4-проводной разъем для того, чтобы получилось ровно 60.

Шаг пятый. Прикрепление индикатора.
В акриловой пластине в виде диска делают отверстие и приклеивают индикатор с заранее припаянными проводами для удобства.

Шаг шестой. Плата.
Из куска макетной платы большего размера чем требуется, отрезают 2 куска, так чтоб они входили в картинную рамку. Далее, самостоятельно изготавливают несколько коннекторов, как видно на фото ниже.

Шаг седьмой. Сборка часов.
Дальше происходит установка всех деталей в корпус согласно схеме, прикреплённой ниже. В часы автор установил заряжаемый аккумулятор 1000мА/ч чтобы они могли работать без внешнего кабеля. На Arduino устанавливают программный код, прикреплённый внизу статьи. Так, устанавливаются библиотеки для модуля часов реального времени и LED драйвер TLC5940, которые также прикреплены под статьёй. Схема с хорошим разрешением:

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.