Подключение ds1307 к микроконтроллерам avr. Часы на DS1307 от идеи к реализации

Подсчет реального времени в секундах, минутах, часах, датах месяца, месяцах, днях недели и годах с учетом высокосности текущего года вплоть до 2100 г.

56 байт энергонезависимого ОЗУ для хранения данных

2-х проводной последовательный интерфейс

Программируемый генератор прямоугольных импульсов. Может выдавать 1 ГЦ, 4.096 кГЦ, 8,192 кГЦ и 32,768 кГц.

Автоматическое определение отключения основного источника питания и подключение резервного

24-х часовой и 12-ти часовой режим

Потребление не более 500 нA при питании от резервной батареи питания при температуре 25C°

Микросхема выпускается в восьмипиновых DIP и SOIC корпусах. Распиновка для всех одинакова. Далее приведу строки из даташита для полноты картины.

Документация на микросхему (datasheet)

Назначение выводов:

. X1, X2
– Служат для подключения 32.768 кГц кварцевого резонатора

. Vbat
– Вход для любой стандартной трёхвольтовой литиевой батареи или другого источника энергии. Для нормальной работы DS1307 необходимо, чтобы напряжение батареи было в диапазоне 2.0 … 3.5 В. Литиевая батарея с ёмкостью 48 мА/ч или более при отсутствии питания будет поддерживать DS1307 в
течение более 10 лет при температуре 25°C.

. GND
– общий минус

. Vcc
– Это вход +5 В. Когда питающее напряжение выше 1.25 * VBAT, устройство полностью,доступно, и можно выполнять чтение и запись данных. Когда к устройству подключена батарея на 3 В, и Vcc ниже, чем 1.25 * VBAT, чтение и запись запрещены, однако функция отсчёта времени продолжает работать. Как только Vcc падает ниже VBAT, ОЗУ и RTC переключаются на батарейное питание VBAT.

. SQW/OUT
– Выходной сигнал с прямоугольными импульсами.

. SCL
– (Serial Clock Input – вход последовательных синхроимпульсов) – используется для синхронизации данных по последовательному интерфейсу.

. SDA
– (Serial Data Input/Output – вход/выход последовательных данных) – вывод входа/выхода для двухпроводного последовательного интерфейса.

Работа с выводом SQW/OUT
.

Для начала рассмотрим структуру регистров DS1307.

Структура регистров микросхемы DS1307

Нас интересует “Управляющий регистр” находящийся по адресу 0x7, т.к. он определяет работу вывода SQW/OUT.

Если бит SQWE = 1. то начинается формирование прямоугольных импульсов, если SQWE = 0, то на выходе вывода будет значение бита OUT.

За частоту импульсов отвечают биты RS0 и RS1, а именно:

RS0	RS1	Частота
0	0	1 Гц
0	1	4.096 кГц
1	0	8.192 кГц
1	1	32.768 кГц

Приведем пример:

Если нам нужно начать формирование прямоугольных импульсов с частотой 1 Гц, то необходимо в 0x7 регистр микросхемы, которая имеет адрес 0x68 отправить байт 00010000 или 0x10 в шестнадцатиричной системе счисления.

При помощи библиотеки Wire.h
, это можно сделать следующим образом:

Wire
.beginTransmission
(0x68);
Wire
.write
(0x7);
Wire
.write
(0x10);
Wire
.endTransmission
();

Подключение к Arduino:

Выводы отвечающие за интерфейс I2C на платах Arduino на базе различных контроллеров разнятся.

Необходимые библиотеки:

для работы с DS1307: http://www.pjrc.com/teensy/td_libs_DS1307RTC.html
для работы со временем: http://www.pjrc.com/teensy/td_libs_Time.html

Установка времении

. Вручную в коде

Время задается вручную в программном коде и заливается в плату Arduino. Данный способ не самый точный т.к. время на компиляцию и загрузку может занимать различный временной промежуток.

Пример программного кода

#include
#include
void
setup

() {
Serial

.begin
(9600);
while
(!Serial

) ; // Только для платы Leonardo
// получаем время с RTC
Serial
//синхронизация не удаласть

else

Serial

.println
(“RTC has set the system time”
);
//установим вручную 16.02.2016 12:53

TimeElements te;
te.Second = 0; //секунды

te.Minute = 53; //минуты

te.Hour = 12; //часы

te.Day = 16; //день

te.Month = 2; // месяц

te.Year = 2016 – 1970; //год в библиотеке отсчитывается с 1970

time_t
timeVal = makeTime(te);
RTC
.set
(timeVal);
setTime
(timeVal);
}
void
loop

()
{
digitalClockDisplay(); //вывод времени

delay
(1000);
}
void
digitalClockDisplay() {
Serial
Serial

.print
(” ”
);
Serial

.print
(day
());
Serial

.print
(” ”
);
Serial

.print
(month
());
Serial

.print
(” ”
);
Serial

.print
(year
());
Serial
//выводим время через “:”

Serial

.print
(“:”
);
if
(digits Serial

.print
(“0”
);
Serial

.print
(digits);
}

. Установкой из
“Монитора порта”

Более точный вариант установки времени. Время задается через “монитор порта” по ходу работы контроллера.

Открываем монитор, вводим данные в нужном формате, смотрим на эталонные часы, подлавливаем момент и шелкаем “отправить”.

Пример программного кода

//формат указания текущего времени “ДД.ММ.ГГ чч:мм:сс”

//где ДД – день, ММ – месяц, ГГ – год, чч – часы, мм – минуты, сс – секунлы

//ГГ – от 00 до 99 для 2000-2099 годов

#include
#include
bool isTimeSet = false
; //флаг, указывающий на то, была ли уже задана дата

void
setup

() {
Serial

.begin
(9600);
while
(!Serial

) ; // Только для платы Leonardo

setSyncProvider
(RTC
.get
); // получаем время с RTC

if
(timeStatus
() != timeSet)
Serial

.println
(“Unable to sync with the RTC”
); //синхронизация не удаласть

else

Serial

.println
(“RTC has set the system time”
);
}
void
loop

()
{
if
(Serial

.available
()) { //поступила команда с временем

setTimeFromFormatString(Serial

.readStringUntil
(“n”
));
isTimeSet = true
; //дата была задана

}
if
(isTimeSet) //если была задана дата

{
digitalClockDisplay(); //вывод времени

}
delay
(1000);
}
void
digitalClockDisplay() {
Serial

.print
(hour
());
printDigits(minute
());
printDigits(second
());
Serial

.print
(” ”
);
Serial

.print
(day
());
Serial

.print
(” ”
);
Serial

.print
(month
());
Serial

.print
(” ”
);
Serial

.print
(year
());
Serial

.println
();
}
void
printDigits(int
digits) {
//выводим время через “:”

Serial

.print
(“:”
);
if
(digits Serial

.print
(“0”
);
Serial

.print
(digits);
}
void
setTimeFromFormatString(String
time)
{
//ДД.ММ.ГГ чч:мм:сс

int
day
= time.substring(0, 2).toInt();
int
month
= time.substring(3, 5).toInt();
int
year
= time.substring(6, 8).toInt();
int
hours = time.substring(9, 11).toInt();
int
minutes = time.substring(12, 14).toInt();
int
seconds = time.substring(15, 17).toInt();
TimeElements te;
te.Second = seconds;
te.Minute = minutes;
te.Hour = hours;
te.Day = day
;
te.Month = month
;
te.Year = year
+ 30; //год в библиотеке отсчитывается с 1970. Мы хотим с 2000

time_t
timeVal = makeTime(te);
RTC
.set
(timeVal);
setTime
(timeVal);
}

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.

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

Технические параметры

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

Общие сведения

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

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

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

Первая группа контактов:

DS: вывод DS18B20 (1-wire)

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

Вторая группа контактов:

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

Подзарядка батареи

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

Подключение DS1307 к Arduino

Необходимые детали:

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

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

Установка времени DS1307

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

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

Скачать скетч

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

Программа

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

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

Скачать скетч

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

Отзывы об этих часах в интернете самые противоречивые. Кто-то говорит что часы замечательные, а кто-то называет их убогой поделкой Далласа. И вот я, дабы развеять все недостоверные слухи, достал микруху из загашника начала экспериментировать.

Особенности:

Очень маленькое энергопотребление. Производитель обещает 10 лет работы часов от одной стандартной батарейки CR2032
56 байт памяти для хранения пользовательских данных. Думаю не особо нужная опция, но может кому-то и пригодится.
Программируемый вывод для тактирования внешних устройств. Может выдавать 1 Гц, 4.096 кГц, 8.192 кГц и 32.768 кГц.
24-х часовой и 12-ти часовой режим

Распиновка

Выводы часов расположены следующим образом:

X1, X2
— Выводы для подключения кварцевого резонатора на частоту 32.768 кГц
VBAT
— Вывод для подключения 3-х вольтовой батареи резервного питания
GND
— Земля
SDA
— линия данных шины i2c
SCL
— линия тактовых импульсов шины i2c
SQW/OUT
– выходной сигнал для тактирования внешних устройств
VCC
— питание 5 вольт

Подключение к контроллеру

Обвязка минимальна. Потребуется кварц 32.768 кГц, пара резисторов для работы шины i2c и батарейка на три вольта.

Правильная разводка платы

Точность хода да и вообще работоспособность часов, зависит от разводки печатной платы. Даллас в своем даташите рекомендует сократить до минимума длинну проводников от микросхемы до кварцевого резонатора и окружить эти проводники прямоугольником подключенным к земле. Кроме этого для надежности я припаял к корпусу кварца проводок идущий к земле и параллельно питанию поставил конденсатор на 0.1 мкф.

Кстати может работать и без кварца. Для этого на ногу X1 подают внешний тактовый сигнал с частотой 32.768 кГц, а X2 остаётся висеть в воздухе.

Организация памяти часов

Данная микруха наделена 64 байтами памяти. Первые восемь байт — рабочие. В них хранится время, дата, день недели. Остальные выделены под нужды пользователя. В них можно хранить например какие-нибудь настройки или еще что-нибудь. Естественно, когда резервное питание пропадает, вся информация в этой памяти разрушается. Вся работа с часами (чтение и установка времени/даты) сводится к тому, чтобы читать и записывать нужные ячейки памяти.

Все числа в памяти хранятся в двоично-десятичном формате. Это значит что в одном байте может хранится сразу две цифры. Например число 0x23 — содержит в себе цифру 2 и цифру 3. На каждую цифру выделяется по 4 бита. Зачем так сделано? Для удобства и экономии памяти. Кроме времени и даты в памяти хранятся несколько бит настроек:

Clock Halt
— управляет часами. Когда бит установлен то часы стоят. Чтобы запустить ход часов необходимо записать в этот бит 0. После подключения батареи резервного питания, этот бит уставлен и часы не считают время! Об этом нужно помнить.
24/12
— этот бит выбора режима часов. Когда этот бит равен единице то используется 12-ти часовой режим. В противном случае 24-х часовой. Если используется 12-ти часовой режим то пятый бит показывает AM или PM сейчас. Если бит равен 1 то значит PM. В 24-х часовом режиме этот бит используется для хранения десятков часов совместно с битом 4.
Output
— управляет состоянием ноги SQW/OUT. Бит установлен — на ноге лог 1. Сброшен — на ноге 0. Для управления таким образом, бит SQWE
должен быть сброшен.
SQWE
— когда бит установлен, на ноге SQW/OUT появляются прямоугольные импульсы.
RS1, RS0
— этими битами задается частота импульсов. Зависимость частоты от комбинации бит находится в таблице ниже:

Софт

Для работы с часами DS1307 была написана нехитрая библиотека содержащая следующие базовые функции:

DS_start
— запускает часы. Запустить часы можно так же установив время.
DS_stop
— останавливает часы
DS_set_time —
Установка времени. Перед вызовом процедуры нужно поместить в tmp1 — секунды в tmp2 — минуты и в tmp3-часы. Часы в 24-х часовом формате.
DS_get_time: —
считывание времени из часов. секунды будут записаны в tmp1, минуты в tmp2, часы в tmp3
DS_get_date:
— считывание даты из часов. День будет записан в tmp1, месяц в tmp2, год в tmp3
DS_set_date: —
установка даты. Перед вызовом процедуры нужно поместить в tmp1 — день в tmp2 — месяц и в tmp3-год (последние 2 цифры)

Процедуры установки/чтения времени и даты могут воспринимать/возвращать входные данные в двоично-десятичном формате и в десятичном. Для выбора желаемого формата нужно закомментировать или раскомментировать по три строчки в каждой процедуре (в коде есть примечания по этому поводу).

Тестовая программа позволяет управлять часами через UART (скорость 9600, контроллер работает на частоте 8 мГц). При запуске сразу выдаются время, дата и приглашение ввести команду от 1 до 3. При выборе варианта 1 происходит повторное считывание времени/даты. Вариант 2 позволяет установить время, а вариант 3 дату. Если хочется попробовать поиграть с часами в то в архив с исходником включён файл для симуляции.

Точность

Тут очень многое зависит от применяемого кварца и разводки платы. Даташит сообщает что емкость кварца должна быть 12.5 пф. Говорят, что лучше всего применять кварцы от материнских плат. Для коррекции хода можно подпаять к резонатору подстроечный конденсатором и при помощи него в небольших пределах менять частоту. Лично у меня эти часы работают вторые сутки и отстали на 3 секунды. Что-то мне подсказывает, что дело в ёмкости кварца, попробую другой отпишусь.

Вывод

Неплохие часы. Для любительского применения идеальный вариант. Хотя некоторые пишут о глюках, но я пока не столкнулся.

DS1307
– микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.

Vbat
– вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) – SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) – SDA – вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) – Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT – с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
– выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.

DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.

Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII – код.

Бит 7 регистра 0 – это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.

DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 – второй бит 10 часов (20-23 часа).

Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
– управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 – если OUT
= 0. SQWE
– Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.

DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные – приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим – ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.

Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.

1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. Байт адреса содержит семибитный адрес DS1307, равный 1101000, сопровождаемым битом направления (R/W), который при записи равен 0. После получения и расшифровки байта адреса DS1307 выдаёт подтверждение ASK
на линии SDA. После того, как DS1307 подтверждает адрес ведомого и бит записи, ведущий передает адрес регистра DS1307. Тем самым будет установлен указатель регистра в DS1307. Тогда ведущий начнет передавать байты данных в DS1307, который будет подтверждать каждый полученный байт. По окончании записи ведущий сформирует состояние STOP
.

2. Режим чтения из DS1307
. Первый байт принимается и обрабатывается как в режиме ведомого приёмника. Однако в этом режиме бит направления укажет, что направление передачи изменено. Последовательные данные передаются по SDA от DS1307, в то время как последовательные такты – по SCL в DS1307. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса – первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. Байт адреса содержит семибитный адрес DS1307, равный 1101000, сопровождаемым битом направления (R/W), который при чтении равен 1. После получения и расшифровки байта адреса DS1307 выдаёт подтверждение ASK
на линии SDA. Тогда DS1307 начинает передавать данные, начинающиеся с адреса регистра, на которые указывает указатель регистра. Если указатель регистра не записан перед инициированием режима чтения, то первый адрес, который читается – это последний адрес, оставшийся в указателе регистра. DS1307 должен получить неподтверждение NOASK
, чтобы закончить чтение.

Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки “Часы+” и “Минуты+” позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.

Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.

I2CInit – инициализация шины;
I2CStart – передача условия START;
I2CStop – передача условия STOP;
I2CWriteByte – запись данных;
I2CReadByte – чтение данных;
DS1307Read – функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write – Функция записи данных в DS1307;
lcd_com – передача команды в LCD;
lcd_data – передача данных в LCD;
lcd_string – функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str – функция вывода символа типа int;
lcd_init – инициализация LCD.

Ниже представлен код программы:

#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 > 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10)

Подключение ds1307 к микроконтроллерам avr. Часы на DS1307 от идеи к реализации