Блог назад в будущее. Назад, в будущее. Рубрика «назад в будущее

Итак, часы реального времени. Эта полезная штучка решает большинство полезных задач, связанных со временем. Допустим управление поливом в 5 часов утра на даче. Или включение и выключение освещения в определённый момент. По дате можно запускать отопление в каком-нибудь доме. Вещь достаточно интересная и полезная. А конкретно? Мы с вами рассмотрим часы реального времени DS1302 для популярной платформы Arduino.

Из этой статьи вы узнаете:

Доброго времени суток, уважаемые читатели блока kip-world! Как ваши дела? Напишите в комментариях, вы увлекаетесь робототехникой? Что значит для вас эта тема?

У меня ни на минуту не покидает мысль об этом. Я сплю и вижу, когда мы наконец — то придём к тому, что каждый сможет позволить себе купить персонального робота — помощника. Не важно, чем он будет заниматься, уборкой мусора, стрижкой газонов, мойкой автомобиля.

Я просто представляю себе, насколько сложные алгоритмы они должны содержать в своих «мозгах».

Ведь мы придём к тому, что мы будем так же прошивать ПО, как на персональных компах. Так же скачивать прикладные программы. Пришивать руки, ноги, менять клешни, манипуляторы.

Посмотрите фильмы «Я-робот», «Искусственный интеллект», «Звёздных воинов».

Японцы уже давно внедряют свои разработки. Чем мы хуже?? У нас очень слабая популярность. Я знаю немногих разработчиков. По пальцам пересчитать. Мы занимаемся другим. Мы перекупщики. Просто покупаем готовые наборчики, роботов — игрушек и всякую дребедень.

Почему не разрабатываем вот это:

Или вот это:

Я закончил свои размышления вслух. Давайте мы с вами поговорим о подключении Таймера часов реального времени DS1302 к Arduino.

Часы реального времени DS1302

Контроллер Arduino не имеет своих собственных часов. Поэтому в случае необходимости нужно дополнять специальной микросхемой DS1302.

По питанию эти платы могут использовать свой элемент питания, или запитываться непосредственно с платы Arduino.

Таблица распиновки:

Схема подключения c Arduino UNO:

Способ программирования Arduino для работы с DS1302

Обязательно нужно скачать действующую библиотеку из надёжных источников.

Библиотека позволяет считывать и записывать параметры реального времени. Небольшое описание я привожу ниже:

#include // Подключаем библиотеку.
iarduino_RTC ОБЪЕКТ (НАЗВАНИЕ [, ВЫВОД_RST [, ВЫВОД_CLK [, ВЫВОД_DAT ]]]); // Создаём объект.

Функция begin (); // Инициализация работы RTC модуля.

Функция settime (СЕК [, МИН [, ЧАС [, ДЕНЬ [, МЕС [, ГОД [, ДН ]]]]]]); // Установка времени.

Функция gettime ([ СТРОКА ]); // Чтение времени.

функция blinktime (ПАРАМЕТР [ ЧАСТОТА ] ); // Заставляет функцию gettime «мигать» указанным параметром времени.

функция period (МИНУТЫ ); // Указывает минимальный период обращения к модулю в минутах.

Переменная seconds // Возвращает секунды от 0 до 59.

Переменная minutes // Возвращает минуты от 0 до 59.

Переменная hours // Возвращает часы от 1 до 12.

Переменная Hours // Возвращает часы от 0 до 23.

Переменная midday // Возвращает полдень 0 или 1 (0-am, 1-pm).

Переменная day // Возвращает день месяца от 1 до 31.

Переменная weekday // Возвращает день недели от 0 до 6 (0-воскресенье, 6-суббота).

Переменная month // Возвращает месяц от 1 до 12.

Переменная year // Возвращает год от 0 до 99.

Пишем простенькую программу. Установка текущего времени в RTC модуль (DS1302):

Arduino

#include iarduino_RTC time(RTC_DS1302,6,7,8); void setup() { delay(300); Serial.begin(9600); time.begin(); time.settime(0,51,21,27,10,15,2); // 0 сек, 51 мин, 21 час, 27, октября, 2015 года, вторник } void loop(){ if(millis()%1000==0){ // если прошла 1 секунда Serial.println(time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D")); // выводим время delay(1); // приостанавливаем на 1 мс, чтоб не выводить время несколько раз за 1мс } }

#include iarduino _ RTCtime (RTC_DS1302 , 6 , 7 , 8 ) ; void setup () { delay (300 ) ; Serial . begin (9600 ) ; time . begin () ; time . settime (0 , 51 , 21 , 27 , 10 , 15 , 2 ) ; // 0 сек, 51 мин, 21 час, 27, октября, 2015 года, вторник void loop () { if (millis () % 1000 == 0 ) { // если прошла 1 секунда Serial . println (time . gettime ("d-m-Y, H:i:s, D" ) ) ; // выводим время delay (1 ) ; // приостанавливаем на 1 мс, чтоб не выводить время несколько раз за 1мс

Считываем текущее время с RTC модуля (DS1302) и выводим в "Последовательный порт" :

#include iarduino_RTC time(RTC_DS1302,6,7,8); void setup() { delay(300); Serial.begin(9600); time.begin(); } void loop(){ if(millis()%1000==0){ // если прошла 1 секунда Serial.println(time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D")); // выводим время delay(1); // приостанавливаем на 1 мс, чтоб не выводить время несколько раз за 1мс } }

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 .

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 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:

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:

#include #include #include void setup() { Serial.begin(9600); while (!Serial) ; // wait until Arduino Serial Monitor opens setSyncProvider(RTC.get); // the function to get the time from the RTC if(timeStatus()!= timeSet) Serial.println("Unable to sync with the RTC"); else Serial.println("RTC has set the system time"); } void loop() { if (timeStatus() == timeSet) { digitalClockDisplay(); } else { Serial.println("The time has not been set. Please run the Time"); Serial.println("TimeRTCSet example, or DS1307RTC SetTime example."); Serial.println(); delay(4000); } delay(1000); } void digitalClockDisplay(){ // digital clock display of the time 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){ // utility function for digital clock display: prints preceding colon and leading 0 Serial.print(":"); if(digits < 10) Serial.print("0"); Serial.print(digits); }

#include #include #include void setup () { Serial . begin (9600 ) ; while (! Serial ) ; // wait until Arduino Serial Monitor opens setSyncProvider (RTC . get ) ; // the function to get the time from the RTC if (timeStatus () != timeSet ) Serial . println ("Unable to sync with the RTC" ) ; else Serial . println ("RTC has set the system time" ) ; void loop () if (timeStatus () == timeSet ) { digitalClockDisplay () ; } else { Serial . println ("The time has not been set. Please run the Time" ) ; Serial . println ("TimeRTCSet example, or DS1307RTC SetTime example." ) ; Serial . println () ; delay (4000 ) ; delay (1000 ) ; void digitalClockDisplay () { // digital clock display of the time 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 ) { // utility function for digital clock display: prints preceding colon and leading 0 Serial . print (":" ) ; if (digits < 10 ) Serial . print ("0" ) ; Serial . print (digits ) ;

После загрузки скетча в плату запустите монитор порта (Сервис->монитор порта). Вы увидите сообщения от библиотеки. Отображаемое время будет неверным, либо библиотека вовсе пожалуется на не настроенные часы. Для настройки часов загрузите в плату пример из библиотеки DS1307RTC «SetTime» (Примеры->DS1307RTC->SetTime). Загрузите этот пример в плату. После загрузки часы окажутся настроенными на время компиляции скетча . Задержка между компиляцией и полной загрузкой составит совсем немного, чего окажется достаточно для точно настроенных часов. Но если вы отключите и заново подключите питание платы, даже через несколько часов, время в часах всё равно будет заново установлено на время компиляции и окажется неверным. Поэтому, используйте этот пример только для настройки, после настройки отключите часы или загрузите в плату другой скетч.

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 7	Бит 6	Бит 5	Бит 4	Бит 3	Бит 2	Бит 1	Бит 0
1 Гц	0	0	0	1	0	0	0	0
4,096 кГц	0	0	0	1	0	0	0	1
8,192 кГц	0	0	0	1	0	0	1	0
32,768 кГц	0	0	0	1	0	0	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