Синхронизируем время на модуле DS3231 с компьютером. DS3231 – подключение часов реального времени Arduino подключение часов реального времени ds3231

DS3231 arduino подключение — это автономная дешевая плата, в которой имеется встроенный кварц с термо-стабилизацией с исключительной точность хода часами в режиме реального времени. В состав модуля также входит литий-ионный аккумулятор, обладающий лучшим соотношением массы и накопленной энергии. Встроенный генератор позволил сократить количество деталей в схеме и повысить корректность работы прибора.

Технические характеристики устройства

Базовая информация

Большая часть микросхем, аналогичных одной из самых доступных типов модульного устройства часов реального времени DS1307, применяется схема простого кварцевого генератора. DS3231 arduino подключение , которого не представляет никакой сложности. Данная схема выполнена на двух транзисторах с рабочей частотой 32 кГц. Однако и в этих приборах имеется свое несовершенство, так при различных температурных составляющих изменяется диапазон частот у кварца. А это в свою очередь создает неточность при обработке и подсчете времени.

Этот недостаток был решен в микросхеме DS3231, за счет внедрения в нее термо-компенсированного кварцевого генератора поддерживающий температурную стабильность частоты. При этом реальное время всегда находится в высокоточном режиме (в случае надобности, параметры температуры возможно подсчитать). DS3231 гарантирует работу с выводом информации по всем значениям, начиная от секунд и заканчивая месяцем и годом. Помимо этого он определяет сколько дней в текущем месяце и делает коррекцию при високосном годе.

Само устройство собрано на основе чипа DS3231N. Чтобы подтянуть линии 32K, SQW, SCL и SDA была применена сборка из резисторов RP1 с номиналом 4.7 кОм. Но здесь нужно учитывать одну зависимость. При использовании некоего количества приборов с шиной обеспечивающей передачу информации через интерфейс I2C, тогда нужно убрать резисторы на остальных модулях. Другая резисторная сборка, также служащая для поддержания стабильного уровня нуля на линиях A0, A1 и A2 и для изменения памяти адреса у микросхемы AT24C32N.

Подзарядка аккумулятора

Для обеспечения подзарядки аккумулятора служит цепочка, собранная на сопротивлении R5 и выпрямительном диоде D1. Вообще то эту цепь можно убрать, поскольку дисковые литиевые элементы SR2032 могут служить много лет. Светодиод визуальной индикации, включенный через сопротивление R1 показывает, что модуль включен и готов к работе. Так как DS3231 arduino подключение выполнено по интерфейсной шине I2C, то для удобства использования электрические шины поданы на два коннектора J1 и J2. Для чего служат другие контакты — показано в таблице ниже.

Функции J1

Функции J2

Что касается электронного компонента памяти AT24C32N, то он упрятан в корпус SOIC8, работает по сдвоенному интерфейсному проводнику I2C. Фиксированный адрес чипа AT24C32N — 0x57, но в случае нужды его несложно изменить, установив перемычки A0, A1 и A2. Поскольку в приборе AT24C32N реализовано три входных адреса A0, A1 и A2, способные быть в двух положениях: LOG-1 или LOG-0. Микросхема способна работать на восемь адресов, начиная от 0x50 и заканчивая 0x57.

Подключение DS3231 к Arduino

Компоненты для подключения:

Принцип подключения:

В этой иллюстрации покажу как делать DS3231 arduino подключение используя только приборы DS3231 и Arduino UNO R3, необходимая информация будет поступать на все данные будут передаваться в «Port Monitor». Сложного в схеме ничего нет, для подключения нужно две пары проводов. Первым делом подключается интерфейсный проводник I2C, SCL в A4 (Arduino UNO) и SDA в A5 (Arduino UNO), теперь подается напряжение питание GND к GND и VCC к 5V. Возможно подать и 3.3v, на этом подключение завершилось.

Для нормальной работы устройства DS3231 требуется библиотека, которая отсутствует в программе разработки Arduino, поэтому ее нужно скачать здесь и встроить в программу разработки. Скачать: DS1307RTC и TimeLib

Настройка и установка времени DS3231

Прежде, чем включать устройство нужно запустить процесс программирования времени, для этого необходимо взять из библиотеки DS1307RTC в качестве примера файл. Делается это так: -> «Файл» -> «Примеры» -> «DS1307RTC» -> «SetTime», либо можно взять готовый код расположенный ниже.

Тестирование производилось на Arduino IDE 1.8.0 Дата тестирования 16.01.2017г. */ #include // Подключаем библиотеку Wire #include // Подключаем библиотеку TimeLib #include // 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("DS3231 configured Time="); Serial.print(__TIME__); Serial.print(", Date="); Serial.println(__DATE__); } else if (parse) { Serial.println("DS3231 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; }

DS3231 arduino подключение — теперь этот код нужно загрузить в контроллер Arduino, значение времени нужно взять с операционной системы, открываем «Мониторинг порта».

Программа разработки

В данной библиотеке имеется еще дополнительный файл для примера, открывается он также просто: DS1307RTC «Файл» -> «Примеры» -> «DS3231» -> «DS3231_Serial_Hard»

/* Тестирование производилось на Arduino IDE 1.8.0 Дата тестирования 16.01.2017г. */ #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("DS3231RTC 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 DS3231 is stopped. Please run the SetTime"); Serial.println("example to initialize the time and begin running."); Serial.println(); } else { Serial.println("DS3231 read error! Please check the circuitry."); Serial.println(); } delay(9000); } delay(1000); } void print2digits(int number) { if (number >= 0 && number < 10) { Serial.write("0"); } Serial.print(number); }

Многие устройства требуют постоянного учёта хронометрических данных (дата, время), эту функцию выполняют специальные электронные схемы, которые называются часами реального времени. Часы реального времени, в нынешнее время, реализованы в виде отдельной микросхемы, к которой нужно добавить кварцевый резонатор и автономный источник питания. В некоторых микросхемах, кварцевый резонатор встроен внутри. Одни из таких часов на микросхеме DS3231SN я купил для своих проектов . В примере буду подключать часы реального времени к китайскому аналогу Arduino UNO.

Представляют из себя законченный модуль ZS-042, который можно подключать к различным устройствам, не только к платформе Arduino.

Модуль построен на микросхеме DS3231SN , которая по сути и является часами реального времени. В отличии от старой модели часов, например на микросхеме DS1307, эти часы содержат внутренний кварцевый резонатор, благодаря чему часы имеют точный ход.

Реализовать часы на Arduino можно и без DS3231SN , но тогда при пропадании питания, значения таймера сбрасываются. Эти же часы имеют резервное питание, поэтому при пропадании питания, они продолжают дальше работать.

Часы умеют производить подсчёт часов, минут, секунд, дат, месяцев, лет (високосные года учитываются до 2100 года). Работают в 12 или 24 часовом режиме, содержат два будильника, а так же имеют внутренний термометр, с диапазоном от -40 ° C до + 85 ° C. Для подключения к различным устройствам, часы подключаются по I2C интерфейсу.

Расположение и назначение пинов на модуле ZS-042:

SQW - Программируемый выход Square-Wave сигнала.

SCL – Через этот пин по интерфейсу I2C происходит обмен данными с часами.

SDA – Через этот пин передаются данные с часов.

VCC – Питание часов реального времени, нужно 5 вольт. Если на этот пин не поступает напряжение, часы переходят в спящий режим.

GND - Земля.

Для подключения к Arduino UNO, пин SDA часов подключаем к пину A4, а пин SCL к A5. Для питания используются пины GND(-) и VCC(+5v).

Пины SDA и SCL на разных платах Arduino:

Установим батарейку CR2032 в часы, такие элементы используются для питания BIOS в компьютерах.

При подключении USB кабеля к Arduino, на часах должен загореться светодиод «POWER » (красный светодиод).

Для того что бы запрограммировать часы через Arduino IDE нужно установить библиотеки.

Скачать библиотеку Time и DS1307RTC .

Последняя библиотека была написана для часов на микросхеме DS1307, но её протоколы взаимодействия совместимы с DS3231, поэтому библиотека подойдёт к нашим часам.

Библиотеки нужно скачать, распаковать и поместить в папку « libraries ». При запуске Arduino IDE, они с примерами должны появится в «Образцах ».

Устанавливаем Дату и время.

Для этого скопируем данный код в Arduino IDE.

Для корректной настройки нужно изменить данные в строке

setTime(13,35,0,22,12,2016);

В скобках через запятую устанавливаем правильные: часы, минуты, секунды, число, месяц, год. У меня в примере установлено 13 часов 35 минут 0 секунд, 22 декабря 2016 год. Вгружаем скетч в Arduino.

Теперь для того что бы прочитат ь показания из часов, можно воспользоваться примером: «Файл » - «Образцы » - «DS1307RTC » - «ReadTest » и за грузить его в Arduino.

В открывшемся окне будет отображаться текущие дата и время. Если отключить питание модуля часов от Arduino, Arduino не сможет отслеживать значения и в мониторе через какое то время появится надпись "...read error! " (выделил красным). После возобновления питания, показания даты и времени будут отсчитываться далее. Показания даты и времени не сбросились, поскольку часы питались от своей батарейки CR2032.

Сегодня мы продолжим поиски идеальной микросхемы часов реального времени (RTC). Часы будем изготавливать на основе . Индикация будет использоваться более удобная для разработки - LCD дисплей, на котором будет отображаться вся информация сразу кроме настроек. В таком виде часы удобно использовать как настольный вариант.

Итак, рассмотрим саму микросхему DS3231. DS3231 - это часы реального времени с экстремально точным ходом (подобрали же производители словечко) благодаря встроенному кварцевому резонатору с температурной компенсацией. Интерфейс передачи данных - I 2 C. В этой микросхеме есть также вход для напряжения резервной батареи, при отключении основного питания микросхема автоматически переключается на работу от резервной батареи, точность хода от резервной батареи не нарушается. Весьма радует, не правда ли? В DS3231 поддерживается подсчет секунд, минут, часов, дней месяца (даты), дней недели, месяцев и лет (с учетом високосного года для месяцев). Поддерживается работа в 12 и 24 часовом формате. Имеется 2 будильника с возможностью их настройки и отслеживания состояния. Подстройка точности температурной компенсации. А также два выхода - на 32 кГц (выход составляет 32.768 кГц) и программируемый выход от 1 Гц до 8.192 кГц. Имеется также вывод сброса - RST. микросхема часов реального времени выпускается в корпусе SO-16. Корпус достаточно крупный, но если учитывать что внутри уже имеется кварц, да еще и температурно компенсируемый, то мне кажется, с размерами тут все отлично. У DS3231 есть близнец в виде DS3232, у которого, правда, на 2 ножки больше. Все это очень напоминает продукцию компании NXP - микросхемы часов PCA2129 и PCF2129. Аналогично температурно компенсируемый встроенных кварцевый резонатор, оба такие же близнецы только с разным количеством n.c. выводов и схожими функциями относительно DS3231 помимо хронометрожа времени.

RTC DS3231 имеются в продаже в виде модулей с необходимой обвязкой, а также до комплекта микросхемой EEPROM, которая чаще всего и даром не нужно, только веса добавляет:

Кроме необходимых деталей на плате модуля есть также светодиод, функция которого - индикация подключения питания к выводам. Наверно просто так доставили, для красоты.

Что важно знать при работе с такой микросхемой часов реального времени, так это как же извлечь из нее данные или записать их туда. Часы имеют интерфейс I 2 C. Для того чтобы осуществить запись данных (а это нужно и для того чтобы прочитать данные) нужно передать условие старта (эти команды осуществляются по средствам аппаратного или программного I 2 C для микроконтроллера), далее передать адрес микросхемы с битом записи, далее передать адрес регистра к которому будем обращаться и далее передать в этот регистр байт данных, если следом передать еще байт данных, он запишется в следующий регистр и так далее. По окончании нужно передать условие остановки. Графическое изображение выше сказанного на рисунке:

Запись данных необходима для первоначальной настройки, а также для настройки текущего времени. Далее нам нужно постоянно получать данные о текущем времени и даты. Для этого необходимо осуществлять чтение из регистров хранения этой информации. Чтение состоит из двух процедур - установить указатель на нужный регистр и прочитать его. Чтобы установить указатель на нужный регистр, нужно передать условие старта, потом передать адрес микросхемы с битом записи и байт с адресом регистра. Далее либо условие остановки и следом условие старта, либо просто рестарт. Теперь вторая процедура - непосредственно чтение из регистров. Старт передан, далее нужно отправить адрес микросхемы с битом чтения и далее считывать регистры в необходимом количестве, по окончании передать условие остановки. Если информация из регистра была прочитана, то указатель автоматически переходит на следующий за ним регистр без лишних действий со стороны микроконтроллера (мастер устройства). На рисунке проиллюстрировано все выше сказанное относительно чтения регистров по средствам I 2 C интерфейса:

Адрес микросхемы:

• для записи - 0b11010000
• для чтения - 0b11010001

Программно код на языке Си будет выглядеть следующим образом:

// функции с часами ======================================================================================================= // инициализация начальных установок void RTC_init(void){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x0E); // передача адреса памяти i2c_send_byte(0b00100000); // запустить преобразование температуры и выход на 1 Гц i2c_send_byte(0b00001000); // разрешить выход 32 кГц i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // получение времени и даты void RTC_read_time(void){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x00); // передача адреса памяти i2c_stop_cond(); // остановка i2c i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_read); // передача адреса устройства, режим чтения sec = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение секунд, ACK min = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение минут, ACK hour = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение часов, ACK wday = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение день недели, ACK day = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение число, ACK month = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение месяц, ACK year = bcd(i2c_get_byte(1)); // чтение год, NACK i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // установка времени void RTC_write_time(unsigned char hour1,unsigned char min1, unsigned char sec1){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x00); // передача адреса памяти i2c_send_byte(bin(sec1)); // 0x00 секунды (целесообразно ли задавать еще и секунды?) i2c_send_byte(bin(min1)); // 0x01 минуты i2c_send_byte(bin(hour1)); // 0x02 часы i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // установка даты void RTC_write_date(unsigned char wday, unsigned char day, unsigned char month, unsigned char year){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x03); // передача адреса памяти i2c_send_byte(bin(wday)); // 0x03 день недели (воскресенье - 1, пн 2, вт 3, ср 4, чт 5, пт 6, сб 7) i2c_send_byte(bin(day)); // 0x04 день месяц i2c_send_byte(bin(month)); // 0x05 месяц i2c_send_byte(bin(year)); // 0x06 год i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // чтение температуры void RTC_read_temper(void){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x11); // передача адреса памяти i2c_stop_cond(); // остановка i2c i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_read); // передача адреса устройства, режим чтения t1 = i2c_get_byte(0); // чтение MSB температуры t2 = i2c_get_byte(1); // чтение LSB температуры i2c_stop_cond(); // остановка i2c t2=(t2/128); // сдвигаем на 6 - точность 0,25 (2 бита) // сдвигаем на 7 - точность 0,5 (1 бит) t2=t2*5; }

Это весь исходный код, использовавшийся для работы с микросхемой, подстройка хода часов не затрагивалась, так как и без того часы не ушли ни на секунду за несколько дней.

Да - отличной фишкой DS3231 является то, что эта же микросхема выполняет функции термометра (а то как же еще осуществлять температурную компенсацию) и возможность чтения текущей температуры. Максимальное разрешение температуры составляет 0.25 градусов Цельсия. Также период обновления температуры достаточно большой - около 1 минуты. Да нам быстро то не к чему обновлять ее.

Схема же всего устройства часов выглядит так:

Микроконтроллер был выбран Atmega8 за свою широкую распространенность и небольшую цену. Данный микроконтроллер можно использовать как в корпусе DIP-28, так и в SMD исполнении в корпусе TQFP-32. Резистор R3 необходим для предотвращения самопроизвольного перезапуска микроконтроллера в случае появления случайных помех на выводе PC6. Резистор R3 подтягивает плюс питания к этому выводу, надежно создавая потенциал на нем. Для индикации используется жидко кристаллический (ЖК или LCD) дисплей. Мною использовался дисплей 2004А - 4 строки по 20 символов больше для красоты, поэтому можно применять дисплей более привычный - 2 строки по 16 символов. ЖК дисплей подключается к микроконтроллеру по четырех битной системе. Переменный резистор R2 необходим для регулировки контраста символов на дисплее. Вращением движка этого резистора добиваемся наиболее четких для нас показаний на экране. Подсветка ЖК дисплея организована через вывод "А" и "К" на плате дисплея. Подсветка включается через резистор, ограничивающий ток - R1. Чем больше номинал, тем более тускло будет подсвечиваться дисплей. Однако пренебрегать этим резистором не стоит во избежание порчи подсветки. Кнопки S1 - S4 управляют настройками часов. Светодиод сигнализирует о том, что будильник сработал. Светодиод можно заменить на какую-либо звуковую схему. Резисторы R5 - R8 являются подтягивающими (pull-up) и необходимы для формирования прямоугольных импульсов на выводах микросхемы часов. Также это необходимо для правильной работы протокола I2C. Для питания схемы используется микросхема линейного стабилизатора L7805, ее можно заменить на отечественный аналог пяти вольтового линейного стабилизатора КР142ЕН5А, либо применить другу микросхему стабилизатора напряжения в соответствии с подключением ее в схеме (например LM317 или импульсные стабилизаторы LM2576, LM2596, MC34063 и так далее). Далее 5 вольт стабилизируются другой микросхемой - AMS1117 в исполнении, дающей на выходе 3,3 вольта. Микросхема часов, в соответствии с даташитом, питается от напряжения 3,3 вольта. Однако максимальное напряжение составляет 5,5 вольта. Поэтому Данный стабилизатор можно использовать, а можно и нет, на ваше усмотрение. Стабилизатор напряжения AMS1117 можно также заменить на исполнение ADJ (AMS1117ADJ) - то есть регулируемый вариант, задать необходимое напряжение при таком выборе необходимо будет при помощи двух резисторов, подключаемых к микросхеме в соответствии с даташитом на нее.

Схема была собрана и отлажена с применением отладочной макетной платы для микроконтроллера ATmega8:

Назначение кнопок:

• S1 - отключает сигнал будильника, либо выходит в главное меню из любого меню настроек
• S2 - сброс микроконтроллера
• S3 - изменяет время или дату в меню настроек
• S4 - вход в меню настроек и перелистывание меню

Вывод 32 кГц может использоваться для контроля частоты кварцевого резонатора. Подключаем к этому выводу частотомер или осциллограф и контролируем частоту:

Как видно из скриншота осциллограммы, частота примерно соответствует 32,768 кГц (примерно в силу ограничения разрешения измерения частоты, а "на глаз" настолько точно трудно определить).

В итоге получились часы со следующими характеристиками:

• индикация времени
• индикация даты
• индикация дня недели
• индикация активности будильника
• 1 будильник с выходом сигнала от микроконтроллера
• индикация температуры окружающей среды (программно реализована только положительная температура, отрицательная, думаю, нам ни к чему)
• настройки будильника
• настройки времени
• настройки даты
• LCD-дисплей с подсветкой
• сохранение настроек и продолжение хода часов при отключении основного питания

Подытожим . Микросхема часов реального времени DS3231 является отличным решением. Точность хода сравнительно c какой-нибудь DS1307 или выше, а вот PCA/PCF2129 еще могут потягаться с ней. Среди рассмотренных мною микросхем часов реального времени данный экземпляр на сегодняшний день занимает первое место по функционалу и точности.

Для программирования микроконтроллера Atmega8 необходимо знать конфигурацию фьюз битов (скриншот сделан в программе ):

К статье прилагается прошивка для микроконтроллера Atmega8, проект схемы в программе , а также видео работы часов (в самом начале сработает будильник - загорится светодиод).

Список радиоэлементов

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

Я заказывал модуль здесь . Схема представлена на картинке ниже:


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

Режимы электропитания

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

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

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

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

Функция внешнего сброса

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

Описание регистров DS3231

Ниже в таблице представлен перечень регистров часов реального времени:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Подключение DS3231 к микроконтроллеру

Я подключил часы к микроконтроллеру PIC16F628A, для отображения времени использовал . Схема подключения представлена ниже:


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

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

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

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

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; #include LIST p=16F628A __CONFIG H"3F10" ;Конфигурация микроконтроллера errorlevel -302 ;не выводить сообщения с ошибкой 302 в листинге Sec equ 0020h ;вспомогательные регистры счета Sec1 equ 0021h ; Sec2 equ 0022h ; scetbit equ 0024h ;вспомогательный регистр счета кол-ва бит perem equ 0025h ;вспомогательный регистр приема/передачи байта по spi, i2c temp equ 0026h ;регистр температуры perem_1 equ 0027h ;вспомогательный регистр двоично-десятичного преобр. result equ 0028h ;вспомогательный регистр двоично-десятичного преобр. dat_ind equ 0029h ;регистр данных для передачи по протоколу spi adr_ind equ 002Ah ;регистр адреса для передачи по протоколу spi second equ 002Bh ;регистр хранения секунд для установки времени minut equ 002Ch ;регистр хранения минут для установки времени hour equ 002Dh ;регистр хранения часов для установки времени adr_i2c equ 002Eh ;регистры подпрограммы передачи данных интерфейса i2c tmp_i2c equ 002Fh slave_adr equ 0030h data_i2c equ 0031h flag equ 007Fh ;регистр флагов #DEFINE int PORTB,0 ;линия прерывания INT/SQW DS3231 #DEFINE sda PORTB,1 ;линия SDA для подключения DS3231 #DEFINE scl PORTB,2 ;линия SCL для подключения DS3231 #DEFINE sda_io TRISB,1 ;направление линии SDA #DEFINE scl_io TRISB,2 ;направление линии SCL #DEFINE datai PORTB,5 ;линия входа данных драйвера MAX7219 #DEFINE cs PORTB,6 ;линия выбора драйвера MAX7219 #DEFINE clk PORTB,7 ;линия тактирования драйвера MAX7219 #DEFINE led PORTB,4 ;светодиод ошибки i2c #DEFINE led_sec PORTB,3 ;светодиод индикации хода часов 1Гц #DEFINE regim PORTA,2 ;кнопка Индикация - смены режима индикации #DEFINE nast PORTA,3 ;кнопка Настройка - входа в режим настройки времени #DEFINE ust PORTA,4 ;кнопка Установка - установка значения часов;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; org 0000h ;начать выполнение программы с адреса 0000h goto Start ;переход на метку Start ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; ;Основная программа Start movlw b"00000000" ;установка значений выходных защелок порта A movwf PORTA ; movlw b"01000000" ;установка значений выходных защелок порта B movwf PORTB ; movlw b"00000111" ;выключение компараторов movwf CMCON ; bsf STATUS,RP0 ;выбрать 1-й банк movlw b"00000111" ;настройка линий ввода\вывода порта B movwf TRISB ;RB0-RB2 - на вход, остальные на выход movlw b"11111111" ;настройка линий ввода\вывода порта A movwf TRISA ;все линии на вход bcf STATUS,RP0 ;выбрать 0-й банк clrf flag ;сброс регистра флагов call init_lcd ;вызов подпрограммы инициализации драйвера (MAX7219) call viv_not ;вывод на индикаторы символов тире " ------ " ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;; movlw b"11010000" ;адрес устройства (DS3231) movwf slave_adr ;Запись 4-х байт в регистры приема/передачи по i2c ;здесь выполняется настройка 1-го будильника, сигнал каждую секунду movlw data_i2c ;установка первого регистра приема/передачи по i2c movwf FSR ; movlw b"10000000" ;данные для регистра секунд 1-го будильника movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"10000000" ;данные для регистра минут 1-го будильника movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"10000000" ;данные для регистра часов 1-го будильника movwf INDF ; incf FSR,F ; movlw b"10000000" ;данные для регистра даты/дня недели 1-го будильника movwf INDF ; movlw .4 ;передача 4-х байта по i2c movwf tmp_i2c ; movlw 0x07 ;установка адреса регистра секунд 1-го будильника movwf adr_i2c ; call write_i2c ;вызов подпрограммы записи по интерфейсу i2c call err_prov ;проверка на ошибки записи/чтения I2C movlw .1 ;передача 1-го байта по i2c movwf tmp_i2c ; movlw 0x0E ;установка адреса регистра Control movwf adr_i2c ; movlw data_i2c ;установка первого регистра приема/передачи по i2c movwf FSR ; movlw b"00000101" ;запуск тактового генератора, запрет функционирования вывода INT/SQW для movwf INDF ;режима питания от батареи, частота импульсов на выходе INT/SQW 1Гц, ;выход INT/SQW задействован для генерации прерываний по будильнику, ;разрешение прерываний по 1-му будильнику call write_i2c ;вызов подпрограммы записи по интерфейсу i2c call err_prov ;проверка на ошибки записи/чтения I2C met_2 movlw .1 ;передача 1-го байта по i2c movwf tmp_i2c ; movlw 0x0F ;установка адреса регистра Status movwf adr_i2c ; movlw data_i2c ;установка первого регистра приема/передачи по i2c movwf FSR ; movlw b"00000000" ;сброс бита OSF, запрет генерирования импульсов на выходе EN32kHz, movwf INDF ;сброс флагов прерываний будильников A2F, A1F call write_i2c ;вызов подпрограммы записи по интерфейсу i2c call err_prov ;проверка на ошибки записи/чтения I2C met_1 btfsc int ;опрос линии прерывания будильника goto met_3 ; bsf led_sec ;включение светодиода индикации хода часов goto met_4 ; met_3 bcf led_sec ;выключение светодиода индикации хода часов btfsc nast ;опрос кнопки настройки часов goto met_5 ; call nast_time ;вызов подпрограммы установки времени goto met_2 ; met_5 btfsc regim ;опрос кнопки режима индикации goto met_1 ; met_6 call paus_knp ; btfss regim ; goto met_6 ; btfss flag,2 ;изменение значения флага режима индикации goto met_7 ; bcf flag,2 ;сброс флага индикации, режим отображения часов goto met_1 ; met_7 bsf flag,2 ;установка флага индикации, режим отображения температуры и часов goto met_1 ; met_4 movlw .1 ;передача 1-го байта по i2c movwf tmp_i2c ; movlw 0x11 ;установка адреса старшего регистра температуры movwf adr_i2c ; call read_i2c ;вызов подпрограммы чтения по I2C call err_prov ;проверка на ошибки записи/чтения I2C movf INDF,W ;копирование значения температуры в регистр temp movwf temp rd_time movlw .3 ;передача 3-х байт по i2c movwf tmp_i2c ; movlw 0x00 ;установка адреса регистра секунд movwf adr_i2c ; call read_i2c ;вызов подпрограммы чтения по I2C call err_prov ;проверка на ошибки записи/чтения I2C btfsc flag,2 ;опрос флага режима индикации goto met_8 ; call vivod ;вызов подпрограммы вывода значения часов на цифровое табло goto met_2 ; met_8 call vivod_temp ;вызов подпрограммы вывода температуры и часов на цифровое табло goto met_2 ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;

«. Знакомимся с модулем часов реального времени DS3231. В статье видео-инструкция, листинги программ, назначение и способы подключения к Arduino модулей из семейства DS.

Модуль часов реального времени DS3231

Что такое модуль часов реального времени DS3231?

Модуль часов реального времени - это электронная схема, предназначенная для учета хронометрических данных (текущее время, дата, день недели и др.), представляет собой систему из автономного источника питания и учитывающего устройства.

Модуль DS3231 по сути представляет из себя обыкновенные часы. В платах Arduino уже есть встроенный датчик времени Millis , однако он работает только при поданном питании на плату. При отключении и дальнейшем включении Arduino отсчет времени Millis сбросится до нуля. А DS3231 имеет на борту батарейку, которая даже при отключенной плате Arduino продолжает «питать» модуль, позволяя ему измерять время.

Модуль можно использовать в качестве часов или будильника, построенных на базе плат Arduino. Или же в качестве оповещения для различных систем, к примеру в «Умном доме».

Технические характеристики DS3231:

• модуль производит подсчет часов, минут, секунд, дат, месяцев, лет (високосные года учитываются до 2100 года);
• для подключения к различным устройствам, часы подключаются по I2C интерфейсу.

32К — Выход, предназначенный для подачи внешнего питания >12В.

SQW — Программируемый выход Square-Wave сигнала.

SCL – Через этот пин по интерфейсу I2C происходит обмен данными с часами.

SDA – Через этот пин передаются данные с часов.

VCC – Питание часов реального времени, нужно 5 вольт. Если на этот пин не поступает напряжение, часы переходят в спящий режим.

GND — Земля.

Схема подключения часов реального времени DS3231 и простейшая программа

Пины SDA и SCL на разных платах Arduino:

Подключим модуль часов реального времени к Arduino UNO. SDA — пин A4, SCL — пин A5.

Для работы модели подойдет следующая программа (программу вы можете просто скопировать в Arduino IDE):

#include

void setup() {
delay(300);
Serial.begin(9600);
time.begin();
}
void loop(){



}
}

В данном скетче просто идет отсчет времени.

В первую очередь в сктече подключение библиотеки iarduino_RTC.h.

Там же укажите точное название своего модуля для корректной работы с ним.

В итоге получаем вывод времени с модуля DS3231 в монитор порта. Идет вывод часов, минут, секунд.

В следующем скетче добавим функцию settime , позволяющую установить начальное время отсчета.

#include
iarduino_RTC time(RTC_DS3231);
void setup() {
delay(300);
Serial.begin(9600);
time.begin();
time.settime(0,0,18,24,04,17,1); // 0 сек, 0 мин, 18 час, 24, апреля, 2017 года, понедельник
}
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
}
}

В примере время начинает отсчитываться с 0 сек, 0 мин, 18 час, 24, апреля, 2017 года, понедельник.

Посты по урокам:

1. Первый урок: .
2. Второй урок: .
3. Третий урок: .
4. Четвертый урок: .
5. Пятый урок: .
6. Шестой урок: .
7. Седьмой урок: .
8. Восьмой урок: .
9. Девятый урок: