Определен следующий протокол шины:

Передача данных может быть начата только тогда, когда шина не занята.

В течение передачи данных сигнал на линии данных должен оставаться постоянным всегда, когда на линии тактов высокий уровень. Изменения на линии данных в то время, когда на линии тактов высокий уровень, будут интерпретироваться как сигналы управления.

Соответственно, были определены следующие состояния шины:

Шина свободна . На обеих линиях: данных и тактов высокий уровень.

Начало передачи данных: переход линии данных от высокого уровня к низкому при высоком уровне на линии тактов определяет условие СТАРТ.

Остановка передачи данных : переход линии данных от низкого уровня к высокому, в то время как на линии тактов высокий уровень, определяет условие СТОП.

Правильные данные : линия считается находящейся в состоянии передачи данных, когда после состояния СТАРТ уровень на линии данных не изменяется во время высокого уровня на линии тактирования. Он должен изменяться только во время низкого уровня тактового сигнала. Имеется один тактовый импульс на бит данных. Каждая передача данных начинается с состояния СТАРТ и заканчивается состоянием СТОП. Число байтов данных, переданных между этими состояниями, не ограничено и определяется ведущимустройством. Информация передаётся байтами, и каждый приемник посылает подтверждение с девятым битом.

Подтверждение : каждое принимающее устройство, когда оно адресовано, обязано произвести подтверждение после приема каждого байта. Ведущее устройство должно произвести дополнительный тактовый импульс, который связан с этим подтверждающим битом. Подтверждающее устройство должно притянуть к земле линию SDA в течение подтверждающего тактового импульса так, чтобы на линии SDA низкий уровень удерживался в течение высокого уровня подтверждающего тактового импульса. Конечно, должны быть приняты во внимание времена установки и удержания. При получении данных от ведомого ведущий должен сообщить о конце данных ведомому,не генерируя подтверждающий бит на последнем байте, который был передан от ведомого. В этом случае, ведомый должен установить на линии данных высокий уровень, чтобы позволить ведущему установить состояние СТОП.

Передача данных

На рисунках 5, 6, и 7 подробно показано, как передаются данные по 2-проводной шине. В зависимости от состояния бита R/W при передаче, как показано на рисунках 6 и 7, возможны два типа передачи данных:

1. Данные передаются от ведущего к ведомому. Первый байт, переданный ведущим - адрес ведомого. Затем следуют байты данных. Ведомый возвращает подтверждающий бит после каждого полученного байта. Данные передаются, начиная со старшего бита (MSB).

2. Данные передаются от ведомого к ведущему. Первый байт (адрес ведомого) передаётся ведущим. Тогда ведомый возвращает подтверждающий бит. Затем ведомый передаёт байты данных. Ведущий возвращает подтверждающий бит после всех полученных байтов, кроме последнего. В конце последнего полученного байта, возвращается "неподтверждение". Ведущее устройство генерирует все тактовые импульсы и состояния СТАРТ и СТОП. Передача заканчивается формированием состояния СТОП или повторного состояния СТАРТ. Так как повторное состояние СТАРТ является также началом следующей последовательной передачи, шина не будет освобождена. Данные передаются старшим битом (MSB) вперёд. DS1307 может использовать следующие два способа:

1. Режим ведомого приемника (режим записи DS1307): Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит. Состояния СТАРТ и СТОП опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления (См. рисунок 6). 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 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 СТОП.

2. Режим ведомого передатчика (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 СТАРТ и СТОП опознаются как начало и конец последовательной передачи (См. рисунок 7). Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние СТАРТ. 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 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", чтобы закончить чтение.

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; monthIndex++) { if (strcmp(Month, monthName) == 0) break; } if (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 < 10) { Serial.write("0"); } Serial.print(number); }

Скачать скетч

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

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

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

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

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

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

Что такое часы реального времени?

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

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

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

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

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

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

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

Узлы, из которых состоит модуль часов реального времени

Сборка модуля часов реального времени

Библиотека Arduino для работы с DS1307

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

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

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

• КУПИТЬ Arduino Uno R3 ;
• КУПИТЬ Breadboard ;
• КУПИТЬ модуль часов реального времени DS1307 ;

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

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

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

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

Скетч для Arduino

Проверка часов реального времени

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

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

Вам также понадобится библиотека OneWire.h, скачть ее можно

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

#include <Wire.h>

#include "RTClib.h"

Serial.begin(57600);

if (! RTC.isrunning()) {

Serial.println("RTC is NOT running!");

// RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));

DateTime now = RTC.now();

Serial.print("/");

Serial.print("/");

Serial.print(now.day(), DEC);

Serial.print(" ");

Serial.print(":");

Serial.print(":");

Serial.println();

Serial.print(now.unixtime());

Serial.print("s = ");

Serial.println("d");

// рассчитываем дату: 7 дней и 30 секунд

DateTime future (now.unixtime() + 7 * 86400L + 30);

Serial.print(" now + 7d + 30s: ");

Serial.print(future.year(), DEC);

Serial.print("/");

Serial.print(future.month(), DEC);

Serial.print("/");

Serial.print(future.day(), DEC);

Serial.print(" ");

Serial.print(future.hour(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(future.minute(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(future.second(), DEC);

Serial.println();

Serial.println();

Теперь откройте окно серийного монитора и убедитесь, что скорость передачи данных установлена корректно: на 57600 bps.

В результате вы должны увидеть в окне серийного монитора примерно следующее:

Если в часах реального времени пропадет питание, отобразится 0:0:0. Секунды отсчитываться перестанут. После настройки времени, пойдет новый отсчет. Именно по этой причине извлекать батарейку во время работы модуля часов реального времени нельзя.

Настройка времени на модуле часов

В этом же скетче раскомментируйте строку, которая начинается с RTC.adjust:

// строка ниже используется для настройки даты и времени часов

RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));

Процесс настройки даты и времени реализован очень элегантно. В эту строку попадают данные с вашего счетчика на персональном компьютере (в момент компилляции кода). Эти данные используются для прошивки вашего модуля часов реального времени. То есть, если время на вашем ПК настроено неверно, рекомендуем сначала исправить этот баг, а потом переходить к прошивке модуля часов для Arduino.

После настройки, откройте серийный монитор и убедитесь, что часы настроены корректно:

Все. С этого момента и на протяжении ближайших нескольких лет настраивать DS1307 не придется.

Считывание показаний времени с DS1307

После настройки часов реального времени DS1307, может отправлять к ним запросы. Давайте рассмотрим часть скетча, в которой реализованы эти запросы.

DateTime now = RTC.now();

Serial.print(now.year(), DEC);

Serial.print("/");

Serial.print(now.month(), DEC);

Serial.print("/");

Serial.print(now.day(), DEC);

Serial.print(" ");

Serial.print(now.hour(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(now.minute(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(now.second(), DEC);

Serial.println();

По сути существует один вариант для получения времени с использованием часов реального времени. Для этого используется функция now(), которая возвращает объект DateTime. В этом объекте содержаться данные про год, месяц, день, час, минуту и секунду.

Есть ряд библиотек для часов реального времени, в которых предусмотрены функции вроде RTC.year() и RTC.hour(). Эти функции вытягивают отдельно год и час. Но их использование сопряжено с рядом проблем: если вы сделаете запрос на вывод минут в момент времени, например, 3:14:59, то есть, прямо перед тем как показания минут должны приравняться к "15" (3:15:00), полученные данные будут равны 3:14:00 - то есть, вы потеряете одну минуту.

В общем, использование отдельных функций для вызова часа или года обосновано только в том случае, когда точность контроля времени с разбросом в одну минуту/года для вашего проекта не критична (как правило, это в тех случаях, когда показания снимаются редко - раз в сутки, раз в неделю). В любом случае, если вы хотите избежать погрешностей в показаниях, используйте now(), а уже из полученных данных тяните необходимые вам показания (минуты, года и т.п.).

Есть еще один формат данных, которые мы можем подучить - количество секунд от полуночи, 1-го января 1970 года. Для этого используется функция unixtime ():

Serial.print(" since 1970 = ");

Serial.print(now.unixtime());

Serial.print("s = ");

Serial.print(now.unixtime() / 86400L);

Serial.println("d");

Так как в одном дне 60*60*24 = 86400 секунд, можно перевести полученное значение в дни и года. Очень удобный вариант, если вам надо отследить, сколько времени прошло с момента последнего запроса. Например, если прошло 5 минут с момента последнего последнего обращения Arduino к часам реального времени DS1307, значение, которое вернет функция unixtime() будет больше на 300.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!