Часы реального времени на rtc модулях ардуино ds1302, ds1307, ds3231

DS1307 RTC Module

DS1307 RTC module has all onboard components which are required for the correct functionality of a DS3107 chip. On top of that, it contains a holder to connect a 20mm 3V lithium coin cell. This holder can contain any CR2032 battery. Now let’s discuss the components of this module one by one:

At the center of the DS1307 RTC module is a chip which we have discussed earlier. This chip keeps track of seconds, minutes, hours, days, and months. At the end of every month, this chip automatically adjusts its seconds:minutes: hours, and date. It is also possible to configure time display in 12-hour with an AM and PM or 24-hour format.

32kHz Crystal Oscillator

As discussed earlier, the DS1307 chip requires 32KHz of an external crystal oscillator for its operation ( time-keeping). Therefore, the RTC module comes with 32KHz of an external crystal oscillator.

But there is one problem with this 32KHz crystal oscillator that is a change in environmental temperature affects the oscillation frequency of the crystal oscillator. This change in 32KHz of external crystal oscillation frequency is negligible. But it shows an error in the long run. It gives a clock drift of 2-3 minutes per month.

Onboard 24C32 EEPROM

DS1307 RTC module also contains onboard 24C32 EEPROM. This EEPROM can store 32 bytes and have limited read-write operations. We can use this memory to save time when we want to use an RTC module for Alarm based projects. For example, we want to set an alarm at 8:00 AM every day. We can save this time value into EEPROM and whenever the time matches with this saved value, an alarm starts.

These EEPROM chips also communicate with microcontrollers or Arduino over the I2C bus. Hence, it shares the same I2C bus as DS1307. Different slave addresses are assigned to EEPROM (o 0x50 Hex) and DS1307 chip to communicate with them on the same I2C bus.

Backup Battery

On the back side of a RTC module, there is a holder to connect CR2032 coil cell. This backup battery is used to keep track of time accurate even when the main power source which connected to DS1307 fails. This chip contains a power sensing circutry which senses main power and whenever the main power shutdown, it swithces to the backup coil cell.

In backup mode, DS1307 consumes only 300nA current. That means a backup battery based on a coin cell can work for more than 17 years. Because, generally, the capacity of CR2032 battery is 47mAh and chip consumes only 300nA when powers through a battery. Life_time = 47mAh/300nA = 156666 hours = 6527 days = 17+ years

DS18B20 Sensor

There is an empty slot available on this module to connect an external DS18B20 digital thermometer. The three empty pinouts in the bottom right corner is a place holder for the DS18B20 sensor and output of the sensor can be received from DS pin of RTC module.

DS1307 RTC Module Pinout

The following figure shows the pinout diagram. This module exposes a total of 7 pins out of which two are power supply pins and two are for SCL and SDA pins for the I2C communication bus. We have already seen the functionality of all these pins in the previous sections.

Wiring DS1307 RTC module to Arduino UNO

Let’s hook the RTC up to the Arduino.

Connections are fairly simple. Start by connecting VCC pin to the 5V output on the Arduino and connect GND to ground.

Now we are remaining with the pins that are used for I2C communication. Note that each Arduino Board has different I2C pins which should be connected accordingly. On the Arduino boards with the R3 layout, the SDA (data line) and SCL (clock line) are on the pin headers close to the AREF pin. They are also known as A5 (SCL) and A4 (SDA).

If you have a Mega, the pins are different! You’ll want to use digital 21 (SCL) and 20 (SDA). Refer below table for quick understanding.

The following diagram shows you how to wire everything.

Wiring DS1307 RTC module with Arduino

DS1307 RTC IC

At the center of the DS1307 RTC module is an 8-pin DS1307 chip. It provides a real-time clock that is used to keep track of seconds, minutes, hours, days, months, and years. It uses the I2C communication protocol for communicating with other devices like in our case we are using Arduino. Arduino read values of time and date from DS1307 using the I2C communication protocol. Moreover, It also has a feature to keep a record of the exact time in case of power failure with the help of a backup battery. It is used to make a real-time clock using some other electronic components.

DS1307 Chip Pinout

The following figure shows the pinout diagram of DS1307 IC.

Now let’s see the functionality of each pin one by one.

• X1 and X2 are used for crystal oscillators. The crystal oscillator value usually used with DS1307 is 32.768k Hz.
• VBAT: Connect a CR2032 coil cell as backup power. Its value should be between 3-5 volt. voltage more than 5 volts may burn DS1307 permanently. A backup battery is used to keep track of time in case of power failure.
• Vcc and GND are power supply pins
• SDA and SCL are used to communicate with other devices over of I2C communication bus.
• SQW pin provides square waves of different frequencies such as 1Hz, 4kHz, 8kHz, or 32kHz. The frequency of output wave can be selected by sending a signal to DS1307 over an I2C bus.

If you want to use this IC directly with Arduino, you need to use external components to connect with DS1307. The following circuit diagram shows the connections of all required components with DS1306:

Real Time Clock DS1307 Circuit Diagram

But instead of using DS1307 chip alone and making your own PCB desing, you can get a ready to use DS1307 RTC module in very low cost.

DS1307

описание библиотеки для использования в Arduino модуля реального времени DS3107 на русском языке

Скачать:   на официальном сайте       зеркало1    зеркало2

Введение: 

   Эта библиотека была написана для легкого взаимодействия и использования модуля на микросхеме DS1307 с Arduino или chipKit без необходимости использования библиотеки Wire.   Данная библиотека использует по умолчанию режим Fast Mode (400 кГц) аппаратного интерфейса I2C.    Работа этой библиотека не гарантируется в режиме одновременной работы с библиотекой Wire и совместного использования контактов.

Структура:

Time;Структура управления данными времени и даты.Переменные: hour, min, sec: Для определения данных времениdate, mon, year: Для определения данных датыdow: День недели, начиная с понедельникаПример: Time t; // Определяем структуру с именем t класса «время»DS1307_RAM;Буфер для использования совместно с ReadBuffer () и WriteBuffer ().Переменные: Cell : Байт-массив для хранения данных, с возможностью чтения или записи в ОЗУ микросхемы.Пример: DS1307_RAM ramBuffer; // Объявляем буфер для использования

Определенные литералы:

Дни неделиИспользуется совместно с setDOW() и Time.dowMONDAY:          1TUESDAY:         2WEDNESDAY:  3THURSDAY:      4FRIDAY:             5SATURDAY:      6SUNDAY:           7Длина названияИспользуется совместно с getTimeStr(), getDateStr(), getDOWStr() and getMonthStr()FORMAT_SHORT: 1 (полное название)FORMAT_LONG:  2 (сокращенное (3 буквенное) название)Формат датыИспользуется совместно с getDateStr()FORMAT_LITTLEENDIAN:    1  (дд.мм.гггг)FORMAT_BIGENDIAN:          2  (гггг.мм.дд)FORMAT_MIDDLEENDIAN:  3  (мм.дд.гггг)

Частота на выходе SQW

Используется совместно с setSQWRate()

SQW_RATE_1:     1  (1 Гц)

SQW_RATE_4K:  2  (4096 Гц)

SQW_RATE_8K:  3  (8192 Гц)

SQW_RATE_32K:  4  (32768 Гц)

Функции:

DS1307(SDA, SCL);Инициализация библиотеки с помощью интерфейса I2CПараметры:SDA: Вывод подключения SDA-пина DS1307 (Вывод 5, данные)SCL: Вывод подключения SCL-пина DS1307 (вывод 6, тактирование)Пример: DS1307 rtc(SDA, SCL); // Инициализация библиотеки DS13071 с помощью  интерфейса I2CПримечание: DS1307 можно подключать с любым свободным выводам Arduino. Если в схеме уже используется шина I2C и Вы попытаетесь подключиться к тем же выводам, то данная библиотека работать не будет, т.к. любой TWI-совместимый протокол требует исключительного доступа к пинам.
begin();Инициализация подключения к DS1307Параметры: НетВозврат: НетПример:  rtc.begin(); //Инициализация подключения к DS1307
getTime();Считать текущие данные из DS3231.Параметры: НетВозврат: формат Time-structureПример: t = rtc.getTime(); // Считать текущую дату и время.

Как подключить DS1302 к Arduino (RTC)

Для этого занятия нам потребуется:

• плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
• модуль DS1302, DS1307 или DS3231;
• LCD монитор 1602 i2c;
• провода «папа-мама».

DS1307 схема подключения к Ардуино Уно

Модули часов DS1307 и DS3231 подключаются к плате Ардуино через I2C протокол, как LCD дисплей I2C. Контакт SDA подключается к пину A4, контакт SCL к пину A5 Ардуино Уно. При подключении данных модулей к плате Arduino Mega следует использовать порты SDA (20 пин) и SCL (21 пин). При этом в скетче необходимо снять комментарий в строчке с нужным модулем, а строчку с модулем 1302 наоборот закомментировать.

Скетч. Работа с модулем ds3231 Ардуино DS1307

#include <iarduino_RTC.h>

iarduino_RTC time(RTC_DS1302,6,8,7);  // для модуля DS1302 - RST, CLK, DAT
// iarduino_RTC time(RTC_DS1307);       // для модуля DS1307 с i2C
// iarduino_RTC timeRTC_DS3231);        // для модуля DS3231 с i2C

void setup() {
   delay(300);
   Serial.begin(9600);
   time.begin();
   time.settime(0, 30, 18, 12, 6, 20, 5); // 0  сек, 30 мин, 18 часов, 12, июня, 2020, четверг
}

void loop() {
   // если прошла 1 секунда выводим время
   if (millis() % 1000 == 0) {
      Serial.println(time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D"));
      delay(1);
   }
}

Пояснения к коду:

1. для работы с программой необходимо скачать библиотеку iarduino_RTC.h.
2. с помощью команды можно установить дату и время, которые будут выводится на монитор порта Arduino IDE каждую секунду.

DS1307 Proteus Simulation

In this section, we will see a proteus simulation of DS1307 RTC module by using all external components and display the value of time and data on 16×2 LCD.

If you don’t know how to use 16×2 LCD with Arduin, you can read this articles: 

16×2 LCD with Arduino

Proteus Circuit 

The following circuit shows the connections of DS1307chip along with external components with an Arduino. SCL and SDA pins of DS1307 are connected with SCL and SDA pins of Arduino. If you have already gone through the above-mentioned article on LCD interfacing with Arduino and other basic articles to get a know-how of Arduino, you can easily understand the following circuit.

circuit diagram of DIgital clock using real time clock and Arduino

Arduino Code

This Arduino sketch displays the time and date value on 16×2 LCD.

The result of above code is given below:

circuit diagram of DIgital clock using real time clock and Arduino result

Related Articles:

DS1307 RTC chip

At the heart of the module is a low-cost, quite accurate RTC chip from Maxim – DS1307. It manages all timekeeping functions and features a simple two-wire I2C interface which can be easily interfaced with any microcontroller of your choice.

The chip maintains seconds, minutes, hours, day, date, month, and year information. The date at the end of the month is automatically adjusted for months with fewer than 31 days, including corrections for leap year (valid up to 2100). The clock operates in either the 24-hour or 12-hour format with an AM/PM indicator.

The other cool feature of this board comes with SQW pin, which outputs one of four square-wave frequencies 1Hz, 4kHz, 8kHz or 32kHz and can be enabled programmatically.

DS1307 come with an external 32kHz crystal for time-keeping. The problem with these crystals is that external temperature can affect their oscillation frequency. This change in frequency is negligible but it surely adds up.

This may sound like a problem, but it’s not. It actually results with the clock being off by around five or so minutes per month.

What is RTC or Real time Clock?

As its name suggests, a real-time clock is used to keep a record of the time and to display time. It is used in many digital electronic devices like computers, digital smartwatches, data loggers, and situations where you need to keep track of time. one of the great benefits of a real-time clock is that it also keeps a record of time even if the power supply is not available.

Now the question is how can an electronics device like real-time clockwork without the use of a power supply. Because almost all RTC modules come with small coin size 20mm 3V lithium coin cells which can work for years. Usually, CR2032 coil cells are used.

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)► SCL:   линия тактирования (Serial CLock)► SDA:  линия данных (Serial Dфta)► 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).

Arduino CODE for RTC

#include "Wire.h"
#define DS1307_ADDRESS 0x68
byte zero = 0x00; //workaround for issue #527


void setup(){
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  setDateTime(); //MUST CONFIGURE IN FUNCTION
}

void loop(){
  printDate();
  delay(1000);
}

void setDateTime(){

  byte second =      45; //0-59
  byte minute =      40; //0-59
  byte hour =        ; //0-23
  byte weekDay =     2; //1-7
  byte monthDay =    1; //1-31
  byte month =       3; //1-12
  byte year  =       11; //0-99

  Wire.beginTransmission(DS1307_ADDRESS);
  Wire.write(zero);

  Wire.write(decToBcd(second));
  Wire.write(decToBcd(minute));
  Wire.write(decToBcd(hour));
  Wire.write(decToBcd(weekDay));
  Wire.write(decToBcd(monthDay));
  Wire.write(decToBcd(month));
  Wire.write(decToBcd(year));

  Wire.write(zero); //start 

  Wire.endTransmission();

}

byte decToBcd(byte val){
// Convert normal decimal numbers to binary coded decimal
  return ( (val10*16) + (val%10) );
}

byte bcdToDec(byte val)  {
// Convert binary coded decimal to normal decimal numbers
  return ( (val16*10) + (val%16) );
}

void printDate(){

  // Reset the register pointer
  Wire.beginTransmission(DS1307_ADDRESS);
  Wire.write(zero);
  Wire.endTransmission();

  Wire.requestFrom(DS1307_ADDRESS, 7);

  int second = bcdToDec(Wire.read());
  int minute = bcdToDec(Wire.read());
  int hour = bcdToDec(Wire.read() & 0b111111); //24 hour time
  int weekDay = bcdToDec(Wire.read()); //0-6 -> sunday - Saturday
  int monthDay = bcdToDec(Wire.read());
  int month = bcdToDec(Wire.read());
  int year = bcdToDec(Wire.read());

  //print the date EG   3/1/11 23:59:59
  Serial.print(month);
  Serial.print("/");
  Serial.print(monthDay);
  Serial.print("/");
  Serial.print(year);
  Serial.print(" ");
  Serial.print(hour);
  Serial.print(":");
  Serial.print(minute);
  Serial.print(":");
  Serial.println(second);

}

Что необходимо

• компьютер с установленной Arduino IDE;
• плата Arduino;
• микросхема DS1307 или модуль RTC на ее основе;
• перемычки;
• макетная плата;
• 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.

Сравнение популярных модулей RTC DS1302, DS1307, DS3231

В этой таблице мы привели список наиболее популярных модулей и их основные характеристики.

DS1307 RTC Module Pinout

The DS1307 RTC module has total 7 pins that interface it to the outside world. The connections are as follows:

SQW pin outputs one of four square-wave frequencies 1Hz, 4kHz, 8kHz or 32kHz and can be enabled programmatically.

DS pin is supposed output temperature readings if your module has a DS18B20 temperature sensor installed right next to the battery holder(labled as U1).

SCL is the clock input for the I2C interface and is used to synchronize data movement on the serial interface.

SDA is the data input/output for the I2C serial interface.

VCC pin supplies power for the module. It can be anywhere between 3.3V to 5.5V.

GND is a ground pin.

BAT is a backup supply input for any standard 3V lithium cell or other energy source to maintain accurate timekeeping when main power to the device is interrupted.

Объяснение работы проекта

Как уже рассматривалось, RTC модуль имеет собственную батарейку, поэтому он всегда будет хранить точное время даже если питание схемы по каким то причинам будет пропадать.

В программе на Python мы будем считывать значение точного времени с RTC модуля DS1307 и показывать его на экране ЖК дисплея 16×2. На второй строке ЖК дисплея 16×2 мы будем отображать время срабатывания будильника и его статус (ON/ OFF – включен/выключен). Управлять работой будильника мы будем с помощью 5 кнопок, присутствующих в схеме. 2 кнопки будут использоваться для инкрементирования/декрементирования значения часов будильника, 2 кнопки – для инкрементирования/декрементирования значения минут будильника и 1 кнопка для включения/выключения будильника. Более подробно все эти процессы вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи.

Программа на Python будет непрерывно сравнивать текущее время с установленным временем будильника и при их совпадении она будет включать зуммер, подключенный к контакту GPIO 22 платы Raspberry Pi через NPN транзистор 2N2222.

Работа программного обеспечения

Интерфейс DS5000

Программа, приведённая в Приложении, написана для взаимодействия DS5000 с DS1307 с помощью двухпроводного интерфейса. DS5000 запрограммирован с использованием макетной платы DS5000T фирмы Dallas Semiconductor, которая позволяет использовать ПК в качестве терминала ввода/вывода. Программные средства KIT5K поставляемые вместе с макетной платой DS5000T обеспечивают высокоуровневый интерфейс для загрузки программных приложений в DS5000 или установки его параметров через Program command. Программное обеспечение KIT5K содержит эмулятор терминала ввода/вывода, чтобы позволить пользователю запускать программные приложения в микроконтроллер DS5000, который связан с пользователем через COM порт ПК.

Исходный код DS1307

Первый раздел исходного кода, расположенный в Приложении, используется при конфигурации DS5000 для последовательного соединения с ПК. Также в начале кода находится подпрограмма MASTER_CONTROLLER, которая используется для управления демонстрационной программой.

Подпрограммы, которые следуют непосредственно за подпрограммой MASTER_CONTROLLER, являются драйверами низкого уровня и служат для управления двухпроводным интерфейсом. Они не являются индивидуальными для DS1307, а могут быть использованы с любым совместимым с двухпроводным интерфейсом «ведомым» устройством. Вот эти подпрограммы:

SEND_START

Подпрограмма используется для генерации состояния START на двухпроводной шине.

SEND_STOP

Подпрограмма используется для генерации состояния STOP на двухпроводной шине.

SEND_BYTE

Подпрограмма посылает 8-разрядное слово (первым является старший значащий бит (MSB)) по двухпроводной шине и девятый тактовый импульс для импульса подтверждения приёма.

READ_BYTE

Подпрограмма читает 8-разрядное слово с двухпроводной шины. Она проверяет очищен ли флаг LASTREAD после того, как считан последний байт из «ведомого» устройства. Если это был не последний байт, то DS5000 посылает импульс подтверждения по девятому тактовому импульсу, а если это был последний считанный байт из «ведомого» устройства, то DS5000 посылает «неподтверждение».

SCL_HIGH

Подпрограмма осуществляет переход линии SCL из низкого в высокое состояние и обеспечивает высокое состояние линии SCL перед продолжением.

DELAY и DELAY_4

Эти две подпрограммы включены для обеспечения сохранения временной диаграммы двухпроводной шины.

Остальная часть кода, включённая в приложение, специально предназначена для демонстрации функций DS1307. Продемонстрированы следующие функции:

Setting Time

Время считывается с клавиатуры и сохраняется в сверхоперативной памяти DS5000. Затем оно передаётся по двухпроводной шине в DS1307.

Set RAM

Одиночный байт в шестнадцатеричном виде считывается с клавиатуры и записывается в RAM DS1307.

Read Date/Time

Дата и время считываются по двухпроводной шине и сохраняются в сверхоперативной памяти DS5000. Затем они выводятся на экран. Это продолжается до тех пор, пока не будет нажата кнопка на клавиатуре.

OSC On/OSC Off

Тактовый генератор DS1307 может быть включен или выключен.

SQW/OUT On/SQW/OUT Off

Функция SQW/OUT может быть включена или выключена. Она будет переключаться на частоте 1 Гц.

Таблица 1. AC электрические характеристики

Заключение

Было показано, как правильно подсоединять напрямую DS1307 или любое двухпроводное «ведомое» устройство к 8051-совместимому микроконтроллеру. Соединение должно быть таким, чтобы временная диаграмма двухпроводного интерфейса на микроконтроллере не нарушалась драйверами низкого уровня. Для этого в программный код должны быть включены подпрограммы задержки. Приведённых в таблице 1 эффективных значений, придерживались при конфигурации аппаратной части, описанной в данном техническом руководстве.

Документация

Главная —
Микросхемы —
DOC —
ЖКИ —
Источники питания —
Электромеханика —
Интерфейсы —
Программы —
Применения —
Статьи

Похожие записи:

Особенности работы электромагнитного пускателя 220 в 12 лучших прожекторов с датчиком движения Проверка резистора в домашних условиях: алгоритм проверки неисправности, проверка переменного резистора Управление реле ардуино: скетч 8 способов подключения компьютера к телевизору Область использования, функции и разновидности выключателей с таймером отключения