Началось все с того, что волею случая я оказался владельцем текстового ЖК экрана BTHQ 22005VSS (2 строки по 20 знаков в каждой) и платы электронных часов DS1302. По правде говоря, в «Ардуиностроении» я делаю первые шаги, по этому, в приобретении данных деталей решающую роль сыграла демократичная цена и возможность быстрой доставки. Ведь, зачастую ждать, когда «девайс» прибудет из Поднебесной, обогнув почти «пол мира» некогда, да и просто не хочется.

Почему именно часы? В то время, когда вокруг продается масса разнообразных часов, цена самых простых из которых сравнима с пакетом сока. А дело все в том, что зачастую необходимо не просто знать точное время (и дату, что тоже иногда нужно) но еще и оперировать этим временем. Например - вести логи изменения температуры (влажности, давления, освещенности и т.п.) с указанием точного времени, когда эти изменения произошли. Вот тут-то ARDUINO оснащенный часами и окажет замечательную услугу. Да и кроме того, приятно, когда прибор ко всему прочему показывает еще и время. Ведь, даже работая на персональном компьютере мы изредка, да поглядываем в правый нижний угол, а вдруг уже пора на обед, или наступил конец рабочего дня, а может быть уже скоро рассвет?

Сердцем данного проекта послужил ARDUINO UNO, приобрести который довольно просто - это, конечно, если хочется купить что-то качественное и быстро. Можно, конечно найти и дешевле, но опять-же ждать, а ждать не хотелось. «Ардуинка» бодро моргала светодиодиком, выполняла все, что от неё требовалось давая простенькие сообщения через последовательный порт, в общем радовала. Но вернемся к часам. Проблемы начались, как всегда, неожиданно. Толковых статей и всего остального ни на экранчик, ни на часы «слёту» найти не удалось. На другие экраны - есть, на другие часы - сколько угодно, а вот на то, что в руках - почти ничего. Но, когда нет ничего - «почти» это тоже очень много.

Начнем с экрана. BTHQ 22005VSS оказался банальным ЖК экраном 20х2 (т.е. имеет 2 строки по 20 символов в каждой) вместо него вполне можно использовать, например экран - правда в нем «всего» 16 символов в каждой из строк, но для большинства проектов этого более, чем достаточно. Данный экран имеет 16-пиновый разъем, правда не однорядный, а двухрядный (2х8), если держать устройство экраном от себя, а разъемом справа, то первый пин будет нижним левым, второй нижним правым, третий над первым, четвертый над вторым, и т.д. Верхний левый (15) будет анод, верхний правый (16) - катод. Если есть знания английского и любознательность - можно почитать техническое описание . Если первого крайне мало, а любознательность гораздо слабее желания поэкспериментировать - вот, как подключал я:

Контакт экрана	Контакт Ардуино	Примечание
1	GND	Это «минус», или «земля».
2	+5V
3	GND	Если нужны яркие знаки.
4	4
5	GND	Если только «писать».
6	5
7	--	Не использовал
8	--	Не использовал
9	--	Не использовал
10	--	Не использовал
11	10
12	11
13	12
14	13
А(15)	+5V	Я подключил через резистор 500 Ом
К(16)	GND

В некоторых источниках «распиновка» со стороны Ардуино отличается, но ведь мне было удобнее так. Подключение часов также не вызвало проблем:

Часы DS1302	Ардуино	Примечание
VCC	+5V
GND	GND	Тут я подключал через резистор 10кОм.
CLK	0	Не путать с GND!!! Контакт также называется SCLK
DAT	1	Контакт также называется IO
RST	3	Контакт также называется СЕ

Подключать можно проводками, шлейфом, лично я собрал на макетной плате.

Проблемы начались, когда был загружен демоскетч и часы заработали. Правда показали они 2165 год, 45 месяц, 85 неделю... Наверное это по «уранскому» или «нептунскому» календарю… Но жить мне на Земле, а на Уран с Нептуном я пока не собираюсь. В общем надо что-то делать. Пайка в цепь GND->GND резистора 10кОм не помогла. Проблема оказалась в некорректной библиотеке. Сразу скажу, что корректную библиотеку можно взять . Это для часов. Экранчик успешно пользуется библиотекой из стандартного набора, которая зовется LiquidCrystal.h .

Проблема №2. Часы при каждом запуске начинают отсчет с того времени, которое «прошито» в программе. Есть сложное решение этой проблемы. Создать хеш, записать его в память часов, потом, при запуске считать его оттуда, сравнить… В общем для новичка в «Ардуиностроении» как то сложновато. Как оказалось есть и простое решение. точнее очень простое. А именно - прошить 2 раза. Первый раз - прошить с установкой даты и времени, второй раз прошить, предварительно «закомментировав» (поставив знак // в самом начале строки) строки с установкой этой самой даты.

Собственно говоря скетч:

// DS1302_LCD (C)2010 Henning Karlsen
// web: http://www.henningkarlsen.com/electronics
// A quick demo of how to use my DS1302-library to make a quick
// clock using a DS1302 and a 20x2 LCD.
// Соответствие пинов часов и экрана пинпм Ардуино.
// DS1302: CE pin -> Arduino Digital 3
// I/O pin -> Arduino Digital 1
// SCLK pin -> Arduino Digital 0
// LCD: DB7 -> Arduino Digital 13
// DB6 -> Arduino Digital 12
// DB5 -> Arduino Digital 11
// DB4 -> Arduino Digital 10
// E -> Arduino Digital 5
// RS -> Arduino Digital 4

#include // Подключение библиотеки экрана.
#include // Подключение библиотеки часов.

// Инициализация пинов часов
DS1302 rtc(3, 1, 0);
// Инициализация пинов экрана
LiquidCrystal lcd(4, 5, 10, 11, 12, 13);

void setup()
{
// Запуск часов
rtc.halt(false);
rtc.writeProtect(false);

// Запуск экрана с указанием количества символов и строк
lcd.begin(20, 2);

// Три нижние строчки в первый раз раскомментированы, в них указываем текущую дату и время. Второй раз - закомментруем.
//rtc.setDOW(THURSDAY); // День недели, если пятница, то FRIDAY на русском не писать!
//rtc.setTime(11, 41, 0); // Часы, минуты, секунды 24-часовой формат.
//rtc.setDate(13, 6, 2013); // Дата. ЦИФРАМИ!!! Ноль перед одиночной цифрой можно не ставить!
}

void loop()
{
// Display time centered on the upper line
lcd.setCursor(6, 0); // Устанавливаем курсор для печати времени в верхней строчке
lcd.print(rtc.getTimeStr()); // Печатаем время

// Display abbreviated Day-of-Week in the lower left corner
lcd.setCursor(0, 1); // Устанавливаем курсор слева внизу для печати дня недели
lcd.print(rtc.getDOWStr(FORMAT_LONG)); // Печатаем день недели полностью, благо экран позволяет.

// Display date in the lower right corner
lcd.setCursor(9, 1); // Устанавливаем курсор для печати даты
lcd.print(rtc.getDateStr()); // Печатаем дату

// Wait one second before repeating
delay (1000); // Пауза 1 секунда и все по новой!
}

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

Детали модуля часов реального времени DS1307 от компании Adafruit

Обозначение	Описание	Производитель	Количество
IC2	Чип часов реального времени	DS1307	1
Q1	32.768 КГц, 12.5 пФ кристалл	Generic	1
R1, R2	1/4 Вт 5% 2.2 КОм резистор Красный, Красный, Красный, Золотой	Generic	2
C1	0.1 мкФ керамический конденсатор	Generic	1
	Рельса на 5 контактов (1x5)	Generic	1
Батарейка	12 мм 3 В литиевая батарейка	CR1220	1
	12mm coin cell holder	Keystone 3001	1
Плата		Adafruit Industries	1

Сборка модуля часов реального времени

Сборка часов реального времени DS1307 компании Adafruit

Фото	Пояснения
	Подготовьтесь к сборке. Проверьте наличие всех необходимых деталей и инструментов. Установите монтажную плату в тисках.
	Нанесите немного припоя на отрицательный контакт батареи.
	Установите два резистора 2.2 КОм и керамический конденсатор. Как именно вы их расположите - неважно. Полярность не имеет значения. После этого установите кристалл (также симметрично), держатель (холдер) для батарейки и чип часов реального времени. Чип модуля реального времени надо установить таким образом, чтобы отметка (паз) на чипе располагалась в соответствии с обозначением на монтажной плате. Внимательно посмотрите на фото слева, там чип установлен верно.
	Чтобы холдер для батарейки не выпадал, лучше его припаять сверху. После этого переверните плату и и припаяйте оставшиеся контакты.
	Удалите остатки контактов от резисторов, кристалла и конденсатора.
	Если вы хотите использовать контакты для установки модуля на беспаечную монтажную плату, установите рельсу контактов на макетку, модуль часов реального времени сверху и припаяйте контакты.
	Установите батарейку. Плоская часть батареи должна быть сверху. В среднем батарейка будет служить около 5 лет. Даже если батарейка села, не оставляйте слот для нее пустым.

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(now.day(), DEC);

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();

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!

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 4	Бит 1	Бит 0
1 Гц	1	0	0
4,096 кГц	1	0	1
8,192 кГц	1	1	0
32,768 кГц	1	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

Добрый день, сегодня я поделюсь инструкцией по изготовлению часов с комнатным термометром(Часы на ардуино своими руками ). Часы работают на Arduino UNO, для отображения времени и температуры служит графический экран WG12864B. В качестве датчика температуры - ds18b20. В отличие от большинства других часов я не буду использовать RTS (Real Time Clock), а попробую обойтись без этого дополнительного модуля.

Схемы на ардуино отличаются своей простотой, и может начать изучать ардуино-каждый. О том как подключать библиотеки и прошивать ардуино можно почитать в нашей статье .

Приступим.

Для создания данных часов нам понадобится:

Arduino UNO (Или любая другая Arduino совместимая плата)
- Графический экран WG12864B
- Датчик температуры ds18b20
- Резистор 4.7 Ком 0.25 Вт
- Резистор 100 ом 0.25 Вт
- Батарейный отсек для 4 батареек типа АА «пальчиковых»
- Подходящая коробка
- Мелкий напильник
- Лак для ногтей (черный или под цвет корпуса)
- Немного тонкого пластика или картона
- Изолента
- Соединительные провода
- Монтажная плата
- Кнопки
- Паяльник
- Припой, канифоль
- Двусторонний скотч

Подготовка графического экрана.
С подключение экрана, на первый взгляд, возникает много проблем и сложностей. Но если вначале разобраться с их видами, станет намного легче и понятнее. Существует много разновидностей и типов экранов на контролере ks0107/ks0108. Все экраны принято делить на 4 типа:
Вариант A: HDM64GS12L-4, Crystalfontz CFAG12864B, Sparkfun LCD-00710CM, NKC Electronics LCD-0022, WinStar WG12864B-TML-T
Вариант B: HDM64GS12L-5, Lumex LCM-S12864GSF, Futurlec BLUE128X64LCD, AZ Displays AGM1264F, Displaytech 64128A BC, Adafruit GLCD, DataVision DG12864-88, Topway LM12864LDW, Digitron SG12864J4, QY-12864F, TM12864L-2, 12864J-1
Вариант C: Shenzhen Jinghua Displays Co Ltd. JM12864
Вариант D: Wintek- Cascades WD-G1906G, Wintek - GEN/WD-G1906G/KS0108B, Wintek/WD-G1906G/S6B0108A, TECDIS/Y19061/HD61202, Varitronix/MGLS19264/HD61202

Список не полный, их очень много. Самый распространённый и, на мой взгляд, удобный WG12864B3 V2.0. Дисплей можно подключить к Arduino по последовательному или параллельному порту. При использовании с Arduino UNO лучше выбрать подключение по последовательному порту – тогда нам потребуется всего 3 выхода микроконтроллера, вместо минимум 13 линий при подключении по параллельному порту. Подключается все довольно просто. Есть еще один нюанс, в продаже можно встретить два варианта дисплеев, со встроенным потенциометром (для регулировки контраста) и без него. Я выбрал, и советую тоже сделать вам, со встроенным.

Это уменьшает количество деталей и время пайки. Также стоит поставить токоограничительный резистор номиналом 100 Ом для подсветки. Подключая напрямую 5 вольт, существует риск сжечь подсветку.
WG12864B – Arduino UNO
1 (GND) - GND
2 (VCC) - +5V
4 (RS) – 10
5 (R/W) – 11
6 (E) – 13
15 (PSB) – GND
19 (BLA) – через резистор - +5V
20 (BLK) – GND

Удобнее всего это все собрать сзади экрана и вывести от него 5 проводов подключения к Arduino UNO. В итоге должно получится примерно так:

Для тех кто все-таки выберет параллельное подключение приведу таблицу подключения.

И схема для экранов варианта B:

На одну линию связи может быть включено несколько датчиков. Для наших часов достаточно одного. Подключаем провод от контакта «DQ» ds18b20 к «pin 5» Arduino UNO.

Подготовка платы с кнопками.
Для установки времени и даты на часах будем использовать три кнопки. Для удобства спаиваем три кнопки на монтажной плате и выводим провода.

Подключаем следующим образом: общий для всех трех кнопок провод подключаем к «GND» Arduino. Первую кнопку, она служит для входа в режим установки времени и переключения по времени и дате, подключаем к «Pin 2». Вторая, кнопка увеличения значения, - к «Pin 3», а третья, кнопка уменьшения значения, - к «Pin 4».

Сборка всего воедино.
Чтобы избежать короткого замыкания, следует заизолировать экран. По кругу обматываем изолентой, а на заднюю часть крепим на двусторонний скотч, вырезанную по размеру, планку из изолирующего материала. Подойдет плотный картон или тонкий пластик. Я воспользовался пластиком от планшета для бумаги. Получилось следующее:

Спереди экрана по краю клеим двусторонний скотч на вспененной основе, желательно черный.

Подключаем экран к Arduino:

Плюс от батарейного отсека подключаем к «VIN» Arduino, минус к «GND». Размещаем его сзади Arduino. Перед установкой в корпус, не забудьте подключить датчик температуры и плату с кнопками.

Подготовка и заливка скетча.
Для датчика температуры нужна библиотека OneWire.

Вывод на экран осуществляется через библиотеку U8glib:

Для редактирования и заливки скетча надо установите эти две библиотеки. Сделать это можно двумя способами. Просто распаковать эти архивы и поместить распакованные файлы в папку «libraries», находящуюся в папке с установленной Arduino IDE. Или второй вариант установить библиотеки прямо в среде программирования. Не распаковывая скачанные архивы, в среде Arduino IDE выберите меню Скетч – Подключить библиотеку. В самом верху выпадающего списка выберите пункт «Добавить.Zip библиотеку». В появившемся диалоговом окне выберете библиотеку, которую вы хотите добавить. Снова откройте меню Скетч – Подключить библиотеку. В самом низу выпадающего списка вы должны увидеть новую библиотеку. Теперь библиотеку можно использовать в программах. Не забудьте после всего этого перезагрузить Arduino IDE.

Датчик температуры работает по протоколу One Wire и имеет уникальный адрес для каждого устройства - 64-разрядный код. Каждый раз искать этот код нецелесообразно. Поэтому необходимо вначале подключить датчик к Arduino, залить в нее скетч находящийся в меню Файл – Примеры – Dallas Temperature – OneWireSearch. Далее запускаем Инструменты - Монитор порта. Arduino должна найти наш датчик, написать его адрес и текущие показания температуры. Копируем или просто записываем адрес нашего датчика. Открываем скетч Arduino_WG12864B_Term, ищем строку:

Byte addr={0x28, 0xFF, 0xDD, 0x14, 0xB4, 0x16, 0x5, 0x97};//адрес моего датчика

Записываем адрес вашего датчика между фигурными скобками, заменяя адрес моего датчика.

Стока:

//u8g.setPrintPos(44, 64); u8g.print(sek); // Выводим секунды для контроля правильности хода

Служит для вывода секунд рядом с надписью «Data». Это необходимо для точной установки хода времени.
Если часы спешат или отстаю следует поменять значение в строке:

If (micros() - prevmicros >494000) { // поменять на другое для корректировки было 500000

Я опытным путем определил число, при котором часы идут достаточно точно. Если ваши часы спешат следует увеличить это число, если отстаю – уменьшить. Для определения точности хода и нужен вывод секунд. После точной калибровки числа, секунды можно закомментировать и таким образом убрать с экрана.

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

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.