Подключение DS1307 к микроконтроллерам AVR. RTC модуль DS1307 подключение к Arduino Ds1307 схема включения ассемблер

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 ещё называют RTC (Real Time Clock). Данная микросхема представляет из себя часы реального времени и календарь. Связь с микросхемой осуществляется по интерфейсу I 2 C. Её преимущество в том, что она работает (считает время) при выключенном основном питании от резервного источника питания в 3 вольта (например, от батареики типа CR3022). Но в DS1307 есть один недостаток: в ней нет проверки на правильность введённых данных. Для работы с микросхемой потребуется минимальный обвес: кварц на 32768Hz, батарея на 3 вольта и два резистора на 4,7кОм. Схема подключения DS1307:

Работа с DS1307 в BASCOM-AVR

Для начала работы с микросхемой необходимо сконфигурировать порты, к которым подключена микросхема, для этого воспользуемся командой Config :
Config Sda = (Порт микроконтроллера к которому подключена нога SDA микросхемы DS1307)
Config Scl = (Порт микроконтроллера к которому подключена нога SCL микросхемы DS1307)
Например:
Config Sda = Portb.1
Config Scl = Portb.0

После конфигурации портов можно начать работать с микросхемой: считывать и записывать данные. Время и дату с микросхемы DS1307 можно считать так:

I2cstart I2cwbyte &HD0 I2cwbyte &H00 I2cstart I2cwbyte &HD1 I2crbyte (переменная в которую запишем секунды) , Ack I2crbyte (переменная в которую запишем минуты) , Ack I2crbyte (переменная в которую запишем часы) , Ack I2crbyte (переменная в которую запишем номер дня недели) , Ack I2crbyte (переменная в которую запишем дату), Ack I2crbyte (переменная в которую запишем номер месяца) , Ack I2crbyte (переменная в которую запишем год) , Nack I2cstop

После чтения данных необходимо перевести их в десятичный формат, вот так:
(переменная секунд) = Makedec((переменная секунд))
(переменная минут) = Makedec((переменная минут))
(переменная часов) = Makedec((переменная часов))
(переменная дня недели) = Makedec((переменная дня недели))
(переменная даты) = Makedec((переменная даты))
(переменная месяца) = Makedec((переменная месяца))
(переменная года) = Makedec((переменная года))

Вот пример чтения времени и даты, а также перевод их в десятичный формат:

I2cstart I2cwbyte &HD0 I2cwbyte &H00 I2cstart I2cwbyte &HD1 I2crbyte Seco , Ack I2crbyte Mine , Ack I2crbyte Hour , Ack I2crbyte Day , Ack I2crbyte Dat , Ack I2crbyte Month , Ack I2crbyte Year , Nack I2cstop Seco = Makedec(seco) Mine = Makedec(mine) Hour = Makedec(hour) Day = Makedec(day) Dat = Makedec(dat) Month = Makedec(month) Year = Makedec(year)

Данные считывать научились, теперь попробуем записывать данные в DS1307. Вот так:
(Переменная которую запишем) = Makebcd((Переменная которую запишем))
I2cstart
I2cwbyte &HD0
I2 cwbyte (Ячейка в которую запишем данные)
I2 cwbyte (Переменная которую запишем)
I2cstop

Обратите внимание, что командаMakebcd переводит переменную в двоично-десятичный формат. Номера и обозначения ячеек:

Вот пример записи переменной секунд:
Seco = Makebcd(seco)
I2cstart
I2cwbyte &HD0
I2cwbyte 0
I2cwbyte Seco
I2 cstop
Кстати, следует учесть, что при первом запуске DS1307 (например, при подключении батареи резервного питания) микросхема будет возвращать в секундах значение 80, это означает, что часы остановлены. Для их запуска запишите в секунды значение 1. Если DS1307 при чтении любых данных возвращает значение 255 или 168 это означает что, микросхема неправильно подключена, либо отсутствует батарея резервного питания.

Практическая работа с микросхемой DS1307

Теперь попробуем поработать с микросхемой DS1307 на практике: соберём простые часы с установкой времени с помощью кнопок. Для этого возьмём саму микросхему DS1307, микроконтроллер Attiny2313, LCD индикатор на контроллере HD44780 и несколько дискретных компонентов. Соберём простую схему:

И напишем простую программу, применяя полученные знания:

$regfile = "attiny2313.dat" $crystal = 4000000 Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portb.3 , Rs = Portb.2 Config Lcd = 16 * 2 Config Pind.5 = Input Config Pind.4 = Input Config Sda = Portb.1 Config Scl = Portb.0 Dim Seco As Byte Dim Mine As Byte Dim Hour As Byte Initlcd Cls Cursor Off Do I2cstart I2cwbyte &HD0 I2cwbyte &H00 I2cstart I2cwbyte &HD1 I2crbyte Seco , Ack I2crbyte Mine , Ack I2crbyte Hour , Nack I2cstop Seco = Makedec(seco) Mine = Makedec(mine) Hour = Makedec(hour) Locate 1 , 1 Lcd Hour ; ":" ; Mine ; ":" ; Seco ; " " If Pind.5 = 0 Then Incr Mine Mine = Makebcd(mine) I2cstart I2cwbyte &HD0 I2cwbyte 1 I2cwbyte Mine I2cstop Waitms 100 End If If Pind.4 = 0 Then Incr Hour Hour = Makebcd(hour) I2cstart I2cwbyte &HD0 I2cwbyte 2 I2cwbyte Hour I2cstop Waitms 100 End If Loop End

Тема часов на микросхеме DS1307 довольно актуальна — это простое, но в то же время интересное устройство. Кроме того, оно может реально пригодиться. Но описывать отдельно микросхему смысла нет, поэтому я решил собрать себе подобное устройство, заодно рассказать о том, какие шишки набил при этом. Сам процесс разработки и сборки буду описывать, по мере прохождения некоторых этапов готовности девайса.

Update 17.10.2015
Вначале это была серия статей, целью которых было рассказать про создание устройства с нуля до состояния готовности, но внезапно у меня появилась аллергия на все что называется «часы», поэтому я слил все в одну статью. Устройство закончено на 99.9%, (осталось закрутить винты), но сделать это ой как не просто 🙂 Как только аллергия пройдет появится окончательная фотка.

Начнем с того, что пока нам ничего не известно про ds1307 кроме того, что с ее помощью делают часы. Поэтому качаем документацию, на эту микросхему и читаем список «вкусностей», которыми она обладает. Итак, из первого абзаца в целом понятно, что она обладает низким энергопотреблением, информация передается по I2C, можно узнать дату и время, 12 и 24 часовой формат, автоматическая подстройка даты. Но самое интересное это схема (TYPICAL OPERATING CIRCUIT).

Курим даташит и пытаемся разобраться что к чему. Идем слева направо, CPU — микроконтроллер (то есть наша atmega), два резистора, написано pull up — значит подтягивающие (можно взять по 10к), кварц на 32768Гц, сама микросхема и батарейка. Выход SQW/OUT может дрыгаться с частотой 1Hz, 4kHz, 8kHz, 32kHz, пока нам это не интересно. Пожалуй, этой информации пока достаточно, хочется уже чего нибудь накодить 🙂

Создаем проект в CodeVision, в разделе I2C находим ds1307 и включаем его в проект. Хорошо бы еще выводить куда нибудь информацию, например на LCD и пара кнопок не помешает.

Все что нужно это LCD настроить на порт D и три кнопки с подтяжкой на вход. Далее нужно вывести на LCD время, для этого заглянем в мануал CodeVision и возьмем оттуда пример. Оказывается все просто — есть функция устанавливающая время:
rtc_set_time(3,0,0); //установить 03:00:00

т.е. после вызова данной функции в переменных h, m, s будут находиться часы(h), минуты(m) и секунды(s). Осталось вывести их на экран. Уж это мы умеем делать)
Итоговый код будет выглядеть так:

#include #include #include // Alphanumeric LCD Module functions #asm .equ __lcd_port=0x12 ;PORTD #endasm #include char lcd_buf; void main(void) { char hour,min,sek; PORTC=0x07; DDRC=0x00; // I2C Bus initialization i2c_init(); // DS1307 Real Time Clock initialization rtc_init(0,0,0); // LCD module initialization lcd_init(16); rtc_set_time(3,0,0); while (1) { rtc_get_time(&hour,&min,&sek); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); sprintf(lcd_buf,"%2d:%02d:%02d\n",hour,min,sek); lcd_puts(lcd_buf); delay_ms(500); }; }

Собираем и тестируем в протеусе:

Схема и прошивка

Продолжим модернизировать нашу прошивку. Начнем со следующей задумки: у DS1307 есть выход SQW/OUT, который может генерировать несколько частот. Если настроить этот выход на 1Гц, и подать этот сигнал на вход внешнего прерывания, то получится, что раз в секунду 1307 будет дергать «за хвост» нашу atmega8. Для меги это будет сигналом к тому, что пора обновлять время. Это позволит не нагружать микроконтроллер постоянным обновлением времени, информация о текущем времени будет обновляться ровно раз в секунду.

Добавим в проект внешнее прерывание по низкому уровню (low level) на ножке Int1 и включим подтяжку. Выход DS1307 настроим на частоту 1Гц. Кстати, читать мануалы полезно, нашел интересную особенность — подтягивающие резисторы на ножках SCL, SDA должны быть 3,3k — 4,7k. Учтем это.

Получившийся код будет выглядеть так:

interrupt void ext_int1_isr(void) { time_flag=1; }

В прерывании выставляем флаг, разрешающий вывод времени, в основном цикле, если флаг выставлен, то показываем время, если не выставлен ничего не делаем.

if(time_flag==1) { rtc_get_time(&hour,&min,&sek); lcd_gotoxy(0,0); sprintf(lcd_buf,"%02d:%02d:%02d\n",hour,min,sek); lcd_puts(lcd_buf); }

Теперь перейдем к следующему вопросу, на сколько эффективно использовать sprintf? Чтобы не разводить пустых разговоров, приведу 2 куска кода, которые выполняют одно и тоже — выводят информацию о времени на дисплей.

Первый вариант, уже нам известный:

sprintf(lcd_buf,"%02d:%02d:%02d\n",hour,min,sek); lcd_puts(lcd_buf);

Согласитесь просто в использовании и наглядно. Теперь вариант номер 2:

lcd_putchar(hour/10+0x30); lcd_putchar(hour%10+0x30); lcd_putchar(":"); lcd_putchar(min/10+0x30); lcd_putchar(min%10+0x30); lcd_putchar(":"); lcd_putchar(sek/10+0x30); lcd_putchar(sek%10+0x30);

Не очень наглядно, но разобраться можно. Как мы их будем сравнивать? Делается это очень просто — запускаем отладчик AVR STUDIO и смотрим количество тактов затраченных на их выполнение. Итак, «барабанная дробь», результаты… Первый кусок кода выполнялся 16 466 тактов, что равносильно 2 058,25 мкс, при рабочей частоте в 8МГц, для второго куска кода эта цифра составила 12 278 тактов или 1 534,75 мкс. Согласитесь, снизить время выполнения, а значит и разгрузить микроконтроллер на ~25% достаточно весомая причина, чтобы не использовать sprintf. Выкидываем sprintf из нашего проекта, в след за ним можно выкинуть stdio.h и lcd_buf.

Некрасиво, когда в основном цикле мешанина из кода, поэтому вывод информации можно засунуть в функцию. В основном цикле останется

while (1) { if(time_flag==1) { show_time(); //показать информацию о текущем времени } };

Объявление самой функции будет выглядеть так:

void show_time() { rtc_get_time(&hour,&min,&sek); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putchar(hour/10+0x30); lcd_putchar(hour%10+0x30); lcd_putchar(":"); lcd_putchar(min/10+0x30); lcd_putchar(min%10+0x30); lcd_putchar(":"); lcd_putchar(sek/10+0x30); lcd_putchar(sek%10+0x30); time_flag=0; }

Теперь в нашу прошивку, нужно добавить вывод даты. Установка даты, производится следующей функцией:

rtc_set_date(6,13,10,13); //6- день недели, 13 - день, 10 - месяц, 13 - год

rtc_get_date(&week_day,&day,&month,&year); //день недели, день, месяц, год

Вывод даты можно организовать, пока что в основном цикле, рядом со временем, полный исходный код получился такой:

#include // I2C Bus functions #asm .equ __i2c_port=0x18 ;PORTB .equ __sda_bit=0 .equ __scl_bit=1 #endasm #include // DS1307 Real Time Clock functions #include // Alphanumeric LCD functions #include char hour=0,min=0,sek=0,day=0,month=0,year=0,week_day=0; bit time_flag=0; char menu=0; // External Interrupt 1 service routine interrupt void ext_int1_isr(void) { time_flag=1; } void show_time() { rtc_get_time(&hour,&min,&sek); rtc_get_date(&week_day,&day,&month,&year); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putchar(hour/10+0x30); lcd_putchar(hour%10+0x30); lcd_putchar(":"); lcd_putchar(min/10+0x30); lcd_putchar(min%10+0x30); lcd_putchar(":"); lcd_putchar(sek/10+0x30); lcd_putchar(sek%10+0x30); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putchar(day/10+0x30); lcd_putchar(day%10+0x30); lcd_putchar("/"); lcd_putchar(month/10+0x30); lcd_putchar(month%10+0x30); lcd_putchar("/"); lcd_putchar(year/10+0x30); lcd_putchar(year%10+0x30); time_flag=0; } void main(void) { PORTC=0x0F; DDRC=0x00; PORTD=0x08; DDRD=0x00; // I2C Bus initialization i2c_init(); // DS1307 Real Time Clock initialization // Square wave output on pin SQW/OUT: On // Square wave frequency: 1Hz rtc_init(0,1,0); // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: On // INT1 Mode: Low level GICR|=0x80; MCUCR=0x00; GIFR=0x80; // LCD module initialization lcd_init(16); rtc_set_time(12,0,0); rtc_set_date(6,13,10,13); #asm("sei") while (1) { if(time_flag==1) { show_time(); } }; }

Результат:

Схема и прошивка:

Перейдем к организации меню. Самый главный вопрос состоял в том, как оно все должно выглядеть, т.е. нужно было сформулировать техническое задание(т.з.).
Мне хотелось, чтобы это были отдельные экраны:
-главный экран;
-экран настройки времени;
-экран настройки даты;
-экран настройки будильника.

При этом обойтись четырьмя кнопками — вверх, вниз, влево, вправо. Переход между экранами должен осуществляться кнопками вверх и вниз. Настройка производится на соответствующем экране. Применяемый микроконтроллер atmega8. Вот такое примитивное т.з.

То что размер кода будет достаточно большой было понятно изначально. При этом нужно было его разбить на логически связанные части. С частями все понятно — обработка одного экрана одна часть кода. Поэтому начал с того, что основной цикл разбил на четыре части, переключения между которыми производится оператором switch. Внутрь засунул функции — пустышки. Кнопки 0(вверх) и 3(вниз) порта C позволяют изменить переменную menu. Таким образом мы скачем между менюшками. Но пока такая прошивка еще работать не могла, ибо функции еще не определены.

while (1) { switch(menu) { case 0: show_time(); break; case 1: set_time(); break; case 2: set_date(); break; case 3: set_alarm(); break; } };

Следующий шаг определение этих функций, изначально я нарисовал статичные названия, вроде lcd_puts(«Set time»); функции получились, такими.

void set_alarm() { ////////просмотр настроек будильника lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts("Set alarm"); } void set_time() { ////////просмотр настроек времени lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts("Set time"); }

Теперь это уже была рабочая прошивка, в которой можно было переключаться между менюшками и смотреть статичные надписи. Настало время оживить эти надписи. С главным экраном проблем не было, вывод времени/даты аналогичен предыдущему уроку.

Встал следующий вопрос: как организовать сам процесс настройки? Поразмыслив, мне показалась интересной следующая идея: переходим кнопками вверх/вниз в интересующее нас меню, нажимаем вправо, появляется курсор, говорящий нам о том, что идет процесс настройки. Кнопками вверх/вниз мы изменяем величину, влево/вправо скачем курсором между настраиваемыми параметрами. Когда курсор находится под последним параметром, повторное нажатие кнопки вправо позволяет выйти из настройки. Курсор при этом скрывается, что говорит о том что мы вышли из настройки и можем снова переключаться между менюшками.

Но есть небольшие проблемы, например, кнопка вверх должна изменять параметры и при этом, переключать следующий экран. Т.е. логику кнопок внутри одного экрана, пришлось разделить. Из за этого код здорово разросся. Например, на экране будильника, вводим подпрограмму настройки(sub_alarm), соответственно кнопки внутри подпрограммы обрабатываются одним образом, а вне другим.

void set_alarm() //Функция обработки будильника { //режим отображения меню настроек будильника if(sub_alarm==0) { if(PINC.0==0) //кнопка вверх - смена экрана меню { menu=0; ..... } } //подменю настройки будильника if(sub_alarm==1) { if(PINC.0==0) //кнопка вверх - увеличить величину { a_hour++; .... } }

Есть еще такой момент, когда зашли в подменю настройки одна и таже кнопка (возьмем опять в качестве примера кнопку вверх), может менять часы, а может минуты. Поэтому была введена еще одна переменная subProgram.
Например:

if(PINC.0==0) //кнопка вверх { if(subProgram==1) //subProgram=1 - изменяем часы { a_hour++; ... } if(subProgram==2) //subProgram=2 - изменяем минуты { a_min++; ... } if(subProgram==3) //subProgram=3 изменяем флаг будильника { ... } }

Единственное о чем стоит упомянуть это спецсимвол, который выводится на главном экране, когда будильник включен.

Пример взят из примеров в папке CodeVision\examples\lcd char.

typedef unsigned char byte; //переопределяем тип flash byte char_table={ //рисуем свой символ 0b10000000, 0b10000100, 0b10001110, 0b10001110, 0b10001110, 0b10011111, 0b10100100, 0b11000000}; // function used to define user characters void define_char(byte flash *pc,byte char_code) { byte i,address; address=(char_code<<3)|0x40; for (i=0; i<8; i++) lcd_write_byte(address++,*pc++); } void main(void) { byte i,address; lcd_init(16); define_char(char_table,0); //Грузим символ в лсд while(1) { lcd_putchar(0); //выводим символ на дисплей }

Рисовать можно символ 5х7, единичка — пиксел закрашен, ноль — не закрашен. Получился символ колокольчика.

Прошивка

Следующий шаг, это продумывание внешнего вида устройства. В моем представлении это будет жк экран и четыре кнопки на лицевой части, внутри будет печатная плата на которой будут все остальные элементы. Питание будет от блока питания, аналогично тому что сделан из китайской зарядки.

Начнем с печатной платы, для этого требуется программа, которая позволяет рисовать печатки. Существует множество подобных программ: P-cad, Altium, Sprint layout… Мне нравится Альтиум, только потому, что для него куча готовых библиотек с элементами, ибо тратить время на набивку собственной библиотеки элементов, на мой взгляд не дело. Общий смысл всех подобных программ одинаков — сначала рисуется электрическая схема.

В трассировщике все элементы уже знают, какой с каким должен соединяться, благодаря электрической схеме.

Остается только удобно расположить элементы и соединить их проводниками.