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.
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
Загружаем данную код в контроллер Arduino, открываем «Мониторинг порта»
Обновлено 23.07.2018. Всем привет. Для работы с часами, в прошлой статье был рассмотрен интерфейс TWI, на который мы сегодня будем ссылаться. Ну что ж начнем. Данные часы являются TWI совместимыми, т.е. принцип обмена данными по шине будет таким же как мы и рассматривали.
На рисунке ниже представлено расположение выводов, описание, и сам вид наших часов или как далее будем их называть RTC (Real-time clock) — часы реального времени или генератор импульсов времени. Данный “девайс” DS1307 считает секунды, минуты, часы, день месяца, месяц, день недели и год вместе с високосными. Календарь действителен до 2100 года. Я думаю на наш век хватит:). 
Как видно из описания имеется вход для аварийного питания от батареи, при отключенном внешнем питание. В этом режиме RTC поддерживает только свое основное назначение – отсчет времени, без внешних запросов. Напряжение питания батареи должно быть 2 – 3.5V. В техническом описание пишется что при заряде более 48 мА/ч, при температуре 25 град Цельсия, наша схема продержится около 10 лет. Более чем надо. На рисунке ниже представлена “таблеточка” CR2032 и крепление, которые будем использовать.
Теперь пройдемся по внешнему питанию. Рабочее напряжение часов 5В с небольшим диапазоном 4,5 -5,5В. Напряжение от батареи 3В(минимум 2, максимум 3,5В) Работа RTC делится на три режима по напряжению:
1. Vcc=5В – чтение, запись, отсчет;
2. Vcc= ниже 1,25*Vbat , но выше Vbat +0.2V — только отсчет батареи от внешнего питания.
3. Vcc ниже Vbat: RTC и ОЗУ переходит на питание от батареи. Потребление в активном состоянии 1,5 мА, от батареи 500-800нА.
Напряжение для передачи/приема информации:
Логический 0: -0.5В — +0.8В
Логическая 1: 2.2 В – Vcc+0.3В
Как и в прошлых постах попробуем запустить в Proteus. Отладим код. И перенесем все в железо. Ниже приведена схема подключения.
Где SQW/OUT – это вывод часов который можно запрограммировать на вывод частоты 1Гц, 4.096Гц, 8.192Гц и 32,768Гц. Т.е. можно использовать для внешнего прерывания контроллера с периодичностью в 1 с. Очень полезная функция. Но нам не пригодится. Кстати он тоже с открытым коллектором, поэтому необходим подтягивающий резистор. Номинал 4,7 кОм.
Выводы Х1 и Х2 – к ним подключаем кварцевый резонатор с частотой 32,768 кГц. Либо можно применить внешний тактовый генератор с той же частотой. Но при этом вывод X1 подключается к сигналу, а X2 остаётся неподключенным (висеть в воздухе.).
Ну и выводы SDA и SCL, с которыми мы познакомились в прошлой статье.
Немного остановимся на резонаторе (рисунок ниже). Который можно назвать сердцем часов, и от которого зависит точность хода. Качество самого резонатора, лежит на совести производителя, но со своей стороны, мы можем уменьшить погрешность, которую вносят внешние факторы, если будем придерживаться следующих рекомендаций по размещению резонатора:
2. Ширину трассы также по возможности делать меньше, для уменьшения вероятности принятия помех с других источников.
3. Контур в виде защитного кольца необходимо поместить вокруг кристалла, что помогает изолировать кристалл от шума.
4. Проводники поместить в кольцо и и подключить к заземлению.
5. Припаиваем резонатор к земле. Если земля разведена верно и есть уверенность.
На рисунке ниже видно контур и место припая к земле.
Как подключать разобрались. Идем далее – разберемся как с ним работать. RTC является программируемым и имеет 8 байт специальных регистров для его конфигурации и энергонезависимую статическую память 56 байтов. Для обмена информации необходима 2-х проводная шина данных, т.е. последовательная шина данных- который мы рассмотрели в прошлой статье. Итак для работы пробежимся по даташиту. Что нам необходимо:
Таблица регистров. Рисунок ниже. Первые восемь регистров – для вывода и программирования наших часов. При обращении по адресу 00H к 7-му биту(CH) и установкой его в 0 –запускаем часы. Хочется отметить, что конфигурация регистров может быть любая, поэтому при первом запуске необходимо его настроить под свои требования. Остальные семь битов единицы и десятки секунд.
01H – Минуты.
02H – Часы, которые настраиваются:
— Бит 6 – при 1 вывод 12 часовой формат, 0 – 24.
— Бит 5 – при 1 (при 12 часовом формате) PM , 0-AM
— Бит 5 – (при 24 ч формате) это вывод второго десятка часов (20-23часа.)
— Бит4 – первый десяток часов, остальные биты это единицы часов.
03H – день недели;
04H – дата;
05H – месяц года
06H – год.
Ну и последний регистр 07H. Данный регистр является управляющим.Где OUT отвечает за управление выводом SQW/OUT. Ниже таблица включения вывода.
OUT |
SQWE |
SQW/OUT |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
SQWE – при установке этого бита в,1 на вывода выходят импульсы с заданной частотой,которая устанавливается,битами RS1 и RS0.
Этот вывод нам не пригодится в проекте. Хотя для него я развел на плате дорожку. В качестве экспериментов может быть где то в будущем и применим, ведь здесь можно сделать прерывании в 1 с.
Теперь имея всю необходимую информацию, напишем функции для работы с часами. А также запустим проект в Proteus . Который будет иметь следующий вид:
Обратите внимание, что резонатор в Proteus, можно и не подключать к часам(обведенное красным).
На рисунке выведен терминал часов, который отображает время, которое в свою очередь привязано к системному времени. Терминал отладчика протокола I2C или TWI, на котором отображается время отправки и приема сигнала, где D0 – передаваемая команда, D1 - прием. Ниже я буду выводить скриншоты терминала с результатом работы программы.
Программа. Рассмотрев основные настройки часов напишем функцию инициализации.
/*Функция инициализации включает в себя установку скорости обмена данных по формуле(в предыдущей статье), установка пред делителя и включение модуля TWI*/
void init_DS1307 (void)
{
TWBR = 2; /*При частоте 1 МГц */
TWSR = (0 << TWPS1)|(0 << TWPS0); /*Пред делитель на 64*/
TWCR |= (1 << TWEN); /*Включение модуля TWI*/
}
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time) /*передаем два параметра: адрес регистра, к которому будем обращаться и передаваемую информацию*/
{
/* Формируем состояние СТАРТ, выставляя разряды регистра управления*/
TWCR = (1<
/*Разрешить работу модуля TWEN; Сформировать состояние старт TWSTA; Сбросить флаг TWINT */
/*Ждем окончания формирования условия старт, т.е. пока не установится флаг, код статуса = 08*/
while (!(TWCR & (1<
/*Далее перелаем пакет адреса (адрес устройства). Содержимое пакета загружается в регистр TWDR*/
TWDR = 0xd0;
/*0b1101000 + 0 – адрес + бит записи*/
/*Сбрасываем флаг для передачи информации*/
TWCR = (1<
/*Ждем установки флага*/
while (!(TWCR & (1<
/*передаем регистр к которому будем обращаться*/
TWDR = reg;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*Передаем информацию для записи в байт регистра*/
TWDR = time;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
/*Далее перелаем пакет адреса (адрес устройства). Содержимое пакета загружается в регистр TWDR*/
TWDR = 0xd0; /*0b1101000 + 0 – адрес + бит записи*/
/*Сбрасываем флаг для передачи информации*/
TWCR = (1<
/*Ждем установки флага*/
while (!(TWCR & (1<
/*передаем регистр к которому будем обращаться*/
TWDR = reg;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*Передаем информацию для записи в байт регистра*/
TWDR = time;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
/*Ждем установки флага*/
while (!(TWCR & (1<
/*передаем регистр к которому будем обращаться*/
TWDR = reg;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*Передаем информацию для записи в байт регистра*/
TWDR = time;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
/*передаем регистр к которому будем обращаться*/
TWDR = reg;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*Передаем информацию для записи в байт регистра*/
TWDR = time;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
while (!(TWCR & (1<
/*Передаем информацию для записи в байт регистра*/
TWDR = time;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
/*Передаем информацию для записи в байт регистра*/
TWDR = time;
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg)
/*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0;
/*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
}
В этой функции мы передали три байта, адрес устройства, адрес регистра и байт информации для записи в этот регистр и сформировали состояние СТОП.
Осталась последняя функция чтения. Ниже формат чтения.
В данной функции выполняется передача байта адреса устройства +бит записи, байт адреса регистра для установки на него указатель, выполнение условия ПОВСТАР, передача байта адреса устройства +бит чтения, чтение регистра, адрес которого мы передали ранее.
Если мы будем обращаться к часам в формате чтения, то при повторном обращении к часам указатель сдвигается на один байт вниз включая 56 байт ОЗУ, от 00H до 3FH. При достижении последнего адреса, указатель переходит на адрес 00.
/*Функция чтения данных из DS1307*/
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg) /*Передаем адрес регистра*/
{
uint8_t time;
/*формируем состояние СТАРТ*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd0; /*Передаем адрес + бит записи*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg;
/*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
while (!(TWCR & (1<
TWDR = reg; /*Адрес регистра*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1;
/*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
while (!(TWCR & (1<
/*формируем состояние ПОВСТАР*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
TWDR = 0xd1; /*Передаем адрес + бит чтения*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
while (!(TWCR & (1<
/*считываем данные*/
TWCR = (1<
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00;
/*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF;
/*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04);
/*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI
) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307
- микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI)
. Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307
работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START
и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP
. Когда VСС
падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС
падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС
, когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС
станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС
падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD)
формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT
. Бит OUT
- управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT
, когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT
равен 1, если OUT
= 1, и 0 - если OUT
= 0. SQWE
- Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307
. Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK
. Состояния START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK
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 STOP
.
2. 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 START
и STOP
опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START
. 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 ASK
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 NOASK
, чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
#include
// Функция инициализация шины TWI
void I2CInit(void)
{
TWBR = 2; // Настройка частоты шины
TWSR = (1 << TWPS1)|(1 << TWPS0); // Предделитель на 64
TWCR |= (1 << TWEN); // Включение модуля TWI
}
// Функция СТАРТ
void I2CStart(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTA); // Передача условия СТАРТ
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
}
// Функция СТОП
void I2CStop(void)
{
TWCR = (1 << TWINT)|(1 << TWEN)|(1 << TWSTO); // Передача условия СТОП
while(TWCR & (1 << TWSTO)); // Ожидание завершения передачи условия СТОП
}
// Функция записи данных по шине
uint8_t I2CWriteByte(uint8_t data)
{
TWDR = data; // Загрузка данных в TWDR
TWCR = (1 << TWEN)|(1 << TWINT); // Сброс флага TWINT для начала передачи данных
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если адрес DS1307+R и принято "подтверждение"(0x18)
// или адрес DS1307+W и принято "подтверждение"(0x40)
// или передается байт данных и принято "подтверждение"(0x28)
if((TWSR & 0xF8) == 0x18 || (TWSR & 0xF8) == 0x40 || (TWSR & 0xF8) == 0x28) return 1; // OK
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных по шине
uint8_t I2CReadByte(uint8_t *data,uint8_t ack)
{
// Возвращаем "подтверждение" после приема
if(ack) TWCR |= (1 << TWEA);
// Возвращаем "неподтверждение" после приема
// Ведомое устройство не получает больше данных
// обычно используется для распознования последнего байта
else TWCR &= ~(1 << TWEA);
// Разрешение приема данных после сброса TWINT
TWCR |= (1 << TWINT);
while(!(TWCR & (1 << TWINT))); // Ожидание установки флага TWINT
// Проверка статуса
// Если принят байт данных и возвращается "подтверждение"(0x50)
// или принят байт данных и возвращается "ненеподтверждение"(0x58)
if((TWSR & 0xF8) == 0x50 || (TWSR & 0xF8) == 0x58)
{
*data = TWDR; // Читаем данные из TWDR
return 1; // OK
}
else return 0; // ОШИБКА
}
// Функция чтения данных из DS1307
uint8_t DS1307Read(uint8_t address,uint8_t *data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStart(); // Повторный СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010001); // адрес DS1307+R
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Чтение данных с "неподтверждением"
res = I2CReadByte(data,0);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функция записи данных в DS1307
uint8_t DS1307Write(uint8_t address,uint8_t data)
{
uint8_t res;
I2CStart(); // СТАРТ
res = I2CWriteByte(0b11010000); // адрес DS1307+W
if(!res) return 0; // ОШИБКА
// Передача адреса необходимого регистра
res = I2CWriteByte(address);
if(!res) return 0; // ОШИБКА
res = I2CWriteByte(data); // Запись данных
if(!res) return 0; // ОШИБКА
I2CStop(); // СТОП
return 1; // OK
}
// Функции работы с LCD
#define RS PD0
#define EN PD2
// Функция передачи команды
void lcd_com(unsigned char p)
{
PORTD &= ~(1 << RS); // RS = 0 (запись команд)
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция передачи данных
void lcd_data(unsigned char p)
{
PORTD |= (1 << RS)|(1 << EN); // RS = 1 (запись данных), EN - 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p & 0xF0); // старший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
PORTD |= (1 << EN); // EN = 1 (начало записи команды в LCD)
PORTD &= 0x0F; PORTD |= (p << 4); // младший нибл
_delay_us(100);
PORTD &= ~(1 << EN); // EN = 0 (конец записи команды в LCD)
_delay_us(100);
}
// Функция вывода строки на LCD
void lcd_string(unsigned char command, char *string)
{
lcd_com(0x0C);
lcd_com(command);
while(*string != "\0")
{ lcd_data(*string);
string++;
}
}
// Функция вывода переменной
void lcd_num_to_str(unsigned int value, unsigned char nDigit)
{
switch(nDigit)
{
case 4: lcd_data((value/1000)+"0");
case 3: lcd_data(((value/100)%10)+"0");
case 2: lcd_data(((value/10)%10)+"0");
case 1: lcd_data((value%10)+"0");
}
}
// Функция инициализации LCD
void lcd_init(void)
{
PORTD = 0x00;
DDRD = 0xFF;
_delay_ms(50); // Ожидание готовности ЖК-модуля
// Конфигурирование четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << PD5);
PORTD &= ~(1 << PD4);
// Активизация четырехразрядного режима
PORTD |= (1 << EN);
PORTD &= ~(1 << EN);
_delay_ms(5);
lcd_com(0x28); // шина 4 бит, LCD - 2 строки
lcd_com(0x08); // полное выключение дисплея
lcd_com(0x01); // очистка дисплея
_delay_us(100);
lcd_com(0x06); // сдвиг курсора вправо
lcd_com(0x0C); // включение дисплея, курсор не видим
}
int main(void)
{
_delay_ms(100);
DDRC = 0x00;
PORTC = 0xFF;
lcd_init(); // Инициализация LCD
I2CInit(); // Инициализация шины I2C
lcd_string(0x81, "«acГ Ѕa DS1307"); // Часы на DS1307
lcd_string(0xC4, " : : ");
// Запускаем ход часов
uint8_t temp;
DS1307Read(0x00,&temp);
temp &= ~(1 << 7); // обнуляем 7 бит
DS1307Write(0x00,temp);
while(1)
{
unsigned char hour, minute, second, temp;
// Читаем данные и преобразуем из BCD в двоичную систему
DS1307Read(0x00,&temp); // Чтение регистра секунд
second = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x01,&temp); // Чтение регистра минут
minute = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
DS1307Read(0x02,&temp); // Чтение регистра часов
hour = (((temp & 0xF0) >> 4)*10)+(temp & 0x0F);
lcd_com(0xC4);
lcd_num_to_str(hour, 2); // Выводим на экран часы
lcd_com(0xC7);
lcd_num_to_str(minute, 2); // Выводим на экран минуты
lcd_com(0xCA);
lcd_num_to_str(second, 2); // Выводим на экран секунды
if((PINC & (1 << PC0)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC0)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
hour++; // Увеличиваем часы на 1
if(hour > 23) hour = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((hour/10) << 4)|(hour%10);
DS1307Write(0x02, temp);
_delay_ms(100);
}
if((PINC & (1 << PC1)) == 0) // Если нажата кнопка
{
while((PINC & (1 << PC1)) == 0){} // Ждем отпускания кнопки
minute++; // Увеличиваем минуты на 1
if(minute > 59) minute = 0;
// Преобразуем из двоичной системы в BCD и записываем в DS1307
uint8_t temp;
temp = ((minute/10) << 4)|(minute%10);
DS1307Write(0x01, temp);
_delay_ms(100);
}
}
}
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data)
{
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_write(data);
i2c_stop();
}
unsigned char ds_read(unsigned char addr)
{
unsigned temp;
i2c_start();
i2c_write(0xD0);
i2c_write(addr);
i2c_stop();
i2c_start();
i2c_write(0xD1);
temp=i2c_read(0);
i2c_stop();
return temp;
}
void ds_off()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80);
}
void ds_on()
{
ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80);
}
void ds_init()
{
unsigned char i;
// устанавливаем режим 24 часа
i=ds_read(0x02);
if((i&0x40)!=0)
{
ds_write(0x02,i&~0x40);
}
// Если часы выключены - то включаем их
i=ds_read(0x00);
if((i&0x80)!=0)
{
ds_write(0x00,i&~0x80);
}
}
unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data)
{
data=data%100;
return data/10*16+data%10;
}
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time()
, даты – date()
. В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time()
{
unsigned char i;
SetLCDPosition(1, 0);
i=ds_read(0x02);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x01);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = ":";
i=ds_read(0x00);
buffer = i/16+"0";
buffer = i%16+"0";
buffer = "\0";
ShowStr(buffer);
}
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time()
. Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR
.
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307
. Данная микросхема представляет собой часы реального времени
(real time clock
или RTC
).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C
, мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas
, вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров
у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h
— секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h
— минуты. Хранятся аналогично.
02h
— более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h
— день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h
— здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h
— номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h
— номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307
, файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c
и RTC.h
.
#ifndef
MAIN_H_
#define
MAIN_H_
#define
F_CPU
8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include
"usart.h"
#include
"twi.h"
#include
"RTC.h"
#endif
/* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c
создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include
"main.h"
unsigned
char
sec
,
min
,
hour
,
day
,
date
,
month
,
year
;
int
main
(
void
)
I2C_Init
();
USART_Init
(8);
While
(1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition
();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition
();
I2C_SendByte
(0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte
(0b11010000);
I2C_SendByte
(0);
//Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
/10)<<4)|(
c
%10);
return
ch
;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
)
{
unsigned
char
ch
=
((
c
>>4)*10+(0b00001111&
c
));
return
ch
;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include
"main.h"
unsigned
char
RTC_ConvertFromDec
(
unsigned
char
c
);
//перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned
char
RTC_ConvertFromBinDec
(
unsigned
char
c
);
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views:
7 353
while (!(TWCR & (1<
time = TWDR;
time = (((time & 0xF0) >> 4)*10)+(time & 0x0F);
/*формируем состояние СТОП*/
TWCR = (1<
return time;
}
Итак выше мы написали три функции, которые нам необходимы для работы с часами. Используя эти функции запустим программу в Proteus. Выведем, например дату.
#include
#include
uint8_t time;
void init_DS1307 (void);
uint8_t read_DS1307 (uint8_t reg);
void write_DS1307 (uint8_t reg, uint8_t time);
int main (void)
{
DDRC = 0×00; /*Выставляем порт как вход*/
PORTC = 0xFF; /*Подтягиваем сопротивление*/
init_DS1307;
while (1)
{
_delay_ms (50);
read_DS1307 (0×04); /*Чтение регистра даты*/
}
}
Ниже результат выполнения программы чтение даты.
В окне отладчика I2C (TWI ) видно что сначала посылается адрес регистра в RTC (зеленый кружочек), в данном случае 04, который отвечает за дату месяца, и далее часы передают ответ 21 (красный кружочек).
Когда мы запустим часы в железе, нам необходимо будет занести настоящее время. Ниже пример программы изменения минут.
while (1)
{
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
_delay_ms (500);
write_DS1307 (0×01, 15); /*Записываем необходимую минуту*/
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01); /*Считываем минуту*/
}
На рисунке видно, что сначала идет обращение к регистру 01, считывается минута 23. Далее мы используем функцию записи, и вносим значение 15. При следующей функции чтения у нас на табло часов значение 15.
Ну и последний пример программы это вывод значений всех регистров
while (1)
{
delay_ms (500);
read_DS1307 (0×00);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×01);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×02);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×03);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×04);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×05);
_delay_ms (500);
read_DS1307 (0×06);
_delay_ms (500);
}
На рисунке ниже видно, что вывелись данные 7-ми регистров.
Исходник с проектом прилагается:
(Скачали: 601 чел.)
На этом все. В следующей статьеподключим часы в железе, выведем время на индикатор и познакомимся с двоично-десятичным форматом для работы с часами. Всем пока.
DS1307 - микросхема часов реального времени с интерфейсом I2C(TWI) . Часы / календарь хранят следующую информацию: секунды, минуты, часы, день, дату, месяц и год. Конец месяца автоматически подстраивается для месяцев, в которых менее 31 дня, включая поправку для високосного года. Часы работают в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM. DS1307 имеет встроенную схему контроля питания, которая обнаруживает пропадание питания и автоматически переключает схему на питание от батареи.
Vbat
- вход батареи для любого стандартного 3 Вольтового литиевого элемента или другого источника энергии. Для нормальной работы напряжение батареи должно поддерживаться между 2.5 и 3.5 В. Уровень, при котором запрещён доступ к часам реального времени и пользовательскому ОЗУ, установлен внутренней схемой равным 1.25 x Vbat. Литиевая батарея ёмкостью 35 mAh или больше достаточна для питания DS1307 в течение более чем 10 лет при отсутствии питания.
SCL
(Последовательный Тактовый Вход) - SCL используется, чтобы синхронизировать передачу данных через последовательный интерфейс.
SDA
(Вход/Выход Последовательных Данных) - SDA - вход / выход данных для 2-проводного последовательного интерфейса. Это выход с открытым стоком, который требует внешнего притягивающего резистора.
SQW/OUT
(Меандр / Выходной Драйвер) - Когда бит SQWE установлен в 1, на выходе SQW/OUT вырабатываются импульсы в форме меандра одной из четырех частот: 1 Гц., 4 кГц., 8 кГц., 32 кГц. Вывод SQW/OUT - с открытым стоком, требует внешнего притягивающего резистора.
X1, X2
- выводы для подключения стандартного кристалла кварца 32.768 кГц. Внутренняя схема генератора рассчитана на работу с кристаллом, имеющим номинальную емкость (CL) 12.5 пФ.
GND
– Земля.
VCC
– питание 5 вольт.
DS1307 работает как ведомое устройство на последовательной шине. Для доступа к нему надо установить состояние START и передать код идентификации устройства, сопровождаемый адресом регистра. К последующим регистрам можно обращаться последовательно, пока не установлено состояние STOP . Когда VСС падает ниже 1.25 x Vbat, устройство прекращает связь и сбрасывает адресный счетчик. В это время оно не будет реагировать на входные сигналы, чтобы предотвратить запись ошибочной информации. Когда VСС падает ниже Vbat, устройство переключается в режим хранения с низким потреблением. При включении питания устройство переключает питание с батареи на VСС , когда напряжение питания превысит Vbat + 0.2V, и реагирует на входные сигналы, когда VСС станет более 1.25 x Vbat. Когда питание находится в пределах нормы, устройство полностью доступно, и данные могут быть записаны и считаны. Когда к устройству подключена трёхвольтовая батарея и VСС ниже 1.25 x Vbat, чтение и запись запрещены. Однако отсчёт времени при этом работает. Когда VСС падает ниже Vbat, питание ОЗУ и отсчёта времени переключается на внешнюю батарею 3 В.
Информацию о времени и дате получают, считывая соответствующие регистры. Регистры часов показаны в таблице ниже. Время и календарь устанавливаются или инициализируются путём записи байтов в соответствующие регистры. Содержание регистров времени и календаря хранится в двоично-десятичном (BCD) формате, поэтому перед выводом информации на LCD дисплей или семисегментный индикатор необходимо преобразовать двоично-десятичный код в двоичный или ANSII - код.
Бит 7 регистра 0 - это бит остановки хода часов (Clock Halt). Когда этот бит установлен в 1, генератор остановлен. Когда сброшен в ноль, генератор работает, а часы считают время.
DS1307 может работать в 12-часовом или 24-часовом режиме. Бит 6 регистра часов задаёт один из этих режимов. Когда он равен 1, установлен 12-часовой режим. В 12-часовом режиме высокий уровень бита 5 сообщает о послеполуденном времени. В 24-часовом режиме бит 5 - второй бит 10 часов (20-23 часа).
Регистр управления DS1307 предназначен для управления работой вывода SQW/OUT . Бит OUT - управление выходом. Этот бит управляет выходным уровнем на выводе SQW/OUT , когда генерация меандра запрещена. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT равен 1, если OUT = 1, и 0 - если OUT = 0. SQWE - Разрешение меандра. Когда этот бит установлен в 1, разрешается генерация меандра. Частота меандра зависит от значений битов RS0 и RS1. Эти биты управляют частотой меандра, когда его генерация разрешена. В таблице ниже показаны частоты, которые могут быть заданы RS битами.
DS1307 поддерживает двунаправленные 2-проводную шину и протокол передачи данных. Устройство, которое посылает данные на шину, называется передатчиком, а устройство, получающее данные - приемником. Устройство, которое управляет передачей, называется ведущим. Устройства, которые управляются ведущим - ведомые. Шина должна управляться ведущим устройством, которое вырабатывает последовательные такты (SCL), управляет доступом к шине, и генерирует состояния СТАРТ и СТОП. DS1307 работает как ведомое на 2-х проводной шине.
Для работы с DS1307 необходимо организовать функцию чтения из микросхемы и функцию записи.
1. Режим записи в DS1307 . Последовательные данные и такты получены через SDA и SCL. После передачи каждого байта передаётся подтверждающий бит ASK . Состояния START и STOP опознаются как начало и конец последовательной передачи. Распознавание адреса выполняется аппаратно после приема адреса ведомого и бита направления. 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 ASK 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 STOP .
2. 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 START и STOP опознаются как начало и конец последовательной передачи. Байт адреса - первый байт, полученный после того, как ведущим сформировано состояние START . 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 ASK 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 NOASK , чтобы закончить чтение.
Рассмотрим особенности работы с DS1307 на примере простых часов, которые будут показывать часы, минуты и секунды. Данные будут выводиться на LCD дисплей 16х2. Две кнопки "Часы+" и "Минуты+" позволят подвести нужное время. Микроконтроллер Atmega 8 тактируется от внутреннего генератора частотой 1 MHz, поэтому не забудьте поменять фьюзы. Ниже представлена схема подключения.
Управляющая программа включает в себя наборы функций работы с шиной TWI, часами DS1307, LCD дисплеем.
I2CInit - инициализация шины;
I2CStart - передача условия START;
I2CStop - передача условия STOP;
I2CWriteByte - запись данных;
I2CReadByte - чтение данных;
DS1307Read - функция чтения данных из DS1307;
DS1307Write - Функция записи данных в DS1307;
lcd_com - передача команды в LCD;
lcd_data - передача данных в LCD;
lcd_string - функция вывода строки в LCD;
lcd_num_to_str - функция вывода символа типа int;
lcd_init - инициализация LCD.
Ниже представлен код программы:
#include
Во многих конструкциях полезно знать текущее время, но не всегда есть возможность, да и если контроллер будет сильно загружен, то часы будут постоянно отставать или спешить, что не очень хорошо. Выходом может стать внешний готовый источник времени – часы реального времени — DS1307.
Часы состоят из микросхемы DS1307, кварца на 32,768Кгц, батарейки и 2-х подтягивающих резисторов на линии SDA и SLC. Благодаря батарейке они продолжают идти при отключении внешнего питания. Также у DS1307 есть свободные 56 байтов энергозависимой статической ОЗУ, которые можно использовать в своих целях.
Линии SCL и SDA – это I2C. На линии SQW – находиться тактовый импульс с частотой от 1 Гц до 32,768 Кгц, обычно она не используется.
У часов есть пара особенностей:
1.
что бы они работали, в них должна быть батарейка или на крайний случай резистор на 4-10кОм, иначе они не будут работать и отвечать всяким мусором.
2.
вокруг дорожек кварца должен быт замкнутый контур земли и корпус кварц тоже лучше подключить к земле
Немного теории
Хронометр имеет фиксированный адрес 68h, в 7 битовом адресе + 1 бит указывает на действие – чтение/запись.
Для записи используется следующий алгоритм:
Первый байт – адрес часов 68h + 0 бит указывающий на запись, итого D0h. После получения подтверждения передаётся адрес регистра. Это установит регистровый указатель. Затем начинается передача байтов данных, чтобы остановить его – генерируется условие окончания.
Для чтения:
Первый байт – адрес часов 68h + 1 бит указывающий на запись, итого D1h. После декодирования адреса и выдачи подтверждения устройство начинает передавать данные с указанного адреса (храниться в регистре указателя). Если перед началом чтения указатель регистра не записан, то первый читаемый адрес — это адрес, который был сохранён в нём последним. DS1307 должен принять «неподтверждение» для окончания чтения.
Для включения часов следует установить бит CH в ноль, это следует сделать принудительно, т.к. часы после включения по умолчанию выключены.
Часы хранят информацию в двоично-десятичном виде – для получения данных достаточно прочитать соответствующий им регистр.
DS1307 может работать как в 24, так и в 12 часовом режиме – за это отвечает бит 12/24 (02h 6 бит). При 24 часовом режиме 5 и 4 биты регистра 02h соответствуют текущему десятку часа, при 12 часовом режиме 4 бит хранит десяток, а 5 признак до полудня / после полудня.
7 регистр отвечает за выходной тактовый генератор часов, SQW вывод. Бит OUT инвертирует выходной сигнал, бит SQWE включает тактовый генеретор, а биты RS0 и RS1 устанавливают частоту тактового импульса.
Практика
Был изготовлен небольшой модуль часов реального времени. На макетке были собраны часы с использованием микроконтроллера PIC16F628A, знакогенерирующего дисплея 2×16, одной кнопки для задания времени, модуля часов реального времени и с небольшим количеством обвязки.
Плата содержит микросхему DS1307 в SMD исполнении. К ней подпаян кварц на 32,768 КГц, в корпусе DT-38, вокруг кварца должно быть кольцо земли и корпус самого кварц тоже стоит подключить к земле, для этого рядом с ним предусмотрено специальное отверстие. Для работы часов в автономном режиме предусмотрена батарейка на 3В CR120. Также для индикации работы модуля можно установить SMD светодиод с резистором на 470 Ом в корпусе типоразмера 0805.
PIC16F628A не содержит аппаратного I2C, поэтому он был реализован программно. Программный I2C был написан с нуля, он немного отличается от стандартного протокола, тем, что не ждёт подтверждения от слейва. Программный I2C будет рассмотрен в одной из следующих статей. На основе функций работы с I2C были реализованы следующие функции управления DS1307:
Void ds_write(unsigned char addr,unsigned char data) { i2c_start(); i2c_write(0xD0); i2c_write(addr); i2c_write(data); i2c_stop(); } unsigned char ds_read(unsigned char addr) { unsigned temp; i2c_start(); i2c_write(0xD0); i2c_write(addr); i2c_stop(); i2c_start(); i2c_write(0xD1); temp=i2c_read(0); i2c_stop(); return temp; } void ds_off() { ds_write(0x00,ds_read(0x00)|0x80); } void ds_on() { ds_write(0x00,ds_read(0x00)&~0x80); } void ds_init() { unsigned char i; // устанавливаем режим 24 часа i=ds_read(0x02); if((i&0x40)!=0) { ds_write(0x02,i&~0x40); } // Если часы выключены - то включаем их i=ds_read(0x00); if((i&0x80)!=0) { ds_write(0x00,i&~0x80); } } unsigned char IntToBoolInt(unsigned char data) { data=data%100; return data/10*16+data%10; }
ds_write(адрес,
байт данных)
— отправляет 1 байт данных по указанному адресу DS1307
байт данных ds_read(адрес)
— считывает 1 байт данных из указанного адреса DS1307
ds_off()
— выключить DS1307
ds_on()
— включить DS1307
ds_init()
— инициализация DS1307
байт IntToBoolInt(байт)
— функция перекодировки числа в двоично-десятичный вид
Во время инициализации проверяются и устанавливаются, если выключены следующие биты: бит отвечающий за 24-х часовой режим работы часов и бит отвечающий за включенное состояние часов. Были реализованы 2 функции для включения и отключения часов. DS1307 может отправлять и принимать как однобайтовые посылки, так и много байтовые, но для упрощения работы с часами функции для чтения и записи только однобайтовые. Для установки часов есть ещё функция для преобразования привычной десятичной формы представления числа в двоично-десятичную, в которой микросхема хранит показатели времени. Приведённых функция для работы с часами вполне достаточно.
В прошивки реализованы функции для считывания и вывода на дисплей времени – time() , даты – date() . В бесконечном цикле через некоторые промежутки времени эти функции вызываются для вывода времени и даты на дисплей. Рассмотрим, как устроена функция для чтения с последующим выводом текущего времени:
Void time() { unsigned char i; SetLCDPosition(1, 0); i=ds_read(0x02); buffer = i/16+"0"; buffer = i%16+"0"; buffer = ":"; i=ds_read(0x01); buffer = i/16+"0"; buffer = i%16+"0"; buffer = ":"; i=ds_read(0x00); buffer = i/16+"0"; buffer = i%16+"0"; buffer = "\0"; ShowStr(buffer); }
Происходит установка курсора на дисплее. Считываем значение регистра отвечающего за час и по пол байта, т.к. данные хранятся в двоично-десятичном виде, записываем в буфер. Далее добавляем разделитель в виде двоеточия. Считываем и записываем в буфер таким же образом значения минут и секунд. Выводим содержимое буфера на дисплей. Таким же образом устроена функция вывода текущей даты.
В прошивки есть функция для установки часов и минут – set_time() . Эта функция с помощью одной кнопки устанавливает время. Как это делается: нажимаем на кнопку – на дисплее высвечивается надпись «Set hour:» и количество часов, увеличиваем час по средством коротких нажатий на кнопку; установив час длительным нажатием переходим на установку минут, о чём свидетельствует надпись «Set min:», таким же образом устанавливаем минуты, а длительным нажатием возвращаемся в бесконечный цикл к часам. Но т.к. эта функция большая приведём из неё только одну строчку, которая записывает в DS1307 значение минут:
Ds_write(0x02,IntToBoolInt(time));
Записываем в регистр, который соответствует минутам желаемое значение, предварительно приведённое к двоично-десятичному виду.
Урок 17
Часть 1
Часы реального времени DS1307
Продолжаем занятия по программированию МК AVR .
И сегодня мы познакомимся с очень хорошей микросхемой DS1307 . Данная микросхема представляет собой часы реального времени (real time clock или RTC ).
Также, благодаря тому, что общение микроконтроллера с данной микросхемой будет происходить с применением интерфейса I2C , мы ещё лишний раз на деле закрепим тему программирования данной шины.
Данная микросхема представлена компанией Dallas , вот её распиновка и основные технические характеристики
Здесь мы видим, что есть у нас ножки SDA и SCL, назначение которых мы очень прекрасно знаем из . Также есть ножки X1 и X2 для подключения кварцевого резонатора на 32768 Гц, ножки питания — VCC и GND, выход для импульсов продолжительностью 1 секунда либо другой частоты в зависимости от настроек определенных регистров, а также плюсовой контак для батарейки, которая подключается для поддержания хода часов в момент отключения основного питания. Отрицательный контакт данной батарейки мы подключаем к общему проводу питания.
Также мы видим, что данная микросхема исполняется в планарных и DIP-корпусах.
Питаться данная микросхема может как и от 3 вольт, так и от 5 вольт.
Обращение к данной микросхеме по интерфейсу I2C происходит, в принципе, также. как и к микросхеме памяти, которую мы использовали на прошлом уроке. Конечно, будут свои нюансы, но об этом позже.
Так как данная микросхема у меня установлена в том же модуле, в котором установлена и микросхема EEPROM, а шина обмена у нас одна, то "узнавать" микросхема DS1307 о том, что обращаются именно к ней, будет, конечно, по адресу, который у неё другой, нежели у микросхемы EEPROM.
Вот диаграммы приёма и передачи данных микросхемы
Адрес, по которому мы будем обращаться к данной микросхеме, выделен синим.
В принципе. особой разницы с диаграммами микросхемы EEPROM мы на видим.
Ещё отличие в обращении будет в том, что адресация памяти будет уже однобайтная, так как ячеек памяти или регистров у данной микросхемы очень мало.
Вот что из себя представляют данные регистры
Назначение данных регистров:
00h — секунды. Секунды хранятся в двоично-десятичном виде. То есть в младших 4 битах хранятся единицы секунд, а в более старших трёх — десятки. Также есть бит SH — это бит запуска микросхемы.
01h — минуты. Хранятся аналогично.
02h — более универсальный регистр. Здесь хранятся часы. В четырех младших битах — единицы чаов, в следующих более старших двух — десятки, в следующем 6 бите — флаг того, после полудня сейчас время или до полудня, в 7 бите — режим хранения — 12- часовой или 24-часовой.
03h — день недели. Хранится в младших 3 битах, остальные биты не используются.
04h — здесь хранится день месяца, также в двоично-десятичном формате. В четыреё малдших битах — единицы, в двух следующих постарше — десятки, остальные биты не используются.
05h — номер месяца в году — хранится в двоично-десятичном формате точно также, как и часы.
06h — номер года, причём не полный четырёхзначный, а только двузначный. В младших четырех битах — единицы, в старших — десятки.
Вот этими семью регистрами мы и будем пользоваться. Последний регистр предназначен для конфигурирования частоты импульсов на импульсном выходе микросхемы, это делается в младших двух битах регистра. по умолчанию он будет 1 гц частотой, нам этого достаточно, чтобы помигать двоеточием, поэтому мы не будем пользоваться данными битами. Биты SOWE и OUT также применяются для настройки и включения формирователя даннх квадратных импульсов.
Проект для работы с данной микросхемой был создан обычным образом с именем MyClock1307 , файлы, связанные с EEPROM оттуда убраны, а добавлены файлы RTC.c и RTC.h .
#ifndef MAIN_H_
#define MAIN_H_
#define F_CPU 8000000UL
#include
#include
#include
#include
#include
#include "usart.h"
#include "twi.h"
#include "RTC.h"
#endif /* MAIN_H_ */
В главном файле MyClock1307.c создадим глобальные переменные для хранения показаний времени, даты и дня недели и после этого полное содержание после удаления всего лишнего в нём будет вот таким
#include "main.h"
unsigned char sec , min , hour , day , date , month , year ;
int main ( void )
I2C_Init ();
USART_Init (8);
While (1)
От прошлого кода останется лишь инициализация I2C и USART.
Теперь нам надо как-то вообще запустить микросхему. Если микросхема новая, либо никогда не использовалась, либо кто-то специально для каких-то целей изменил значение бита CH, то она ещё не "ходит".
Ну, вообще, как только мы установим все значения в регистрах микросхемы, так она и запустится и наши часы пойдут.
Подключение или схема использована также вся из прошлого занятия, то есть время смотреть мы будем посредством шины USART в терминальной программе.
Поэтому, собственно, используя наши знания предыдущего занятия, напишем писать функцию установки времени.
Первым делом мы, само собой, передадим условие СТАРТ
//Устанавливаем время
I2C_StartCondition ();
Затем передаём адрес с битом записи 0
I2C_StartCondition ();
I2C_SendByte (0b11010000);
Перейдём на адрес 0, а значит к той части памяти, где расположен самый первый регистр
I2C_SendByte (0b11010000);
I2C_SendByte (0); //Переходим на 0x00
Прежде чем писать какие-то значения в регистры микросхемы, мы вспомним, что числа мы сначала должны преобразовать в двоично-десятичный формат, который будет удобен для регистров. Для этого мы зайдём в файл RTC.c и такую функцию и напишем. Она будет очень лёгкой и в объяснении не нуждается
unsigned char RTC_ConvertFromBinDec ( unsigned char c )
{
unsigned char ch = (( c /10)<<4)|( c %10);
return ch ;
}
Ну и также давайте напишем и функцию обратного типа, переводящую число из двоично-десятичного формата в десятичный. С помощью неё мы, наоборот, будем считанные показания времени преобразовывать в вид, удобный нашему восприятию (ЧПИ — человеко-понятный интерфейс)
unsigned char RTC_ConvertFromDec ( unsigned char c )
{
unsigned char ch = (( c >>4)*10+(0b00001111& c ));
return ch ;
}
Здесь также всё придельно ясно, мы сдвигаем вправо старшую тетраду байта, умножаем её на десять и прибавляем младшую тетраду (старшую отмаскировываем нулями)
Напишем прототипы данных функций в файле RTC.c
#include "main.h"
unsigned char RTC_ConvertFromDec ( unsigned char c ); //перевод двоично-десятичного числа в десятичное
unsigned char RTC_ConvertFromBinDec ( unsigned char c );
Программатор, модуль RTC DS1307 с микросхемой памяти и переходник USB-TTL можно приобрести здесь:
Программатор (продавец надёжный) USBASP USBISP 2.0
Смотреть ВИДЕОУРОК (нажмите на картинку)
Post Views: 7 353
Вам также будет интересно:
В этой статье мы рассмотрим некоторые из наиболее полезных и забавных консольных команд в...
В сегодняшней статье поговорим о 7-сегментных индикаторах и о том, как их «подружить» с...
Выбор плеера - это сложный процесс, иногда человек желает получить не просто коробочку,...
На самом деле, сургуч - это смесь смол, окрашенная в определенный цвет. Если у вас на руках...
10 ноября состоялся релиз долгожданной игры на ПК, PlayStation 4 и Xbox One, и постепенно...
