Zs 042 arduino подключение

Ещё один интересный модуль для Arduino ZS-042 – это модуль часов Модуль RTC (Real Time Clock — часы реального времени) DS3231 с интерфейсом I2C(TWI).
Для микросхемы не нужен внешний кварцевый резонатор, благодаря встроенному термокомпенсированному кварцевому генератору (TCXO) с частотой 32,768 кГц.
У микросхемы есть вход для подключения батарейки, и благодаря питанию от батареи поддерживается точный отсчет времени даже когда питание системы отключается.
Интеграция кварцевого резонатора в корпус микросхемы улучшило стабильность точности хода часов.

Модуль DS3231 RTC Arduino собран на микросхеме DS3231 и модуле памяти EEPROM на микросхеме 24C32 объемом 32 Кбит от производителя Atmel. Может работать как совместно с Arduino, так и отдельно (необходима батарейка CR2032).

Связь модуля с Arduino происходит по сетевому последовательному интерфейсу I2C(Inter-IntegratedCircuit) с максимальной скоростью 400 кГц, разработанному фирмой Philips.
Для питания часов и памяти модуля в автономном режиме необходима батарейка CR2032.
Модуль отслеживает состояние VCC для обнаружения сбоев питания и при необходимости автоматически переключается на резервный источник питания.
Модуль позволяет устанавливать и считывать: секунды, минуты, часы, дни, дни недели, месяц, год, а так же температуру и есть возможность установки 2-х будильников.
Что может модуль DS3231 RTC Arduino
• Установить календарь до 2100 года с учётом високосных лет
• Выбор режимов 12(AM/PM) или 24-часового режима
• Возможность настроить 2 будильника
• Использовать в качестве генератора прямоугольных импульсов
• Измерять температуру микросхемы для температурной компенсацией кварцевого генератора (TCXO). Она практически не нагревается поэтому можно сказать, что она равна температуре окружающей среды

Характеристики
• Микросхема: DS3231
• Рабочее напряжение: 3,3 В — 5 В.
• Потребляемый ток (в режиме ожидания): до 170 мкА.
• Потребляемый ток (во время передачи данных): до 300 мкА.
• Потребляемый ток (во время резервного питания, без передачи данных): до 3,5 мкА.
• Тактовая частота шины I2C: до 400 кГц.
• Рабочая температура: 0 . 70 °C.
• Точность хода: ±2 ppm (примерно ± 1 минута в год) при температуре от 0 до 40С
• внутренний термометр с диапазоном от −40…+85°C.
• Размер: мм 38 мм (длина) мм * 22 мм (Ш) мм * 14 мм (высота)
• Вес: 8 г

ppm(partspermillion) – частей на миллион.

На основе этого модуля DS3231 можно построить
Часы, будильник, секундомер, генератор прямоугольных импульсов, термометр, включать/выключать внешние устройства по расписанию
На модуле выведена гребёнка контактов. Для удобного использования контакты расположены с двух сторон платы.

Теперь немного о самом модуле.
построен он на микросхеме DS3231N.
Резисторная сборка RP1 (4.7 кОм),

необходима для подтяжки линий 32K, SQW, SCL и SDA (кстати, если используется несколько модулей с шиной I2C, необходимо выпаять подтягивающие резисторы на других модулях).
Вторая сборка резисторов, необходима для подтяжки линий A0, A1 и A2, необходимы они для смены адресации микросхемы памяти AT24C32N.
Резистор R5 и диод D1, служат для подзарядки батареи.
Микросхема памяти EEPROM AT24C32N .
Резистор R1 и светодиод Power, работают как индикатор, показывая, что модуль включен.
Модуль DS3231 RTC Arduino связывается с Arduino по шине I2C(TWI), для удобства монтажа они выведены с двух сторон модуля, J1 и J2.

Питание DS3231 RTC Arduino
Если модуль питается от платы Arduino, то он не использует батарею на модуле.
При питании от батарейки модуль отслеживает дату и время, но не работает с шиной I2C.
При отсутствии обоих источников питания модуль прекращает работать и сбрасывает все данные в заводские настройки.
С резервной батарейкой часы способны проработать несколько лет.

Группы контактов — J1
• 32K: выход генератора, частота 32 кГц
• SQW: Выход прямоугольного(Square-Wave) сигнала.
• SCL: Serial CLock — шина тактовых импульсов интерфейса I2C
• SDA: Serial Data — шина данных интерфейса I2C;
• VCC: «+» питание модуля
• GND: «-» питание модуля

Группы контактов — J2
• SCL: линия тактирования (Serial CLock)
• SDA: линия данных (Serial Data)
• VCC: «+» питание модуля
• GND: «-» питание модуля

Подключение модуля DS3231 RTC Arduino к шине I2C
(например, для Arduino UNO, Nano, Pro Mini):
SCL → A5
SDA → A4
VCC → +5 В
GND → земля
Подключение происходит по двухпроводной шине I2C(TWI)
Выводы SDA и SCL подключаются к аналогичным выводам на Arduino Питание VCC к +5 Вольт, а GND к GND на плате Arduino

Пины SDA и SCL на разных платах Arduino:
SDA SCL
UNO A4 A5
Mini A4 A5
Nano A4 A5
Mega2560 20 21
Leonardo 2 3

Для работы необходимо установить библиотеку DS3231

После установки откройте пример из библиотеки

или запустите пример установки даты и времени из скаченной папки. Это тот же пример, но с комментариями на русском языке и добавлено измерение температуры.

Загрузите скетч в плату, после чего откройте монитор последовательного порта (Ctrl+Shift+M).
Вы увидите неправильные данные, но не переживайте – это потому, что для работы надо установить календарь и время самостоятельно. Это делается один раз, при включении. И потребуется ещё раз только если разрядится батарея.

Ну вот и всё. DS3231 RTC Arduino очень простой и интересный модуль.

В ближайшее время я напишу статью как подружить этот модуль с 4-х разрядным, семисегментным индикатором с контроллером TM1637, 4 цифры, двоеточие.
LED TM1637

Подписывайтесь и не пропустите новые интересные статьи и описания различных модулей.

Автор: Сергей · Опубликовано 16.01.2017 · Обновлено 27.09.2019

Модуль DS3231 (RTC, ZS-042) — представляет собой недорогую плату с чрезвычайно точными часами реального времени (RTC), с температурной компенсацией кварцевого генератора и кристалла. Модуль включает в себя литиевую батарею, которая поддерживает бесперебойную работу, даже при отключении источник питания. Интегрированный генератор улучшить точность устройства и позволил уменьшить количество компонентов.

Технические параметры

► Напряжение питания: 3.3В и 5В
► Чип памяти: AT24C32 (32 Кб)
► Точность: ± 0.432 сек в день
► Частота кварца:32.768 кГц
► Поддерживаемый протокол: I2C
► Габариты: 38мм x 22мм x 15мм

Общие сведения

Большинство микросхем, таких как DS1307 используют внешний кварцевый генератор частотой 32кГц, но в них есть существенный недостаток, при изменении температуры меняется частота кварца, что приводит к погрешности в подсчете времени. Эта проблема устранена в чипе DS3231, внутрь которого установили кварцевый генератор и датчик температуры, который компенсирует изменения температуры, так что время остается точным (при необходимости, данные температуры можно считать). Так же чип DS3231 поддерживает секунды, минуты, часы, день недели, дата, месяц и год информацию, а так же следит за количеством дней в месяце и делает поправку на високосный год. Поддерживает работу часов в двух форматов 24 и 12, а так-же возможно запрограммировать два будильника. Модуль работает по двух проводной шине I2C.

Теперь немного о самом модуле, построен он на микросхеме DS3231N. Резисторная сборка RP1 (4.7 кОм), необходима для подтяжки линий 32K, SQW, SCL и SDA (кстати, если используется несколько модулей с шиной I2C, необходимо выпаять подтягивающие резисторы на других модулях). Вторая сборка резисторов, необходима для подтяжки линий A0, A1 и A2, необходимы они для смены адресации микросхемы памяти AT24C32N. Резистор R5 и диод D1, служат для подзарядки батарее, в принципе их можно выпаять, так как обычной батарейки SR2032 хватает на годы. Так же установлена микросхема памяти AT24C32N, это как бы бонус, для работы часов RTC DS3231N в ней нет необходимости. Резистор R1 и светодиод Power, сигнализируют о включении модуля. Как и говорилось, модуль работает по шине I2C, для удобства эти шины были выведены на два разъема J1 и J2, назначение остальных контактов, можно посмотреть ниже.Назначение J1
► 32K: выход, частота 32 кГц
► SQW: выход
► SCL: линия тактирования (Serial CLock)
► SDA: линия данных (Serial Dфta)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля Назначение J2
► SCL: линия тактирования (Serial CLock)
► SDA: линия данных (Serial Data)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля

Немного расскажу, о микросхеме AT24C32N, это микросхема с 32к памятью (EEPROM) от производителя Atmel, собранная в корпусе SOIC8, работающая по двухпроводной шине I2C. Адрес микросхемы 0x57, при необходимости легко меняется, с помощью перемычек A0, A1 и A2 (это позволяет увеличить количество подключенных микросхем AT24C32/64). Так как чип AT24C32N имеет, три адресных входа (A0, A1 и A2), которые могут находится в двух состояния, либо лог «1» или лог «0», микросхеме доступны восемь адресов. от 0x50 до 0x57.

Подключение DS3231 к Arduino

Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Часы реального времени на DS3231, RTC, SPI, AT24C32 x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.

Подключение:
В данном примере буду использовать только модуль DS3231 и Arduino UNO R3, все данные будут передаваться в «Мониторинг порта». Схема не сложная, необходимо всего четыре провода, сначала подключаем шину I2C, SCL в A4 (Arduino UNO) и SDA в A5 (Arduino UNO), осталось подключить питание GND к GND и VCC к 5V (можно записать и от 3.3В), схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.

Библиотеки работающий с DS3231 нет в среде разработке IDE Arduino, необходимо скачать «DS3231 » и добавить в среду разработки Arduino.

Установка времени DS3231
При первом включении необходимо запрограммировать время, откройте пример из библиотеки DS3231 «Файл» —> «Примеры» —> «DS3231» —> «Arduino» —> «DS3231_Serial_Easy», или скопируйте код снизу

Arduino UNO или иная совместимая плата;
модуль ZS-042 с часами реального времени DS3231;
модуль с часами реального времени DS1307;
соединительные провода (рекомендую вот такой набор);
макетная плата (breadboard);
персональный компьютер со средой разработки Arduino IDE.

1 Подключение к Arduino модуля ZS-042 с часами реального времени DS3231

Модуль ZS-042 с часами реального времени (RTC ) имеет следующие характеристики:

Календарь до 2100 года с отсчётами секунд, минут, часов, числа месяца, месяца, дня недели и года (с учётом високосных годов);
12- или 24-часовой формат;
2 будильника;
напряжение питания: 3,3 или 5 В;
точность: ± 0.432 сек в день;
внутренний кварцевый генератор с частотой 32768 Гц;
поддерживаемый протокол: I2C со скоростью от 100 до 400 кГц;
габариты: 38×22×15 мм;
диапазон рабочих температур −40…+85°C.

На модуле присутствуют: микросхема таймера реального времени DS3231 (1 на рисунке), микросхема памяти AT24C32 объёмом 32 кбит (2 на рисунке), места для трёх перемычек A0, A1 и A2 (3 на рисунке), с помощью которых можно менять адресацию памяти микросхемы памяти; место для батареи питания размером 2032 (4 на рисунке).

Внешний вид модуля ZS-042

Назначение выводов модуля такое:

Название	Назначение
32K	выход генератора 32 кГц;
SQW	выход прямоугольного сигнала; частота задаётся с помощью регистра управления 0x0E и может составлять 1, 1024, 4096 или 8192 Гц;
SCL	шина тактовых импульсов интерфейса I2C;
SDA	шина данных интерфейса I2C;
VCC	питание – 3,3 или 5 вольт;
GND	земля.

С противоположной стороны модуля выводы SCL, SDA, питание и земля дублируются. На выходе 32K постоянно присутствует сигнал с встроенного кварцевого генератора:

Сигнал на выходе 32K модуля ZS-042

Теперь нужно подключить модуль к Arduino. Мы уже знаем, что линия SDA нужно подключать к пину A4 Arduino UNO и Nano, а линию SCL – к пину A5. Для питания возьмём выход 5V платы Arduino, землю модуля соединим с землёй Arduino.

Схема подключения модуля ZS-042 с таймером DS3231 к Arduino

Вот как это выглядит вживую:

Модуль ZS-042 с таймером DS3231 подключён к Arduino

Рассмотрим диаграммы записи и чтения для таймера реального времени DS3231:

Обзор передачи данных по последовательной шине I2C Диаграмма записи и диаграмма чтения таймера реального времени DS3231

Как видно, тут всё стандартно для интерфейса I2C. Осталось только узнать, какие регистры за что отвечают, и мы будем готовы начать обмен данными с таймером DS3231. А вот и карта регистров:

Карта регистров таймера реального времени DS3231

Первым делом нужно выставить дату и время. А затем нужно будет только читать значение времени и календаря. Расширенные функции – установка будильников и т.д. – всё это делается аналогично, поэтому останавливаться на этом не будем. Итак, чтобы выставить дату и время, нас интересуют регистры 0x00…0x06. Для записи значений в них, нужно послать команду записи, указать начальный адрес (0x00), а дальше – 7 байтов, сформированных для нужной даты и времени. Например, чтобы записать дату 02 января 2019 года, среда, и время 17 час 30 мин 02 сек, нужно отправить ведомому устройству с I2C адресом 0x68 массив: 00 02 30 17 03 02 01 19. Скетч, который реализует это, будет таким:

Вот как выглядит диаграмма записи этого массива в память таймера реального времени DS3231:

Диаграмма выставления времени на RTC DS3231

Таймер запомнит выставленную дату и время. Если подключена батарейка, то данные будут храниться в памяти устройства до сброса или до полного разряда батареи, ведь в этом и есть назначение устройств такого рода. Давайте теперь будем с периодом 1 секунда читать значение времени и выводить в монитор последовательного порта. Для этого напишем вот такой скетч:

Скетч для чтения времени с часов DS3231 (разворачивается)

Обратите внимание, что каждую итерацию цикла loop() мы записываем адрес регистра 0x00. Если этого не делать, то мы будем каждый раз сдвигаться по карте регистров на 7 позиций, и возвращаемые данные будут совсем не те, что мы ожидаем.

Вот как выглядит в мониторе последовательного порта результат работы данного скетча:

Вывод даты и времени в монитор последовательного порта

А вот так выглядит временная диаграмма, порождаемая работой этого скетча:

Временная диаграмма чтения регистров времени DS3231

Напоследок давайте немного усложним нашу программу и будем читать также значение температуры:

Скетч для чтения времени и температуры с часов DS3231 (разворачивается)

Вот как теперь выглядит вывод нашей программы:

Вывод даты, времени и температуры в монитор последовательного порта

Само собой, в интернете полно библиотек для Arduino, которые упрощают работу с часами реального времени DS3231 и модулем ZS-042 в частности. Они делают всю рутинную работу, и вам не нужно будет разбираться с картой регистров и проводить манипуляции с перестановкой полученных байтов, чтобы получить удобочитаемое значение времени. В конце статьи дана ссылка на скачивание архива, в котором лежат несколько библиотек для работы с часами реального времени DS3231 и DS1307.

2 Подключение к Arduino модуля с часами реального времени DS1307

Таймер DS1307 в отличие от DS3231 проще по функциональности: он имеет меньше регистров, не имеет встроенного датчика температуры и встроенного генератора тактовой частоты. Не имеет он также и функции будильника. Шина I2C функционирует только на частоте 100 кГц. Модуль с часами реального времени DS1307 может выглядеть вот так:

Внешний вид модуля с часами реального времени DS1307

Здесь номером 1 обозначена микросхема собственно таймера DS1307, номер 2 – микросхема памяти AT24C32 объёмом 32 кбит, 3 – кварцевый резонатор с частотой 32,768 кГц, 4 – держатель для батареи типа 2032.

На модуле имеются две группы контактов: P1 и P2. Группа P2 имеет стандартные выводы для шины I2C, плюс дополнительный вывод DS, к которому можно подключить внешний датчик температуры DS18B20. Группа P1 имеет большее число контактов:

Название	Назначение вывода
SQ	Выход прямоугольного сигнала 30 кГц;
DS	подключение внешнего датчика температуры DS18B20;
SCL	шина тактирования интерфейса I2C;
SDA	шина данных интерфейса I2C;
VCC	питание модуля – 3.3 или 5 вольт;
GND	земля;
BAT	вход питания от внешней батареи с напряжением в диапазоне 2,0…3,5 В.

Подключение этого модуля к Arduino осуществляется абсолютно так же, как и рассмотренного ранее: VCC модуля – 5V Arduino, GND – GND, SDA – A4, SCL – A5.

Теперь пришла пора познакомиться с устройством регистров часов DS1307. Карта регистров приведена на рисунке:

Карта регистров часов реального времени DS1307

Если присмотреться, увидим, что регистры 0x00…0x06 в точности совпадают с аналогичными регистрами рассмотренного таймера DS3231, а регистр 0x07 отвечает за частоту генерируемого прямоугольного сигнала. Кроме того, I2C адрес DS1307 также аналогичен адресу модуля DS3231. Поэтому логично предположить, что скетч установки времени подойдёт и здесь. В этом легко убедиться, если загрузить скетч в Arduino с подключённым модулем DS1307. Не забудьте только обновить установочный массив в соответствии с временем, которое будете выставлять на часах. Пример разобран в предыдущем разделе.

Скетч вывода времени также будет работать с этим модулем. После установки времени загрузим скетч и проверим это. Всё работает!

Модуль с таймером DS1307 подключён к Arduino

Библиотеки для работы с часами реального времени DS1307 и DS3231

В приложенном архиве лежат две разные библиотеки для Arduino (используйте ту, которая будет вам наиболее удобна), а также технические описания (datasheet) на микросхемы DS1307 и DS3231.

Установка библиотек проводится стандартным способом: помещением директории с библиотекой в директорию libraries среды Arduino > Include Library. Проще всего начать знакомство с библиотекой с изучения примеров, которые появятся в меню File Examples после установки библиотеки. Там имеются примеры и установки времени, и чтения показаний часов.