Отличительные особенности:

• Точность ±2 ppm в диапазоне температур от 0°C до +40°C
• Точность ±3.5 ppm в диапазоне температур от-40°C до +85°C
• Вход для подключения автономного источника питания, позволяющего обеспечить непрерывную работу
• Рабочий температурный диапазон коммерческий: от 0°C до +70°C индустриальный: -от 40°C до +85°C
• Низкое потребление
• Часы реального времени, отсчитывающие секунды, минуты, часы, дни недели, дни месяца, месяц и год с коррекцией високосного года вплоть до 2100
• Два ежедневных будильника
• Выход прямоугольного сигнала с программируемой частотой
• Быстродействующие (400 кГц) I 2 C интерфейс
• 3.3 В питание
• Цифровой температурный датчик с точностью измерения ±3°C
• Регистр, содержащий данные о необходимой подстройке
• Вход/выход сброса nonRST

Применение:

• Серверы
• Электронные электросчетчики
• Телематическая аппаратура
• GPS системы

Типовая схема включения DS3231:

Общее описание:

DS3231 - высокоточные часы реального времени (RTC) со встроенными I 2 C интерфейсом, термокомпенсированным кварцевым генератором (TCXO) и кварцевым резонатором. Прибор имеет вход для подключения резервного автономного источника питания, позволяющего осуществлять хронометрирование и измерение температуры даже при отключенном основном напряжении питания. Встроенный кварцевый резонатор повышает срок службы прибора и уменьшает необходимое количество внешних элементов. DS3231 доступен в модификациях с коммерчески и индустриальным рабочим температурным диапазоном и упакован в 300 mil 16 контактный SO корпус.

RTC обеспечивает отсчет секунд, минут, часов, дней недели, дней месяца и года. Дата конца месяца определяется автоматически с учетом високосного года. Часы реального времени работают в 24 или 12- часовом формате с индикацией текущей половины суток (AM/PM). Прибор имеет два ежедневных будильника и выход прямоугольного сигнала с программируемой частотой. Обмен данными с прибором ведется через встроенный последовательный I 2 C совместимый интерфейс.

Зачем всё это нужно?

60сек * 60мин *24 часа * 365 дней = 31 536 000 секунд в году.

На каждый из этих миллионов 2 секунды может уходить в ту или иную сторону. 31,5 миллион делим на миллион и умножаем на 2: получаем 63 секунды в год (максимум). Приемлемый вариант? Весьма. Но 1 раз в полгода я бы синхронизировал время, чтобы оно укладывалось в 1 минуту.

Какими способами вообще можно устанавливать время на часах модуля?

Традиционно, начиная с модуля DS3107, время устанавливалось при помощи скетча для Arduino из числа примеров использования библиотеки. Алгоритм такой: открываем скетч, жмём «компилировать и закачать», и при первом запуске контроллера время устанавливается. Остался вопрос: какое время? Откуда Arduino может узнать, какое именно время устанавливать? А очень просто – время компиляции скетча. Однако с таким подходом я вижу несколько недостатков:

• время компиляции зависит от «мощи» компьютера;
• время закачивания зависит от скорости передачи скомпилированного скетча в плату Arduino;
• закачанный скетч – «одноразовый» (устаревает сразу же после закачивания в Arduino).

Как можно «извернуться», чтобы обойти эти ограничения? Ну, например, зная (экспериментально установив) время компилирования, можно «загнать» часы на компьютере на это время вперёд. Потом запустить компиляцию, прошить плату, и время установится. Плюс метода – относительная простота. Минусы – относительно неудобно, относительно неточно, одноразовый способ.

Что ещё можно придумать? Можно, например, выставлять требуемое время в скетче вручную, предусмотреть кнопку, нажатие на которую в нужный момент выставит «руками» указанное время, например, через 2 минуты от текущего момента: пока «зальётся» скетч, пока подготовимся отследить вручную тот самый нужный момент нажатия кнопки, как раз та пара минут и пройдёт. А дальше, глядя на часы в компьютере, дожидаться «того самого» момента, чтобы нажать кнопку. Плюсы – сложнее предыдущего способа, но всё ещё относительно просто, однако точнее, чем первый способ. Минусы – этот способ ещё неудобнее, дольше, всё равно скетч «одноразовый».

Кто виноват и что делать?

Задав себе эти два риторических вопроса, я полез в Интернет искать, кто уже написал синхронизацию времени модуля часов с компьютером. И, как известно, кто ищет – тот всегда находит. Нашёлся вариант с . В теории всё просто: обычный «батник» парсит текущее полное время, полученное «первым» способом (потому что кроме самого времени нужна ещё и дата), увеличивает время на 2 секунды, и «гоняет» пустой цикл до момента, когда настанет это новое, «плюс_две_секундное», время, чтобы «вышвырнуть» данные в COM порт. Причём «новое плюс_две_секундное» время отслеживается другим способом (через %time%, если кому интересно). Но о «косяках» такого решения позже. Данные, «вышвырнутые» в COM порт, Arduino парсит и после этого устанавливает время в модуле. Вроде всё просто, логично и удобно. Но есть очень нехорошее слово «НО». Всё это писал вроде бы немец, и региональные стандарты в Windows у него отличаются от «наших», а в частности, дробная часть отделяется точкой, а не запятой. При запуске с отечественными региональными стандартами «батник» не работает, потому что в нём время выхода из пустого цикла описывается условием сравнения с XX:XX:XX.xxx. Ну так надо вместо точки поставить запятую – и всё, «я всё починил». А вот и не всё (можете проверить, кто ещё помнит, что за такое зло – программировать в «батниках»). Нужно исправлять «батник» более серьёзно. И я его исправил, используя «маты-перематы» и «мануалку» для DOS. «Батник» исправил, но скетч всё равно не работал – время не устанавливалось. То есть данные в порт слались, Arduino их видел, но «что-то пошло не так».

Давайте взглянем, что шлёт «батник» в Arduino и в каком формате (справочно).

Case 83: //S = second case 68: //D = Minute (Daghigheh in Persian) case 72: //H = Hour case 84: //T = Day Of Month (Tag in German) case 77: /// M = Month case 74: /// J = Year (Jahr in German)
Данные шлются в формате S**~D**~H**~T*~M**~J****~, где ~ - 2 байта перевода каретки. Итого, 31 байт. Вроде немного, пришлются данные быстро.

Однако есть и неудобство – как видим, не шлётся день недели. Только день месяца. Для реализации часов с будильниками, зависящими от дней недели, будет «косяк». День недели придётся выставлять «ручками» в скетче, что опять намекает на некоторую «одноразовость» скетча, его неполноценность.

Складывая факторы – неполноценность скетча «с завода», его отказ нормально работать, необходимость исправления «батника» для «наших» широт – я решил разрабатывать всё свое. А раз так, то я могу устранять недостатки и оптимизировать формат данных.

Software и hardware.

Для того, чтобы всё заработало, нужны 2 составляющие: программа для Windows и аппаратно-программная связка Arduino.

Сначала общие данные по протоколу обмена. Коль скоро я стал волен выбирать формат данных для пересылки, я решил, что пересылка 31 байта информации не рациональна, и сократил передаваемые данные до 4 байт. И что, хватило? Что можно поместить в 4 байта? Да, хватило. Поместилось все, что надо. Уверен, многие догадались, что это за 4 байта. Кто не догадался – процитирую фрагмент статьи из Википедии:

UNIX-время (POSIX-время) - система описания моментов во времени, принятая в UNIX и других POSIX-совместимых операционных системах. Определяется как количество секунд, прошедших с полуночи (00:00:00 UTC) 1 января 1970 года (четверг).
UNIX-время представлено целым числом, которое увеличивается с каждой прошедшей секундой без необходимости вычислений для определения года, месяца, дня, часа или минуты для удобства восприятия человеком. Современное UNIX-время согласуется с UTC - отсчет происходит в секундах СИ.

Итак, целое число, хранящее UNIX время, занимает 4 байта, чего хватит до 2 147 483 648 секунд. А потом возможны потенциальные проблемы. Почему потенциальные? Потому что это порог, при достижении которого число может быть интерпретировано, как отрицательное (что и с айфонами многих любопытных товарищей в своё время). Может, но не обязательно будет – зависит от того, растут ли руки программистов из места, предусмотренного природой. Указанное число секунд соответствует 03:14:08 19-янв-2038. До этого времени можно неспешно переходить на 64-битную версию ОС, где время станет храниться в 8-байтной переменной, чего без проблем хватит на следующие 292 миллиарда лет. Существует вероятность, что на наш век этого хватит. А потом придётся обновляться до 128-битной версии UNIX.

Какие проблемы я решил, придя к такому варианту? Первое, сильно снизил количество передаваемых байт, что на миллисекунды увеличивает точность установки времени. Здорово, правда? И второе: я (вероятно) облегчил совместимость с Linux. К моему стыду, я никак не могу привыкнуть к Linux, и пользуюсь в основном только Windows. Для этой самой Windows я могу написать программу пересылки, а для Linux – нет. Но полагаю, что в Linux можно получить значение UNIX-времени намного легче, чем в Windows, и переслать это число в COM порт.

Никаких дополнительных данных, вроде дня недели и так далее, передавать не требуется. Только UNIX время. Всё остальное делается в Arduino.

Теперь немного конкретики непосредственно о первой составляющей – программе для Windows. Программа написана в старой-доброй Delphi. При запуске всплывающее окно просит выбрать COM порт для отправки данных. Выбираем. Остальные настройки следует оставить «дефолтными».

Как работает программа? Она пересчитывает из формата времени Windows данные для формата UNIX, то есть число секунд с полуночи 1 января 1970 года. Затем добавляет 3 секунды и «впадает» в пустой цикл (очевидно, длительностью уже менее тех самых добавочных 3 секунд), выход из которого происходит в нужное количество секунд, как можно ближе к 000 миллисекундам. Иначе говоря, отслеживается наступление самого начала той секунды времени, значение которого должно будет переслаться в Arduino. Согласитесь, пересылать данные о том, что, например, сейчас XXXXXXXXX5 секунд тогда, когда на самом деле уже, например, XXXXXXXXX5 и 756 тысячных (например) секунд, было бы не правильным. Именно для этого нужно отслеживать самое начало секунды для старта передачи данных. После передачи данных программа дружелюбно сообщает статус «Done:)». На этом миссия программы завершается.

Вторая составляющая – аппаратно-программная часть – Arduino. Существует 2 разновидности «железа» для этого проекта: «полная» версия с экраном и кнопкой, и «урезанная» версия для быстрой установки времени модуля, собранная из «г**на и палок». Про их отличия – ниже. «Полная» версия состоит из Arduino Nano, экрана 1602 с «переходником» с I2C в экран, опциональной кнопкой ресета Arduino и пин-хедера(female) для подключения модуля часов. Также, опционально, из корпуса девайса с «няшной» наклейкой. «Урезанная» версия состоит из Arduino (Uno, Nano, Pro Mini + «правильный» переходник на USB с DTR) и 4 проводов для подключения модуля часов.

Как видно из схем, «полная» версия, в дополнение к «урезанной», содержит кнопку для reset"а и экран 1602 с «переходником». Обе версии абсолютно одинаковы по основному функционалу – устанавливать время. Экран нужен лишь для отображения этапов процесса и, по окончании процесса установки времени, отображения свежеустановленных времени, даты и дня недели. Причём данные к тому времени будут уже считываться из самого модуля часов. В «урезанной» версии роль экрана выполняет встроенный в плату Arduino светодиод: по окончании процесса установки нового времени он начнет светиться. Вот и вся индикация.

Для чего же кнопка ресет? Для того, что в полной версии после установки времени Arduino войдёт в бесконечный цикл по отображению того самого свежеустановленного времени, то есть, по сути, станет часами. Причём часами, сделанными на скорую руку, в связи с чем они не смогут заменить нормальные часы в силу нескольких причин (выборка секунд реализована через delay, пропадёт отображение времени при отключении питания). Ведь цель – убедиться, что время синхронизировано верно, не более того. Следовательно, для синхронизации следующего модуля часов без ресета не обойтись (точнее, можно обойтись, если «передёрнуть» USB кабель). Другими словами, назначение кнопки – сугубо утилитарное. При желании, можно обойтись и без неё.

Как же прошивать Arduino, ведь версии «железа» две, а скетч один? Для компиляции «правильной» версии прошивки в заголовке скетча нужно установить желаемое значение параметра fullVersion: true для «полной» версии, или false - для «урезанной». Компилятор таким образом определит, для какой версии «железа» компилировать прошивку.

Итак, схема подключения есть, нужен код скетча. Обратите внимание, что для нормальной работы скетча с «полной» версией нужна библиотека LiquidCrystal I2C by Frank de Brabander (устанавливается из репозитория при помощи Менеджера Библиотек). Также нужна библиотека для поддержки модуля часов, причём не любая:). Качать здесь: . С библиотеками разобрались.

Вот код скетча:

//======================================== настройка, доступная для изменения ======================================== #define fullVersion true //true = "полная" версия с экраном; false = "урезанная" версия со встроенным светодиодом //================================= используемые библиотеки и объявление переменных ================================== #include #include #if (fullVersion) #include #endif unsigned long t1 = 0; //переменная для полученного времени unsigned long t2 = 0; //переменная для полученного времени byte b; //буфер для получения данных из COM порта #if (fullVersion) byte day = 0; #endif DS3231 clock; RTCDateTime dat1; #if (fullVersion) LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,16,2); //китайси полюбили новый адрес для "переходников" с i2c в экран #endif //==================================================================================================================== void setup(){ #if (!fullVersion) //актуально только для "урезанной" версии - начало участка кода pinMode(13, OUTPUT); digitalWrite(13,LOW); #endif //актуально только для "урезанной" версии - конец участка кода clock.begin(); Serial.begin(9600); #if (fullVersion) //актуально только для "полной" версии - начало участка кода lcd.init(); lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("COMport 9600 8N1"); //подсказка, какие параметры COM порта выбирать в программе lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Ready to sync"); //сообщение статуса - готовы к синхронизации delay(1000); #endif //актуально только для "полной" версии - конец участка кода } void loop(){ if (Serial.available()){ //если есть "порох в пороховницах" COM порта Serial.readBytes(b,4); //считаем все 4 байта (другого мы и не ждём) t1=b; t2=(t1<<24); //поместить значение байта в 4-байтную переменную и передвинуть его на 3 байта влево t1=b; t2+=(t1<<16); //поместить значение байта в 4-байтную переменную и передвинуть его на 2 байта влево t1=b; t2+=(t1<<8); //поместить значение байта в 4-байтную переменную и передвинуть его на 1 байт влево t2+=b; //поместить значение байта в 4-байтную переменную clock.setDateTime(t2); //установить полученное время на DS3231 #if (fullVersion) //актуально только для "полной" версии - начало участка кода lcd.clear(); lcd.setCursor(0,0); lcd.print("Done:) : :"); while (true){ //начало бесконечного цикла по отображению свежеустановленных времени и даты dat1 = clock.getDateTime(); if (dat1.day != day){ day = dat1.day; lcd.setCursor(0,1); if (dat1.day < 10) lcd.print("0"); lcd.print(day); lcd.print("-"); switch (dat1.month){ //выбираем буквенное соответствие месяца по цифре case 1:{ lcd.print("Jan"); break; } case 2:{ lcd.print("Feb"); break; } case 3:{ lcd.print("Mar"); break; } case 4:{ lcd.print("Apr"); break; } case 5:{ lcd.print("May"); break; } case 6:{ lcd.print("Jun"); break; } case 7:{ lcd.print("Jul"); break; } case 8:{ lcd.print("Aug"); break; } case 9:{ lcd.print("Sep"); break; } case 10:{ lcd.print("Oct"); break; } case 11:{ lcd.print("Nov"); break; } case 12:{ lcd.print("Dec"); break; } default:{ lcd.print("???"); break; } }//switch month lcd.print("-"); lcd.print(dat1.year); lcd.print(" "); switch(dat1.dayOfWeek){ //выбираем буквенное соответствие дня недели по цифре case 1:{ lcd.print("Mon"); break; } case 2:{ lcd.print("Tue"); break; } case 3:{ lcd.print("Wed"); break; } case 4:{ lcd.print("Thu"); break; } case 5:{ lcd.print("Fri"); break; } case 6:{ lcd.print("Sat"); break; } case 7:{ lcd.print("Sun"); break; } default:{ lcd.print("???"); break; } }//switch dayOfWeek }//if date changed lcd.setCursor(8,0); if (dat1.hour < 10) lcd.print("0"); lcd.print(dat1.hour); lcd.setCursor(11,0); if (dat1.minute < 10) lcd.print("0"); lcd.print(dat1.minute); lcd.setCursor(14,0); if (dat1.second < 10) lcd.print("0"); lcd.print(dat1.second); delay(995); }//while #else //актуально только для "урезанной" версии - начало участка кода digitalWrite(13, HIGH); delay(3000); digitalWrite(13, LOW); #endif //актуально только для "полной" версии - конец участка кода }//if Serial }//loop

Пара фото «полной» версии готового девайса.

Ну и, наконец, видео работы девайса «в бою»:

Где скачать скетч и программу?

Скетч качать (Dropbox).
Программу для Windows качать (Dropbox).

«Плюсы» и «минусы».

Сформулировать «плюсы» и «минусы» в данном случае тяжело. Следовательно, каждый решает для себя сам, что – хорошо, а что – плохо.

Итого.

Мне очень понравилось, как теперь устанавливается время в модулях! При необходимости установить время мне не приходится вспоминать каждый раз, какой же там скетч мне нужен и задумываться, насколько точно будет установлено время в модуле. Более того, скоро будет обзор самодельных часов, куда я встроил такой метод синхронизации – настолько метод мне понравился. Надеюсь, кому-то из читателей метод также придётся кстати.

Проект - свободный, некоммерческий. Каждый вправе использовать данные из обзора в любых целях, кроме коммерческих.

Всем добра.

Планирую купить +48 Добавить в избранное Обзор понравился +60 +114

Этот обзор для начинающих радиолюбителей (любителей паять), для тех, кому интересен сам процесс. Можете оценить своё умение. Чип DS3231- это часы реального времени (RTC) с интегрированным кварцевым генератором и термокомпенсацией.

Это, конечно не пайка осциллографа. Уровень ниже. Но занятие интересное.
Пробежимся по-быстрому, в каком виде всё пришло.


Содержимое было в двух пакетиках. Стандартные пакеты с замком. Маленький пакетик с мелочёвкой был внутри большого.


В комплекте были:
- В качестве корпуса две пластины из полупрозрачного пластика (тонированные и защищённые плёнкой от царапин).
- Плата (очень высокого качества).


Две матрицы.

С лицевой стороны они защищены плёнкой. Ножки были защищены пористым полиэтиленом.


USB кабель длиной около метра.


Высыпал всё, что осталось.


Поделил на две части.
Винты с гайками.


И то, что придётся паять.


Панелька для литиевой батарейки весьма редкого формата CR1220, ртутный датчик положения, пара транзисторов, электролитические конденсаторы, стабилизатор AMS1117 (3,3В), SMD конденсаторы и резисторы (10K), 3 кнопки, USB разъем, пищалка.
Самое важное - контроллер STC 15w1k24s и высокоточный чип DS3231. Упакованы были в очень жёсткий блистер, помять очень сложно.


Схемы не было. Тем не менее, вопросов не возникло, всё понятно.
Все детали на плате не только подписаны, но и (условно) нарисованы.
Всё просто.
Но сначала подготовился.


Начал с того, что припаял две самые сложные (я так думал) микросхемы. Спозиционировал и прихватил в двух местах (диаметрально противоположных). А уж затем припаял как следует. Не забываем придерживать, чтобы не «уехали».


Затем стабилизатор.


Транзистор.


Четыре SMD резистора и два SMD конденсатора. Спозиционировать и прихватить с одного края оказалось не так просто (нужна сноровка). А у меня её мало:).


Два электролита.


USB разъем.


Панельку для литиевой батарейки.


Пищалку. Не забываем про плюс и минус. После пайки откусил ножки под самое не хочу, чтоб не мешали в последствии при пайке матриц.


Ртутный датчик положения.


3 кнопки.


И, наконец, матрицы. Обратите внимание на ориентацию. Это верх (пищалка будет слева).


Вот что получилось.


Правда, остались запчасти (на случай потери, наверное): один транзистор, два сопротивления и конденсатор.


Отмываю от флюса.
Проверяю.
Они работают!
Снимаю защитные плёнки.

Собираю.

После включения часы поздравили с Новым Годом.


Не мудрено, на часах 1 января 2000 года 00 часов 01 минута.


Не обращайте внимание на разноцветость матрицы. Частота обновления «экрана» соизмерима с выдержкой фотоаппарата. Человеческий глаз видит всё в правильном красном цвете. Именно поэтому немного зашторил окна, когда снимал видео (чтобы увеличить выдержку).
Теперь надо настраивать.
У часов сзади три кнопки. Я их сам условно обозвал (сверху вниз):
1. Меню.
2. Плюс.
3. Минус.
Смотрите алгоритм настройки. При наличии часов в руках даже что не понятно, станет яснее ясного 
Для входа удерживаем верхнюю кнопку (меню) некоторое время. Далее работаем короткими нажатиями.

Кое-что поясню. Всего шесть меню. Переключаются по кругу. Можно кнопкой плюс, можно кнопкой минус.
TIME – настройка времени.
DATE – настройка даты.
ALAR – настройка будильника.
FONT – выбор шрифтов (всего 5 видов: тонкий широкий сглаженный…).
DISP – выбор алгоритма вывода информации (можно только часы, можно последовательно меняющуюся инфу: время, температура, дата, праздники бегущей строкой…).
MIDP – выбор вида разделительных точек.


На словах не всё просто объяснить. Я это подробно показал на видео (ссылка в конце).
А на этом видео (30 секунд) можно посмотреть алгоритм вывода инфы на матрицы (меню DISP тип2).

Важное замечание. Без литиевой батарейки после настройки время и дата сбиваются. Остальные настройки остаются в памяти.
Подключил к обычной зарядке. Замерил потребление.


USB -девайс при потреблении менее 50мА ничего не показывает (такая особенность).
Вывод: в режиме часы ток потребления менее 50мА, в режиме бегущая строка около 70мА. Не так то и много.
Замерил габариты: 105*85мм.
Цифры в стандартном отображении 20*30мм каждая.


Поставил перед телевизором.


Чуть не забыл про ртутный датчик положения.
Часы всегда будут показывать правильно, даже если их перевернуть «вверх ногами». Ртутный шарик либо замыкает, либо размыкает контакты. Соответственно контроллер меняет алгоритм вывода информации на матрицы.
Вот, в общем-то, и всё.
Пора подводить итоги.
Неплохой DIY комплект для проверки своих навыков начинающим радиолюбителям. Более того, это не просто набор для обучения, но и в итоге получились неплохие часы.
Для правильного вывода того, что написал, должно хватить.
Кому что-то неясно, задавайте вопросы. Надеюсь, хоть кому-то помог.
Удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +61 Добавить в избранное Обзор понравился +66 +122