RTC - DS1307/DS3231

 

I. Chip DS1307.

     DS1307 là chip đồng hồ thời gian thực (RTC : Real-time clock), khái niệm thời gian thực ở đây được dùng với ý nghĩa thời gian tuyệt đối mà con người đang sử dụng, tình bằng giây, phút, giờ…DS1307 là một sản phẩm của Dallas Semiconductor (một công ty thuộc Maxim Integrated Products). Chip này có 7 thanh ghi 8-bit chứa thời gian là: giây, phút, giờ, thứ (trong tuần), ngày, tháng, năm. Ngoài ra DS1307 còn có 1 thanh ghi điều khiển ngõ ra phụ và 56 thanh ghi trống có thể dùng như RAM. DS1307 được đọc và ghi thông qua giao diện nối tiếp I2C (TWI của AVR) nên cấu tạo bên ngoài rất đơn giản. DS1307 xuất hiện ở 2 gói SOIC và DIP có 8 chân như trong hình 1.

Hình 1. Hai gói cấu tạo chip DS1307.

       Các chân của DS1307 được mô tả như sau:
       - X1 và X2: là 2 ngõ kết nối với 1 thạch anh 32.768KHz làm nguồn tạo dao động cho chip.
       - V_BAT: cực dương của một nguồn pin 3V nuôi chip.
       - GND: chân mass chung cho cả pin 3V và Vcc.
       - Vcc: nguồn cho giao diện I2C, thường là 5V và dùng chung với vi điều khiển. Chú ý là nếu Vcc không được cấp nguồn nhưng VBAT được cấp thì DS1307 vẫn đang hoạt động (nhưng không ghi và đọc được).
       - SQW/OUT: một ngõ phụ tạo xung vuông (Square Wave / Output Driver), tần số của xung được tạo có thể được lập trình. Như vậy chân này hầu như không liên quan đến chức năng của DS1307 là đồng hồ thời gian thực, chúng ta sẽ bỏ trống chân này khi nối mạch.
       - SCL và SDA là 2 đường giao xung nhịp và dữ liệu của giao diện I2C mà chúng ta đã tìm hiểu trong bài TWI của AVR.
Có thể kết nối DS1307 bằng một mạch điện đơn giản như trong hình 2.

Hình 2. Mạch ứng dụng đơn giản của DS1307.

      Cấu tạo bên trong DS1307 bao gồm một số thành phần như mạch nguồn, mạch dao động, mạch điều khiển logic, mạch giao điện I2C, con trỏ địa chỉ và các thanh ghi (hay RAM). Do đa số các thành phần bên trong DS1307 là thành phần “cứng” nên chúng ta không có quá nhiều việc khi sử dụng DS1307. Sử dụng DS1307 chủ yếu là ghi và đọc các thanh ghi của chip này. Vì thế cần hiểu rõ 2 vấn đề cơ bản đó là cấu trúc các thanh ghi và cách truy xuất các thanh ghi này thông qua giao diện I2C. Phần này chúng ta tìm hiểu cấu trúc các thanh ghi trước và cách truy xuất chúng sẽ tìm hiểu trong phần 2, điều khiển DS1307 bằng AVR.
       Như tôi đã trình bày, bộ nhớ DS1307 có tất cả 64 thanh ghi 8-bit được đánh địa chỉ từ 0 đến 63 (từ 0x00 đến 0x3F theo hệ hexadecimal). Tuy nhiên, thực chất chỉ có 8 thanh ghi đầu là dùng cho chức năng “đồng hồ” (tôi sẽ gọi là RTC) còn lại 56 thanh ghi bỏ trông có thể được dùng chứa biến tạm như RAM nếu muốn. Bảy thanh ghi đầu tiên chứa thông tin về thời gian của đồng hồ bao gồm: giây (SECONDS), phút (MINUETS), giờ (HOURS), thứ (DAY), ngày (DATE), tháng (MONTH) và năm (YEAR). Việc ghi giá trị vào 7 thanh ghi này tương đương với việc “cài đặt” thời gian khởi động cho RTC. Việc đọc giá từ 7 thanh ghi là đọc thời gian thực mà chip tạo ra. Ví dụ, lúc khởi động chương trình, chúng ta ghi vào thanh ghi “giây” giá trị 42, sau đó 12s chúng ta đọc thanh ghi này, chúng ta thu được giá trị 54. Thanh ghi thứ 8 (CONTROL) là thanh ghi điều khiển xung ngõ ra SQW/OUT (chân 6). Tuy nhiên, do chúng ta không dùng chân SQW/OUT nên có thề bỏ qua thanh ghi thứ 8. Tổ chức bộ nhớ của DS1307 được trình bày trong hình 3.

Hình 3. Tổ chức bộ nhớ của DS1307.

      Vì 7 thanh ghi đầu tiên là quan trọng nhất trong hoạt động của DS1307, chúng ta sẽ khảo sát các thanh ghi này một cách chi tiết. Trước hết hãy quan sát tổ chức theo từng bit của các thanh ghi này như trong hình 4.

Hình 4. Tổ chức các thanh ghi thời gian.

      Điều đầu tiên cần chú ý là giá trị thời gian lưu trong các thanh ghi theo dạng BCD. BCD là viết tắt của cụm từ Binary-Coded Decimal, tạm dịch là các số thập phân theo mã nhị phân. Ví dụ bạn muốn cài đặt cho thanh ghi MINUTES giá trị 42. Nếu quy đổi 42 sang mã thập lục phân thì chúng ta thu được 42=0x2A. Theo cách hiểu thông thường chúng ta chỉ cần gán MINUTES=42 hoặc MINUTES=0x2A, tuy nhiên vì các thanh ghi này chứa giá trị BCD nên mọi chuyện sẽ khác, tôi sẽ diễn giải bằng hình 5.

Hình 5. Số BCD.

      Với số 42, trước hết nó được tách thành 2 chữ số (digit) 4 và 2. Mỗi chữ số sau đó được đổi sang mã nhị phân 4-bit. Chữ số 4 được đổi sang mã nhị phân 4-bit là 0100 trong khi 2 được đổi thành 0010. Ghép mã nhị phân của 2 chữ số lại chúng ta thu được mốt số 8 bit, đó là số BCD. Với trường hợp này, số BCD thu được là 01000010 (nhị phân) = 66. Như vậy, để đặt số phút 42 cho DS1307 chúng ta cần ghi vào thanh ghi MINUTES giá trị 66 (mã BCD của 42). Tất cả các phần mềm lập trình hay thanh ghi của chip điều khiển đều sử dụng mã nhị phân thông thường, không phải mã BCD, do đó chúng ta cần viết các chương trình con để quy đổi từ số thập nhị phân (hoặc thập phân thường) sang BCD, phần này sẽ được trình bày trong lúc lập trình giao tiếp với DS1307. Thoạt nhìn, mọi người đều cho rằng số BCD chỉ làm vấn đền thêm rắc rối, tuy nhiên số BCD rất có ưu điểm trong việc hiển thị nhất là khi hiển thị từng chữ số như hiển thị bằng LED 7 đoạn chẳng hạn. Quay lại ví dụ 42 phút, giả sử chúng ta dùng 2 LED 7-đoạn để hiện thị 2 chữ số của số phút. Khi đọc thanh ghi MINUTES chúng ta thu được giá trị 66 (mã BCD của 42), do 66=01000010 (nhị phân), để hiển thị chúng ta chỉ cần dùng phương pháp tách bit thông thường để tách số 01000010 thành 2 nhóm 0100 và 0010 (tách bằng toán tử shift “>>” của C hoặc instruction LSL, LSR trong asm) và xuất trực tiếp 2 nhóm này ra LED vì 0100 = 4 và 0010 =2, rất nhanh chóng. Thậm chí, nếu chúng ta nối 2 LED 7-đoạn trong cùng 1 PORT, việc tách ra từng digit là không cần thiết, để hiển thị cả số, chỉ cần xuất trực tiếp ra PORT. Như vậy, với số BCD, việc tách và hiển thị digit được thực hiện rất dễ dàng, không cần thực hiện phép chia (rất tốn thời gian thực thi) cho cơ số 10, 100, 1000…như trong trường hợp số thập phân.
     Thanh ghi giây (SECONDS): thanh ghi này là thanh ghi đầu tiên trong bộ nhớ của DS1307, địa chỉ của nó là 0x00. Bốn bit thấp của thanh ghi này chứa mã BCD 4-bit của chữ số hàng đơn vị của giá trị giây. Do giá trị cao nhất của chữ số hàng chục là 5 (không có giây 60 !) nên chỉ cần 3 bit (các bit SECONDS6:4) là có thể mã hóa được (số 5 =101, 3 bit). Bit cao nhất, bit 7, trong thanh ghi này là 1 điều khiển có tên CH (Clock halt – treo đồng hồ), nếu bit này được set bằng 1 bộ dao động trong chip bị vô hiệu hóa, đồng hồ không hoạt động. Vì vậy, nhất thiết phải reset bit này xuống 0 ngay từ đầu.
     Thanh ghi phút (MINUTES): có địa chỉ 0x01, chứa giá trị phút của đồng hồ. Tương tự thanh ghi SECONDS, chỉ có 7 bit của thanh ghi này được dùng lưu mã BCD của phút, bit 7 luôn luôn bằng 0.
      Thanh ghi giờ (HOURS): có thể nói đây là thanh ghi phức tạp nhất trong DS1307. Thanh ghi này có địa chỉ 0x02. Trước hết 4-bits thấp của thanh ghi này được dùng cho chữ số hàng đơn vị của giờ. Do DS1307 hỗ trợ 2 loại hệ thống hiển thị giờ (gọi là mode) là 12h (1h đến 12h) và 24h (1h đến 24h) giờ, bit6 (màu green trong hình 4) xác lập hệ thống giờ. Nếu bit6=0 thì hệ thống 24h được chọn, khi đó 2 bit cao 5 và 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giá trị giờ. Do giá trị lớn nhất của chữ số hàng chục trong trường hợp này là 2 (=10, nhị phân) nên 2 bit 5 và 4 là đủ để mã hóa. Nếu bit6=1 thì hệ thống 12h được chọn, với trường hợp này chỉ có bit 4 dùng mã hóa chữ số hàng chục của giờ, bit 5 (màu orangetrong hình 4) chỉ buổi trong ngày, AM hoặc PM. Bit5 =0 là AM và bit5=1 là PM. Bit 7 luôn bằng 0. (thiết kế này hơi dở, nếu dời hẳn 2 bit mode và A-P sang 2 bit 7 và 6 thì sẽ đơn giản hơn).
     Thanh ghi thứ (DAY – ngày trong tuần): nằm ở địa chĩ 0x03. Thanh ghi DAY chỉ mang giá trị từ 1 đến 7 tương ứng từ Chủ nhật đến thứ 7 trong 1 tuần. Vì thế, chỉ có 3 bit thấp trong thanh ghi này có nghĩa.
     Các thanh ghi còn lại có cấu trúc tương tự, DATE chứa ngày trong tháng (1 đến 31), MONTH chứa tháng (1 đến 12) và YEAR chứa năm (00 đến 99). Chú ý, DS1307 chỉ dùng cho 100 năm, nên giá trị năm chỉ có 2 chữ số, phần đầu của năm do người dùng tự thêm vào (ví dụ 20xx).
      Ngoài các thanh ghi trong bộ nhớ, DS1307 còn có một thanh ghi khác nằm riêng gọi là con trỏ địa chỉ hay thanh ghi địa chỉ (Address Register). Giá trị của thanh ghi này là địa chỉ của thanh ghi trong bộ nhớ mà người dùng muốn truy cập. Giá trị của thanh ghi địa chỉ (tức địa chỉ của bộ nhớ) được set trong lệnh Write mà chúng ta sẽ khảo sát trong phần tiếp theo, AVR và DS1307. Thanh ghi địa chỉ được tôi tô đỏ trong hình 6, cấu trúc DS1307.

Hình 6. Cấu trúc DS1307.

 II. AVR và DS1307.

      Phần này tôi hướng dẫn lập trình điều khiển và giao tiếp với DS1307 bằng AVR, dùng WinAVR. Do DS1307 hoạt động như một Slave I2C, bạn nhất thiết phải đọc lại “Bài 8 -  Giao tiếp TWI-I2C”, nhất là là 2 chế độ Master (Send và Reveive). Tôi sẽ không đề cập lại toàn bộ giao diện I2C nhưng tóm tắt cách thực hiện với AVR như sau: để thực hiện cuộc gọi ở chế độ Master, AVR sẽ gởi điều kiện START, tiếp theo là 7 bit địa chỉ Slave (SLA) +1 bit Write/Read, kế đến là quá trình đọc hay ghi dữ liệu giữa Master và Slave bằng các byte dữ liệu 8 bit (có thể chỉ 1 byte hoặc 1 dãy bytes), cứ sau mỗi byte sẽ có 1 bit ACK hoặc NOT ACK. Cuộc gọi kết thúc với việc Master phát điều kiện STOP. Cứ mỗi một quá trình, sẽ có 1 “code” được sinh ra trong thanh ghi trạng thái TWSR, kiểm tra giá trị code này để biết quá trình giao tiếp có thành công không. Bạn cần nhơ dãy code thành công khi Master truyền dữ liệu là: 0x08 -> 0x18 -> 0x28 ->…->0x28. Và dãy code thành công khi Master truyền dữ liệu là 0x08 - > 0x40 - > 0x50 ->…->0x50 -> 0x58. Nắm được cách  ghi và đọc của AVR Master là bạn đã nắm được 50% cách giao tiếp với DS1307, 50% còn lại chúng ta phải hiểu cách bố trí dãy dữ liệu của riêng DS1307. Hãy theo dõi phần tiếp theo..
      Vì DS1307 là một Slave I2C nên chỉ có 2 mode (chế độ) hoạt động giao tiếp với chip này. Hai mode của DS1307 bao gồm Data Write (từ AVR đến DS14307) và Data Read (từ DS1307 vào AVR). Mode Data Write được dùng khi xác lập giá trị ban đầu cho các thanh ghi thời gian hoặc dùng để canh chỉnh thời gian. Trong chế độ này, AVR là 1 Master truyền dữ liệu đến DS1307 (Slave nhận dữ liệu). Mode Data Read được sử dụng khi đọc thời gian từ đồng hồ DS1307 vào AVR để hiển thị hoặc so sánh….Trong chế độ này, AVR là Master nhận dữ liệu và DS1307 là Slave truyền dữ liệu. Hình 7 mô tả cấu trúc dữ liệu trong chế độ Data Write.

Hình 7. Chế độ Data Write.

     Trước hết hãy nói về địa chỉ Slave Address (SLA) của DS1307 trong mạng I2C. Như chúng ta đều biết, trên mạng I2C mỗi thiết bị sẽ có một địa chỉ riêng gọi là SLA. SLA là con số 7 bit, như thế theo lý thuyết sẽ có tối đa 128 thiết bị trong 1 mạng I2C. Chip DS1307 là một I2C Slave nên cũng có một địa chỉ SLA, giá trị này được set cố định là 1101000  nhị phân, hay 0x68 thập lục phân. Do SLA của DS1307 cố định nên trong 1 mạng I2C sẽ không thể tồn tại cùng lúc 2 chip này (điều này thực sự không cần thiết) nhưng có thể tồn tại các thiết bị I2C khác hoặc tồn tại nhiều Master AVR. Quan sát hình 7, sau khi điều kiện START được gởi bởi Master (AVR) sẽ là 7 bit địa chỉ SLA của DS1307 (1101000). Do chế độ này là Data Write nên bit W (0) sẽ được gởi kèm sau SLA. Bit ACK (A) được DS1307 trả về cho Master sau mỗi quá trình giao tiếp. Tiếp theo sau địa chỉ SLA sẽ là 1 byte chứa địa chỉ của thanh ghi cần truy cập (tạm gọi là Addr_Reg). Cần phân biệt địa chỉ thanh ghi cần truy cập và địa chỉ SLA. Như tôi đã đề cập trên, địa chỉ của thanh ghi cần tuy cập sẽ được lưu trong thanh ghi địa chỉ (hay con trỏ địa chỉ), vì vậy byte dữ liệu đầu tiên sẽ được chứa trong thanh ghi địa chỉ của DS1307. Sau byte địa chỉ thanh ghi là một dãy các byte dữ liệu được ghi vào bộ nhớ của DS1307. Byte dữ liệu đầu tiên sẽ được ghi vào thanh ghi có địa chỉ được chỉ định bởi Addr_Reg, sau khi ghi 1 byte, Addr_Reg được tự động tăng nên các byte tiếp theo sẽ được ghi liên tiếp vào các thanh ghi kế sau. Số lượng bytes dữ liệu cần ghi do Master quyết định và không được vượt quá dung lương bộ nhớ của DS1307. Ví dụ sau khi gởi SLA+W, Master gởi 8 bytes gồm 1 byte đầu 0x00 và 7 bytes khác thì con trỏ địa chỉ sẽ trỏ đến thanh ghi đầu tiên (0x00 – thanh ghi SECONDS) và ghi liên tiếp 7 bytes vào 7 thanh ghi thời gian của SD1307. Đây là cách mà chúng ta sẽ thực hiện trong phần lập trình  giao tiếp ( xem chương trình con  TWI_DS1307_wblock phía sau). Quá trình ghi kết thúc khi Master phát ra điều kiện STOP.
     Chú ý, nếu sau khi gởi byte Addr_Reg, Master không gởi các bytes dữ liệu mà gởi liền điều kiện STOP thì không có thanh ghi nào được ghi. Trường hợp này được dùng để set địa chỉ Addr_Reg phục vụ cho quá trình đọc. Tiếp theo, chúng ta khảo sát cách sắp xếp dữ liệu trong chế độ Data Read, xem hình 8.

Hình 8. Chế độ Data Read.

      Trong chế độ Data Read, bit R (1) được gởi kèm sau 7 bit SLA. Sau đó là liên tiếp các byte dữ liệu được truyền từ DS1307 đến AVR. Điểm khác biệt trong các bố trí dữ liệu của chế độ này so với chế độ Data Write là không có byte địa chỉ thanh ghi dữ liệu được gởi đến. Tất cả các bytes theo sau SLA+R đều là dữ liệu đọc từ bộ nhớ của DS1307. Vậy thì dữ liệu được đọc bắt đầu từ thanh  nào? Câu trả lời đó là thanh ghi được chỉ định bởi con trỏ địa chỉ, giá trị này được lưu lại trong các lần thao tác trước đo. Như vậy, muốn đọc chính xác dữ liệu từ một địa nào đó, chúng ta cần thực hiện quá trình ghi giá trị cho con trỏ địa chỉ trước. Để ghi giá trị vào con trỏ địa chỉ chúng ta sẽ gọi chương trình Data Write với chỉ 1 byte được ghi sau SLA+W như phần chú ý ở trên.
      Chúng ta đã chuẩn bị đầy đủ để giao tiếp với DS1307. Phần tiếp theo tôi sẽ trình bày chương trình và mô phỏng giao tiếp giữa AVR và DS1307. Hãy vẽ một mạch điện bằng Proteus như trong hình 9. Trong ví dụ này, ban đầu chúng ta sẽ cài đặt thời gian cho DS1307, sau đó tiến hành đọc thời gian từ chip đồng hồ này và hiển thị lên 1 Text LCD.

Hình 9. Ví dụ giao tiếp AVR – DS1307.

     Tôi sẽ chia chương trình thành 2 phần, phần giao tiếp với DS1307 thông qua I2C được viết trong file myDS1307RTC.h và phần ví dụ ghi-đọc, hiển thị được viết trong file DS1307RTC_Test.c. 

List 1. myDS1307RTC.h.
 

     Các phần định nghĩa trước dòng 35 được trích từ bài TWI nên tôi không giải thích lại. Chúng ta bắt đầu từ dòng 36. Có 3 chương trình con được viết để giao tiếp giữa AVR với DS1307 đó là: ghi 1 dãy dữ liệu vào DS1307 tức chương trình con TWI_DS1307_wblock(uint8_t Addr, uint8_t Data[], uint8_t len), chương trình này được viết theo cách sắp xếp dữ liệu của chế độ Data Write trình bày ở trên. Chương trình con đọc dữ liệu từ DS1307 là TWI_DS1307_rblock(uint8_t Data[], uint8_t len ) và một chương trình con dùng để set địa chỉ thanh ghi cần truy cập có tên TWI_DS1307_wadr(uint8_t Addr).
     Chương trình con TWI_DS1307_wblock(uint8_t Addr, uint8_t Data[], uint8_t len) nằm từ dòng 54 đến dòng 77. Trong chương trình con này, tham số Addr là địa chỉ thanh ghi cần truy cập, Data[] là mảng dữ liệu sẽ ghi vào DS1307 và len là số byte dữ liệu sẽ ghi (không tính byte Addr). Dòng 55, AVR phát ra điều kiện START để bắt 1 cuộc gọi I2C, sau đó chúng ta chờ cho bit TWINT được set lên 1 ở dòng 56 (TWINT = 1, công việc đã được thực hiện). Dòng 57 kiểm tra nếu điều kiện START đã gởi thành công hay không bằng cách so sánh thanh ghi trạng thái TWSR với “code” tương ứng (xem lại hình 2 trong bài giao tiếp TWI). Sau khi START được gởi, dòng 59 chúng ta gán địa chỉ SLA+W cho thanh ghi dữ liệu TWDR để phát ra trên I2C, TWDR=(DS1307_SLA<<1)+TWI_W. Trong dòng này, biến DS1307_SLA là SLA của DS1307 đã được định nghĩa trước ở dòng 15 trong khi TWI_W là bit W (=0) được định nghĩa ở dòng 20. Quá trình phát I2C chỉ bắt đầu khi bit TWINT được xóa, dòng 60 thực hiện việc này, sau đó phải chờ bit TWINT được set lên 1 chứng tỏ quá trình phát SLA kết thúc (dòng 61). Cuối cùng là kiểm tra code trong thanh ghi TWSR để xem quá trình phát SLA có thanh công, xem dòng 62 và hình 2 trong bài giao tiếp TWI. Chúng ta sẽ luôn theo cơ chế này khi làm việc với TWI của AVR, do đó trong các phần tiếp theo tôi chỉ giải thích nội dung truyền-nhận, không giải thích lại cơ chế. Sau khi phát SLA+W, các dòng 64 đến 65 phát địa chỉ thanh ghi cần truy cập (biến Addr) và sau đó phát mảng dữ liệu liên tiếp trong các dòng 69 đến 74. Cuối cùng là phát điện kiện STOP để kết thúc cuộc gọi.
     Trong chương trình con ghi DS1307 trình bày ở trên, nếu tham số len=0 thì các dòng 69 đến 74 không được thực hiện, nghĩa là chỉ có địa chỉ Addr được phát mà không có dữ liệu nào kèm theo. Chúng ta có thể dùng đặc điểm này để set thanh ghi cho quá trình đọc. Tôi đã tách ra và viết thành 1 chương trình con tên TWI_DS1307_wadr(uint8_t Addr)trong các dòng từ 36 đến 52 dùng để thực hiện việc set địa chỉ này.
     Chương trình con đọc DS1307 TWI_DS1307_rblock(uint8_t Data[], uint8_t len ) được trình bày trong các dòng từ 79 đến 99. Trong đó, tham số Data[] là mảng chứa dữ liệu đọc về, len là số bytes đọc về, đặc biệt không có tham số địa chỉ thanh ghi vì địa chỉ này sẽ được set riêng trước khi gọi chương trình con đọc DS1307. Dòng 84 một lệnh phát SLA+TWI_R được thực hiện, với bit TWI_R=1 (xem định nghĩa ở dòng 21), AVR đang báo cho DS1307 rằng nó muốn đọc dữ liệu từ DS1307. Quá trình đọc được chia thành 2 phần, trong phần 1 chúng ta đọc len-1 bytes đầu tiên (xem các dòng code từ 88 đến 92) và phần 2 đọc byte cuối cùng (dòng 94 đến 96). Chúng ta cần tách việc đọc byte cuối ra vì nếu nhìn lại chế độ đọc trình bày trong hình 8, sau mỗi byte được đọc, Master phải gởi 1 bit ACK đến DS1307, riêng byte cuối cùng Master phải gởi bit NOT ACK để báo DS1307 rằng Master không muốn đọc thêm (so sánh 2 dòng 89 và 94). Cuối cùng, Master gởi điều kiện STOP để kết thúc cuộc gọi.
      Để kiểm tra các hàm giao tiếp DS1307, hãy tạo 1 Project bằng WinAVR với tên gọi DS1307RTC_Test, tạo file DS1307RTC_Test và viết code như trong list 2.

List 2. DS1307RTC_Test.c.

      Chương trình demo DS1307 dùng các hàm trong file DS1307RTC.h trước đó, bạn cần copy file này vào cùng thư mục với chương trình demo này. Đồng thời, chép cả file myLCD.h vì ví dụ này có hiển thị LCD. Cơ chế của chương trình demo như sau: trong phần thân chương trình chính, ban đầu chúng ta ghi các thông số thời gian khởi tạo cho DS1307, tôi chọn thời điểm ghi vào là 11h:59p:55s của ngày 31, tháng 12 năm 09 (2009) cho mục đích kiểm tra. Với thời điểm này, sau khi chạy chương trình được 5s bạn sẽ thấy các thanh thời gian trong DS1307 tự động chuyển sang 0h:0p:0s ngày 1 tháng 1 năm 10. Chú ý là nguồn clock cho chip trong ví dụ này là 8MHz, Tôi dùng Timer0 để tạo ra 1 khoảng thời gian delay khoảng 32.7ms, cứ 10 lần ngắt Timer0 (tức khoảng 327ms) tôi sẽ đọc DS1307 và cập nhật kết quả lên LCD. Các biến phụ Second, Minute, Hour, Day, Date, Month, Year được khai báo ở dòng 8 và 9 chứa thời gian (số thập phân bình thường). Biến Mode chọn hệ thống giờ, Mode =0 là hệ thống 24h và Mode=1 là hệ thống 12h. Biến AP chứa buổi trong Mode 12h, AP=0 là buổi sáng (AM), AP=1 là buổi chiều (PM). Mảng tData[7] có 7 phần tử trong dòng 14 chứa 7 bytes tạm tương ứng với 7 thanh ghi thời gian để ghi vào DS1307 hoặc đọc ra từ chip này. Các dòng từ 17 đến 28 là 2 chương trình con đổi từ số BCD sang thập phân và ngược lại.
     Chúng ta bắt đầu với chương trình con Display (void), hiển thị kết quả chứa trong mảng tData[7] lên LCD (dòng 30 đến 64). Các dòng từ 31 đến 37 dùng đọc giá trị trong mảng tData[7] ra các biến để hiển thị, vì tData[7] chứa giá trị đọc về từ các thanh ghi thời gian của DS1307 nên nó là các số BCD, chúng ta cần dùng hàm BCD2Dec để đổi sang số thập phân trước khi gán cho các biến như Second, Minute…hiển thị lên LCD. Riêng với thanh ghi HOURS (tương ứng với sData[2]) chúng ta cần kiểm tra hệ thống giờ, nếu là hệ thống 12h thì chỉ lấy 5 bit đầu của thanh ghi này gán cho biến Hour (xem lại phần tổ chức các thanh ghi thời gian ở hình 4), nếu là hệ thống 24h thì sẽ lấy 6 bit (xem 2 dòng 33 và 34). Các dòng từ 39 đến 64 in các biến thời gian lên LCD. Dòng đầu tiên của LCD dùng in giờ-phút-giây, dòng thứ 2 in năm-tháng-ngày.  Phần bố trí vị trí các giá trị in người đọc tự lý giải.
     Chương trình chính main bắt đầu từ dòng 66 và kết thúc ở dòng 106. Các công việc thực hiện trong main bao gồm khởi động Text LCD, khởi động Timer0 ở chế độ thường, Prescaler=1024 và cho phép ngắt tràn (các dòng từ 77 đến 79). Với f=8MHz, giá trị định thì mỗi lần tràn Timer0 là : (1024(Prescaler)/8 (f))*256 (MAX)=32768 us =32.7ms. Các dòng từ 83 đến 90 gán giá trị các biến thời gian vào mảng tData để chuẩn bị ghi vào DS1307. Trước khi gán các biến này cho tData, chúng ta cần đổi giá trị thập phân của chúng thành BCD với hàm Dec2BCD. Dòng 91 khởi động I2C và dòng 92 ghi 7 phần tử của mảng tData vào DS1307 với hàm TWI_DS1307_wblock mà chúng ta đã định nghĩa trong file DS1307RTC.h. Chú ý là địa chỉ bắt đầu ghi là 0x00, vì thế 7 bytes của mảng tData sẽ được ghi chính xác vào 7 thanh ghi thời gian của DS1307. Sau khi ghi dữ liệu, cần 1 khoảng thời gian nhỏ để DS1307 xử lí, _delay_ms(1) là đủ. Các dòng từ 97 đến 100 tiến hành đọc thời gian từ DS1307 về và hiển thị lên LCD. Dòng 97 TWI_DS1307_wadr(0x00) dùng để set địa chỉ thanh ghi cần truy cập trước khi đọc, chúng ta muốn đọc hết 7 thanh ghi thời gian nên sẽ set địa chỉ về 0 (thanh ghi SECONDS). Phải delay 1 khoảng nhỏ trước khi tiếp tục đọc DS1307 (dòng 98). Dòng 99 chúng ta đọc 7 thanh ghi thời gian vào mảng tData và hiển thị lên LCD ở dòng 100. Chương trình chính kết thúc ở đây, việc còn lại cho trình phục vụ ngắt thực hiện.
     Trong trình phục vụ ngắt tràn của Timer0 (từ dòng 107 đến 125), chúng ta tăng 1 biến tạm tên là Time_count, đến khi nào 10 ngắt xảy ra (khoảng 327ms) thì mới tiến hành đọc DS1307 một lần (các dòng từ 111 đến 113). Do cứ mỗi 327ms chúng ta đọc DS1307 1 lần nên sẽ có trường hợp 2 lần đọc  cùng 1 giá trị, chúng ta chỉ thực hiện việc cập nhật kết quả khi 1 giây đã qua. Dòng 115 so sánh kết quả đọc về với biến Second, tức là so sánh kết quả mới với kết quả cũ, nếu chúng khác nhau sẽ cập nhật giá trị giây trên LCD (các dòng từ 116 đến 119).  Chúng ta điều biết việc ghi lên LCD sẽ tốn khá nhiều thời gian, vì vậy chỉ nên cập nhật kết quả khi nào có sự thay đổi. Mặt khác, khi số giây thay đổi thì các biến thời gian khác thay đổi rất chậm, một cách tốt để tránh việc xóa và ghi LCD nhiều lần là cứ 60s hãy thực hiện hàm Display (trong hàm này có cả xóa và ghi các biến thời gian). Dòng 120 giúp thực hiện ý tưởng này, chỉ khi nào biến Second về 0 (đã qua 60s) mới gọi hàm Display().
     Đến đây, toàn bộ việc truy cập DS1307 bằng AVR đã hoàn tất. Các ý tưởng mở rộng ứng dụng như thêm các nút chỉnh thời gian, cài đặt báo giờ…xin nhường lại cho bạn đọc tự phát triển.

Nguồn: http://www.hocavr.com/2018/06/ong-ho-thoi-gian-thuc-ds1307.html

 

DS1307-8051

A6.8051 Interfacing: RTC DS1307

In this tutorial, we will see how to interface DS1307(RTC) with 8051.
First, we will see the internals of DS1307 and later how to read and write the date and time.

DS1307 Basics

The Real-time clock DS1307 IC basically is stand-alone time clock with following features.

• Real-time clock (RTC) counts seconds, minutes, hours, date of the month, month, the day of the week, and year with leap-year compensation valid up to 2100.
• The clock operates in either the 24-hour or 12-hour format with AM/PM indicator.
• 56-byte, battery-backed, non-volatile (NV) RAM for data storage
• Two-wire(I2C) serial interface
• Programmable squarewave output signal
• Automatic power-fail detect and switch circuitry
• Consumes less than 500nA in battery backup mode with oscillator running
• Optional industrial temperature range: -40°C to +85°C

DS1307 Pins

Below image shows the pin diagram and the recommended connections for DS1307. VCC, GND: These pins are used to provide the power to the chip. When 5V is applied within normal limits, the device is fully accessible and data can be written and read. When a 3V battery is connected to the device and VCC is below 1.25 x VBAT, reads and writes are inhibited. However, the timekeeping function continues unaffected by the lower input voltage. As VCC falls below VBAT the RAM and timekeeper are switched over to the external power supply (nominal 3.0V DC) at VBAT.

X1-X2:Pins to connect the external 32.768kHz oscillator that provides the clock source to the chip.

Vbat: A 3.3v Lithium battery can be connected to this pin in order to provide the power source when the external supply voltage is not available. Battery voltage must be held between 2.0V and 3.5V for proper operation.

SCL: This pin must be connected to SCL pin of the I2C Bus/Master.

SDA: This pin must be connected to SDA pin of the I2C Bus/Master.

SQW/OUT: When enabled, the SQWE bit set to 1, the SQW/OUT pin outputs one of four square wave frequencies (1Hz, 4kHz, 8kHz, 32kHz).

• Note: The SCL,SDA, and SQW are open drain and must be pulled up with appropriate pull-up resistors as shown in the image.

DS1307 Memory

The RTC keeps the date and time arranged in it's memory as shown below:

Control Register
7	6	5	4	3	2	1	0
OUT	0	0	SQWE	0	0	RS1	RS0

OUT: This bit controls the output level of the SQW/OUT pin when the square-wave output is disabled. If SQWE = 0, the logic level on the SQW/OUT pin is 1 if OUT = 1 and is 0 if OUT = 0. By default this pin will be 0.

SQWE:This bit, when set to logic 1, enables the oscillator output. The frequency of the square-wave output depends on the value of the RS0 and RS1 bits.

RS1-RS0:These bits control the frequency of the square-wave output when the squarewave output has been enabled.

DS1307 ID

Ds1307 ID
7	6	5	4	3	2	1	0
1	1	0	1	0	0	0	R/W

• R/W is 0 then data is Written to RTC
• R/W is 1 then data is Read from RTC

This is defined in the code as:

#define C_Ds1307ReadMode_U8   0xD1u  // DS1307 ID in read mode
#define C_Ds1307WriteMode_U8  0xD0u  // DS1307 ID in write mode

Steps to initialize DS1307

1. Start the I2C communication.
2. Send the DS1307 address and select write operation
3. Send the Address of Control Register for sending the command.
4. Send the Command to Disable the SQW Out.
5. Stop the Communication.

void RTC_Init(void)
{
    I2C_Init();                             // Initialize the I2c module.
    I2C_Start();                            // Start I2C communication
 
    I2C_Write(C_Ds1307WriteMode_U8);        // Connect to DS1307 by sending its ID on I2c Bus
    I2C_Write(C_Ds1307ControlRegAddress_U8);// Select the Ds1307 ControlRegister to configure Ds1307
 
    I2C_Write(0x00);                        // Write 0x00 to Control register to disable SQW-Out
 
    I2C_Stop();                             // Stop I2C communication after initializing DS1307
}

Steps to Write Date and Time

1. Start the I2C communication.
2. Send the DS1307 address and select write operation
3. Send the Address of SECOND Register for writing the second value.
4. Write the Sec,min,hour,weekDay,date,month,year one by one.
5. Stop the Communication.

void RTC_SetDateTime(rtc_t *rtc)
{
    I2C_Start();                          // Start I2C communication
 
    I2C_Write(C_Ds1307WriteMode_U8);      // connect to DS1307 by sending its ID on I2c Bus
    I2C_Write(C_Ds1307SecondRegAddress_U8); // Request sec RAM address at 00H
 
    I2C_Write(rtc->sec);                    // Write sec from RAM address 00H
    I2C_Write(rtc->min);                    // Write min from RAM address 01H
    I2C_Write(rtc->hour);                    // Write hour from RAM address 02H
    I2C_Write(rtc->weekDay);                // Write weekDay on RAM address 03H
    I2C_Write(rtc->date);                    // Write date on RAM address 04H
    I2C_Write(rtc->month);                    // Write month on RAM address 05H
    I2C_Write(rtc->year);                    // Write year on RAM address 06h
 
    I2C_Stop();                              // Stop I2C communication after Setting the Date
}

Steps to Read Date and Time

1. Start the I2C communication.
2. Send the DS1307 address and select write operation
3. Send the Address of SECOND Register for reading the second value.
4. Stop the Communication.
5. Send the DS1307 address and select Read operation
6. Read the Sec,min,hour,weekDay,date and month one by one and send positive acknowledgement.
7. Read the Year and send the Neg/No Acknowledgement.
8. Stop the Communication.

void RTC_GetDateTime(rtc_t *rtc)
{
    I2C_Start();                            // Start I2C communication
 
    I2C_Write(C_Ds1307WriteMode_U8);        // connect to DS1307 by sending its ID on I2c Bus
    I2C_Write(C_Ds1307SecondRegAddress_U8); // Request Sec RAM address at 00H
 
    I2C_Stop();                                // Stop I2C communication after selecting Sec Register
 
    I2C_Start();                            // Start I2C communication
    I2C_Write(C_Ds1307ReadMode_U8);            // connect to DS1307(Read mode) by sending its ID
 
    rtc->sec = I2C_Read(1);                // read second and return Positive ACK
    rtc->min = I2C_Read(1);                 // read minute and return Positive ACK
    rtc->hour= I2C_Read(1);               // read hour and return Negative/No ACK
    rtc->weekDay = I2C_Read(1);           // read weekDay and return Positive ACK
    rtc->date= I2C_Read(1);              // read Date and return Positive ACK
    rtc->month=I2C_Read(1);            // read Month and return Positive ACK
    rtc->year =I2C_Read(0);             // read Year and return Negative/No ACK
 
    I2C_Stop();                              // Stop I2C communication after reading the Date
}

Both the above functions use a simple structure shown below for easy access

typedef struct
{
  uint8_t sec;
  uint8_t min;
  uint8_t hour;
  uint8_t weekDay;
  uint8_t date;
  uint8_t month;
  uint8_t year;  
}rtc_t;

Hardware Connections

Code

Now, let's put together all that we have discussed in a simple example to read and show the time on character LCD.

Note: The date and time read from Ds1307 will be of BCD format, like:

• 0x12,0x39,0x26 for 12hr,39min and 26sec.
• 0x15,0x08,0x47 for 15th day,8th month and 47th year

#include "rtc.h"

#include "lcd.h"

int main()

{

rtc_t rtc;

/*Connect RS->P2.0, RW->P2.1, EN->P2.2 and data bus to P2.4 to P2.7*/

LCD_SetUp(P2_0,P2_1,P2_2,P_NC,P_NC,P_NC,P_NC,P2_4,P2_5,P2_6,P2_7);

LCD_Init(2,16);

/*Connect SCL->P0.6, SDA->P0.7*/

RTC_Init();

rtc.hour = 0x10; // 10:40:20 am

rtc.min = 0x40;

rtc.sec = 0x00;

rtc.date = 0x01; //1st Jan 2016

rtc.month = 0x01;

rtc.year = 0x16;

rtc.weekDay = 5; // Friday: 5th day of week considering monday as first day.

/*##### Set the time and Date only once. Once the Time and Date is set, comment these lines

and reflash the code. Else the time will be set every time the controller is reset*/

RTC_SetDateTime(&rtc); // 10:40:20 am, 1st Jan 2016

/* Display the Time and Date continuously */

while(1)

{

RTC_GetDateTime(&rtc);

LCD_GoToLine(0);

LCD_Printf("time:%2x:%2x:%2x \nDate:%2x/%2x/%2x",(uint16_t)rtc.hour,(uint16_t)rtc.min,(uint16_t)rtc.sec,(uint16_t)rtc.date,(uint16_t)rtc.month,(uint16_t)rtc.year);

}

return (0);

}

view raw 8051_rtcDS1307.c hosted with ❤ by GitHub

Downloads

Download the sample code and design files from this link.

Have an opinion, suggestion , question or feedback about the article let it out here!

Real-time Clock Module with Arduino

In this tutorial, we will discuss the purpose of getting the current date and time on the Arduino, what is a Real-Time Clock, what is a DS3231 RTC module and we will build a project using a DS3231 RTC module, a 16×2 I2C LCD and an Arduino Uno.

Why Keep Track of the Date and Time?

Keeping track of the current date/time for an Arduino has many purposes. One use for it is for recording/log purposes. For example, an Arduino Weather Station needs timestamps in recording weather data. Another example is for an Arduino digital clock or calendar. Arduino-based clocks use the current time as a timer for reminders or to execute a scheduled command via the Arduino’s I/O pins. Depending on the project, having a way to get the current date and time is very useful.

How to Get the Current Date and Time on an Arduino

There are several ways to get the current date and time. We can get it from a Real-Time Clock (RTC), a GPS device, or a time server.

1. Real-Time Clock (RTC) – A Real-Time Clock, or RTC for short, is an integrated circuit that keeps track of time. It uses a back-up battery to maintain the time in the event that the main power source is removed.
2. Global Positioning Device (GPS) – A GPS device communicates with satellites to determine its location anywhere in the world. Its GPS data also contains time data.
3. Time Server– A Time Server is a computer on a network that reads the time from some reference clock and distributes it to the network. The clock source of a time server can be another time server, an atomic clock, or a radio clock.

An RTC is a very popular and accurate source of time and date in an embedded system like an Arduino because it has low power consumption.

If you want to learn how to communicate with an internet time server to get the current time and date, please read How to Keep Track of the Date and Time on an Arduino.

The DS3231 Real Time Clock Module

Figure 1: DS3231 Real-Time Clock Module

The DS3231 RTC module is a real-time clock module using the DS3231 IC. The DS3231 IC is a very affordable and extremely accurate RTC with an I2C interface. It is very accurate because it uses an integrated temperature-compensated crystal oscillator (TCXO) along with a crystal. To keep track of time even if the main power source is removed, the DS3231 has a backup battery mounted at the back of the module. The chip automatically switches between main and backup power sources when necessary.

The RTC keeps track of seconds, minutes, hours, day, date, month, and year data. It also automatically adjusts for months with less than 31 days and also for leap years. The clock can operate in either 24H or 12H (with AM/PM) formats. There are also two programmable time-of-day alarms and also a programmable square-wave output. Communication with the RTC is done through an I2C interface with a fixed default address of 0x68.

Aside from the RTC chip, this particular module also has a 24C32 EEPROM chip. An EEPROM is a kind of data storage device wherein you can read/write data. The 24C32 has 32 bytes of available data storage space. It shares the module’s I2C bus with the DS3231 and has the default address of 0x57. We can change the EEPROM’s default address by bridging the solder pads indicated by A0, A1, and A2 as shown in Figure 2.

Figure 2: EEPROM address solder pad combinations

 

 

Module Pinouts

Figure 3: DS3231 Module Pinout Diagram

• 32K – outputs from the DS3231 chip a very accurate 32KHz oscillator
• SQW – outputs a square-wave signal from the DS3231 chip. The frequency of the square-wave can be changed between 1Hz, 4kHz, 8kHz, or 32kHz programmatically. this pin can also be used programmed as an interrupt output.
• SCL – input pin for I2C Serial Clock
• SDA – input/output pin for I2C Serial Data
• VCC – power source input pin for the module; can be any voltage from +3.3V to +5.5V DC
• GND – Ground pin connection
• The SCL, SDA, VCC, and GND pins at the right side of the module are connected internally at the left side pins with the same label.

 

Project: Arduino Calendar Clock

After learning about timekeeping and the DS3231 RTC, it is now time to build a project using the DS3231 RTC. For this project, we will make a simple Arduino Calendar Clock using a DS3231 module, a 16×2 I2C LCD, and an Arduino Uno board.

Components Required

• Arduino Uno
• DS3231 real time clock module
• 16×2 I2C character LCD
• Breadboard
• Jumper wires

Wiring Diagram

The wiring diagram for our project is shown in Figure 4. Because we are using I2C, all devices share a common bus consisting of only 4 wires.

Arduino Sketch

To make it easy for us to develop the code of our project, we will use libraries and create custom functions to make our code easier to read.

Libraries

Our project will include the following libraries. See Figure 5 to check which libraries to install using the Arduino IDE’s built-in Library Manager.

• Wire.h library for the I2C interface (included in Arduino IDE)
• LiquidCrystal_I2C.h library (by Frank de Brabander) for the I2C 16×2 LCD module (GitHub link)
• RTClib.h library (by Adafruit) for the DS3231 RTC module (GitHub link)

Figure 5: Library Manager

The Wire.h library and the I2C protocol were already discussed in previous articles (here and here) and therefore will not be addressed in this tutorial.

To start our sketch, add the abovementioned libraries to our code by using the keyword #include. We will also initialize two objects lcd() and rtc to be used for communicating with the LCD and DS3231 respectively.

#include <Wire.h>                   // for I2C communication
#include <LiquidCrystal_I2C.h>      // for LCD
#include <RTClib.h>                 // for RTC

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // create LCD with I2C address 0x27, 16 characters per line, 2 lines
RTC_DS3231 rtc;                     // create rtc for the DS3231 RTC module, address is fixed at 0x68

Custom Functions: updateRTC() and updateLCD()

To make our code easier to manage, we will create two custom functions

The first function we will code is the function updateRTC(). This function will be responsible for asking the user for the date and time and updating the RTC’s internal clock with the user’s input data. After getting the user input, we can update the RTC’s internal clock by using the function rtc.adjust() from the RTCLib.h library. The rtc.adjust() function receives a parameter with type DataTime which it uses to update the rtc’s internal time and date.

/*
   function to update RTC time using user input
*/
void updateRTC()
{
  
  lcd.clear();  // clear LCD display
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("Edit Mode...");

  // ask user to enter new date and time
  const char txt[6][15] = { "year [4-digit]", "month [1~12]", "day [1~31]",
                            "hours [0~23]", "minutes [0~59]", "seconds [0~59]"};
  String str = "";
  long newDate[6];

  while (Serial.available()) {
    Serial.read();  // clear serial buffer
  }

  for (int i = 0; i < 6; i++) {

    Serial.print("Enter ");
    Serial.print(txt[i]);
    Serial.print(": ");

    while (!Serial.available()) {
      ; // wait for user input
    }

    str = Serial.readString();  // read user input
    newDate[i] = str.toInt();   // convert user input to number and save to array

    Serial.println(newDate[i]); // show user input
  }

  // update RTC
  rtc.adjust(DateTime(newDate[0], newDate[1], newDate[2], newDate[3], newDate[4], newDate[5]));
  Serial.println("RTC Updated!");
}

The second custom function we will create is the function  updateLCD().
This function will update or refresh the text displayed on the LCD. 
Inside this function, we will first get the time and date from the RTC. 
This is done by calling rtc.now() function which is included in the RTCLib.h library.

The function rtc.now() in our code returns a DateTime data type that contains the current date and time of the rtc. We then assign the data to different variables for additional formatting on the LCD. After assigning the variables, we use the functions lcd.setCursor() and lcd.print() from the LiquidCrystal_I2C.h to position the cursor and to display the text respectively on the LCD. The code below shows how these functions come together to get the rtc time, format the text and display it to the LCD.

/*
   function to update LCD text
*/
void updateLCD()
{

  /*
     create array to convert digit days to words:

     0 = Sunday    |   4 = Thursday
     1 = Monday    |   5 = Friday
     2 = Tuesday   |   6 = Saturday
     3 = Wednesday |
  */
  const char dayInWords[7][4] = {"SUN", "MON", "TUE", "WED", "THU", "FRI", "SAT"};

  /*
     create array to convert digit months to words:

     0 = [no use]  |
     1 = January   |   6 = June
     2 = February  |   7 = July
     3 = March     |   8 = August
     4 = April     |   9 = September
     5 = May       |   10 = October
     6 = June      |   11 = November
     7 = July      |   12 = December
  */
  const char monthInWords[13][4] = {" ", "JAN", "FEB", "MAR", "APR", "MAY", "JUN", 
                                         "JUL", "AUG", "SEP", "OCT", "NOV", "DEC"};

  // get time and date from RTC and save in variables
  DateTime rtcTime = rtc.now();

  int ss = rtcTime.second();
  int mm = rtcTime.minute();
  int hh = rtcTime.twelveHour();
  int DD = rtcTime.dayOfTheWeek();
  int dd = rtcTime.day();
  int MM = rtcTime.month();
  int yyyy = rtcTime.year();

  // move LCD cursor to upper-left position
  lcd.setCursor(0, 0);

  // print date in dd-MMM-yyyy format and day of week
  if (dd < 10) lcd.print("0");  // add preceeding '0' if number is less than 10
  lcd.print(dd);
  lcd.print("-");
  lcd.print(monthInWords[MM]);
  lcd.print("-");
  lcd.print(yyyy);

  lcd.print("  ");
  lcd.print(dayInWords[DD]);

  // move LCD cursor to lower-left position
  lcd.setCursor(0, 1);

  // print time in 12H format
  if (hh < 10) lcd.print("0");
  lcd.print(hh);
  lcd.print(':');

  if (mm < 10) lcd.print("0");
  lcd.print(mm);
  lcd.print(':');

  if (ss < 10) lcd.print("0");
  lcd.print(ss);

  if (rtcTime.isPM()) lcd.print(" PM"); // print AM/PM indication
  else lcd.print(" AM");
}

Standard Functions: setup() and loop()

The last phase in completing our code for an Arduino Calendar Clock is to add the standard Arduino functions setup() and loop().

Inside setup(), we will initialize the serial interface, the lcd and the rtc objects. To initialize the serial with a baud rate of 9600 bps, we will use the code Serial.begin(9600);. For the LCD, we need to initialize the LCD object and switch-on the backlight of the display. This is achieved by the codes lcd.init(); and lcd.backlight();. And finally, we add the code rtc.begin(); to initialize the rtc object.

void setup()
{
  Serial.begin(9600); // initialize serial

  lcd.init();       // initialize lcd
  lcd.backlight();  // switch-on lcd backlight

  rtc.begin();       // initialize rtc
}

For the loop() function, we will update the text displayed on the LCD by calling updateLCD();.
We will also add the capability to accept user input to update the 
RTC’s internal clock. If the user sends the char ‘u’ via the serial 
monitor, it means the user wants to modify the set time and date of the 
rtc. If this is the case, then we call the function updateRTC(); to handle user input and update the RTC internal clock.

void loop()
{
  updateLCD();  // update LCD text

  if (Serial.available()) {
    char input = Serial.read();
    if (input == 'u') updateRTC();  // update RTC time
  }
}

Our sketch is now complete. Save the sketch as arduino-rtc-tutorial.ino and upload it to your Arduino Uno.

Project Test

After uploading the sketch, your Arduino Uno should display the date and time on the LCD as shown in Figure 6.

Figure 6: Arduino Calendar Clock

To change the date/time, open your Serial Monitor, and send the letter ‘u’. And then just follow the on-screen prompts to enter the new date and time.

Figure 7: Serial Monitor

In summary, an RTC module is an easy and inexpensive way to add timekeeping capability to an Arduino based project. This tutorial just showed the basic capability of the DS3231 RTC module. And with more tinkering, you can find lots of uses for this module.

 

Nguồn: https://www.circuitbasics.com/how-to-use-a-real-time-clock-module-with-the-arduino/