但發現 Arduino 標準函式庫只有 millis 傳回 Arduino 的啟動時間長度，沒有實際時間
若果需要讓 Arduino 讀取實際時間，便需要有時間晶片幫助……
零件
在下使用 DS1302時間晶片
DS1302是一種常見常用的時間晶片，共有 8支引腳
引腳功用
| 後 | 引腳8 | 引腳7 | 引腳6 | 引腳5 |
|---|---|---|---|---|
| 前 | 引腳1 | 引腳2 | 引腳3 | 引腳4 |
| 用途 (缺口在左邊) | 後備電源 | Clock (SCLK, CLK) | Data (I/O, DAT) | Reset (CE / RST) |
| 主電源 | 振盪器正極 | 振盪器負極 | 接地 |
| 編號 | 方向 | 用途 |
|---|---|---|
| 1 | 輸入 | 主電源，接受 2.0V 至 5.5V |
| 2 | 輸入 | 振盪器正極 |
| 3 | 輸入 | 振盪器負極 |
| 4 | 輸入 | 接地 |
| 5 | 輸入 | 設定 或 重設 (Reset) ，控制 指令訊號 及 資料訊號 週期範圍 |
| 6 | 輸入 或 輸出 | 指令 或 資料 (Data) ，發出指令 或 接受資料 |
| 7 | 輸入 | 定時 (Clock) ，控制 發出指令訊號 及 接收資料訊號 的狀態 |
| 8 | 輸入 | 後備電源，接受 2.0V 至 5.5V |
引腳訊號
| 引腳 | 初始化 | 指令訊號 及 資料訊號 週期 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 開始 | 指令 位元組 週期 | 寫入 或 讀取 位元組 週期 | 完成 | ||||
| Time | 延遲2微秒 | 延遲2微秒 | 延遲2微秒 | 延遲2微秒 | |||
| RST | 低 | 高 | 低 | ||||
| CLK | 低 | 高 | 低 | 高 | 低 | ||
| DAT | 高/低 | 高/低 | |||||
開始 及 完成 只需要使用 RST引腳 控制 ，開始 為 高電壓，完成 為 低電壓
比較簡單，因此沒有展示 訊號波紋時序圖
而 指令 及 寫入 或 讀取 則需要配合 CLK引腳 及 DAT引腳
設定次序為 第0位元 至 第7位元
- 將 RST引腳 保持 高電壓
- 調整 CLK引腳 為 高電壓
- 調整 DAT引腳 為 高或低電壓 以設定 位元資料
- 調整 CLK引腳 為 低電壓，完成1位元設定
指令訊號
| 第n位元 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 用途 | 1 | RAM (1) | A4 | A3 | A2 | A1 | A0 | Get (1) |
| CLK (0) | Set (0) |
| 第n位元 | 用途 |
|---|---|
| 0 | 設定為 0 時，為寫入狀態；設定為 1 時，為讀取狀態 |
| 1 | 第0位位元地址或指令 |
| 2 | 第1位位元地址或指令 |
| 3 | 第2位位元地址或指令 |
| 4 | 第3位位元地址或指令 |
| 5 | 第4位位元地址或指令 |
| 6 | 設定為 0 時，控制時間或日期資料；設定為 1 時，控制隨機存取記憶體資料 |
| 7 | 設定為 0 時，將資料鎖定；設定為 1 時，可以控制資料 |
寫入時間的訊號波紋時序圖
讀取隨機存取記憶體的訊號波紋時序圖
涓流差電模式
讓 DS1302時間晶片 替 後備電源差電(後備電源能夠差電才有效，不能差電的電池只會保持平衡狀態，以免放電現象導致失去所有能量)
| 第n位元 | 功能 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1個二極管 2kΩ電阻 165(Dec) 0xA5(Hex) | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1個二極管 4kΩ電阻 166(Dec) 0xA6(Hex) | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1個二極管 8kΩ電阻 167(Dec) 0xA7(Hex) | |||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 2個二極管 2kΩ電阻 169(Dec) 0xA9(Hex) | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 2個二極管 4kΩ電阻 170(Dec) 0xAA(Hex) | ||||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2個二極管 8kΩ電阻 171(Dec) 0xAB(Hex) | |||
| 1 | 1 | 1 | 1 | 開機啟動狀態 92(Dec) 0x5C(Hex) | ||||
資料訊號
時間或日期資料
| 地址 (Hex) | 第n位元 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | |
| 0x80 | 十位秒數 0 至 5 | 個位秒數 0 至 9 | ||||||
| 0x82 | 十位分數 0 至 5 | 個位分數 0 至 9 | ||||||
| 0x84 | 十位時數 0 至 2 | 個位時數 0 至 9 | ||||||
| 0x86 | 十位日數 0 至 3 | 個位日數 0 至 9 | ||||||
| 0x88 | 十位月數 0 至 1 | 個位月數 0 至 9 | ||||||
| 0x8A | 個位週數 1 至 7 | |||||||
| 0x8C | 十位年數 0 至 9 | 個位年數 0 至 9 | ||||||
| 0x8E | 0 取消保護 1 啟用保護 | |||||||
| 0x90 | TCS | TCS | TCS | TCS | DS | DS | RS | RS |
- 秒 - 預設為 0 ，第0至3位元 為個位秒數，第4至6位元 為十位秒數
- 分 - 預設為 0 ，第0至3位元 為個位分數，第4至6位元 為十位分數
- 時 - 預設為 0 ，第0至3位元 為個位時數，第4至5位元 為十位時數
- 日 - 預設為 1 ，第0至3位元 為個位日數，第4至5位元 為十位日數
- 月 - 預設為 1 ，第0至3位元 為個位月數，第4位元 為十位月數
- 週 - 預設為 1 ，第0至2位元 為個位週數
- 年 - 預設為 0 ，第0至3位元 為個位年數，第4至7位元 為十位年數
- 保護 - 預設為 0 (不保護) ，第7位元 0 為不保護， 1 為保護
- TCS - 預設為 92 (開機啟動狀態) ，參巧本文的 涓流差電模式
BCD 將 8位元資料 分開兩組 4位元，第0至3位元 為第一部分 是個位數，第4至7位元 為第二部分 是十位數
4位元 可以顯示 0 至 9 (只取至十進制最大位值)
例如 設定資料 是 37 即是 00110111(bcd) = 55(dec) = 0x37
例如 傳回資料 是 89 即是 01011001(bcd) = 59(dec) = 0x3B
在下編寫了簡單的 C++ 程式可以將 BCD 與 十進數 互換
unsigned char ByteToBCD(unsigned char value) {
return ((value >> 4) * 10) + (value & 0x0F);
}
unsigned char BCDtoByte(unsigned char value) {
return ((value / 10) << 4) + (value % 10);
}DS1302時間晶片 會自動計算 24小時 後的日期，但並不會檢查寫入的時間或日期資料是否正確
例如可以寫入 19年 2月 30日 ，亦不能保證 24小時 後的日期是正確
年數 最大值為 99 ，因此不能計算超過 100年 的 閏年
週數 並沒有規範 星期名稱，例如 1 不一定代表 星期一 ，只在經過 24小時 會更新
關於 DS1302時間晶片 ，可以搜尋 DS1302 Datasheet 獲得詳細資料
隨機存取記憶體資料
DS1302時間晶片 提供 由 0xC0 至 0xFC 的偶數地址 共31個位元組 (31個8位元) 隨機存取記憶體空間
CR2032 3V鋰電池
C 表示 正極使用 鋰 ，負極使用 二氧化錳 ，稱為 鋰二氧化錳電池
R 表示 圓形 (Round)
使用 32768 Hz 頻率 石英晶體振盪器
32768 是 2的15次方 (2^15) 方便除 2 至 1 Hz
接駁方法
DS1302時間晶片 需要有電力才能保存資料
後備電源可以在沒有主電源下仍能提供電力讓 DS1302時間晶片 不會遺失資料
模組
DS1302模組 正面
DS1302模組 背面
DS1302模組 已經制訂
- DS1302時間晶片的 雙列封裝 (Dual In-Line Package, DIL Package, DIP)
- 石英晶體振盪器通孔
- CR2032鋰電池盒
安裝 3V鋰電池、DS1302晶片、石英晶體振盪器 到 DS1302模組
接駁方法
DS1302模組 同樣制訂引腳座，方便連接到其他裝置
將 DS1302模組 接駁到 Arduino 引腳
由於 DS1302模組 電源引腳 及 接地引腳 不是使用 Arduino 的 電源引腳 及 接地引腳
因此需要使用 Arduino 的 數碼引腳 或 模擬引腳 替代 電源引腳 及 接地引腳
接駁方法
在下因為懶惰，直接將 DS1302模組 接駁到 Arduino 上
其中 2支引腳 需要提供 電力 及 接地
使用 序列輸出 效果，或配合如 七段顯示器 顯示時間
閣下應該發現在下使用 delay(1000) ，但延遲時間並不是穩定 1秒，而且與初始時間相差越來越遠
由於 DS1302時間晶片 發出指令 與 接受資料 都需要有延遲，要絕對及穩定相差 1秒 是非常困難
總結
Arduino Playground 有提供 DS1302時間晶片函式庫但在下希望了解清楚 DS1302時間晶片 的運作方式，因此在下沒有使用 DS1302時間晶片函式庫
在下單是查看 DS1302時間晶片 的文件，只是應用部分已經需要一日時間
在下終於可以自行編寫另一個 DS1302時間晶片函式庫
有興趣可以到 https://bitbucket.org/hkgoldenmra/ds1302module
或 https://create.arduino.cc/editor/hkgoldenmra/70475f78-df8f-495e-89ee-b35ca0e5ba70/preview 了解
或在 Terminal 輸入
git clone "https://hkgoldenmra@bitbucket.org/hkgoldenmra/ds1302module.git" --depth=1下載專案
時間及日期資料 及 隨機存取記憶體資料 與電腦的隨機存取記憶體資料 (Random Access Memory (RAM) 相同，電力中斷後會失去資料
要更換電池又不希望失去資料，需要在主電源提供電力狀態下更換
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