이 포스트는 앞전에 DS3231 을 사용해 보면서, 못다한 이야기를 하기 위해 구성했습니다.
* Hardware | RTC DS3231 부품 사용기 - 1
- http://chocoball.tistory.com/entry/Hardware-RTC-usning-DS3231-1
1. AT24C32 (EEPROM) I2C address
DS3231 에 붙어있는 EEPROM 은 ATMEL 사의 AT24C32 라는 칩 입니다.
32bit = 4kByte EEPROM 의 I2C 기본 주소값은 0x57 입니다.
|
A0 |
A1 |
A2 |
0x57 |
0 |
0 |
0 |
0x56 |
1 |
0 |
0 |
0x55 |
0 |
1 |
0 |
0x54 |
1 |
1 |
0 |
0x53 |
0 |
0 |
1 |
0x52 |
1 |
0 |
1 |
0x51 |
0 |
1 |
1 |
0x50 |
1 |
1 |
1 |
* 0 = open, 1 = short
참고로 0x57 은 16진수 이므로, 10진수로 표시하고자 할 때에는 87 이라고 입력해도 됩니다.
* Hex to Decimal converter
- https://www.rapidtables.com/convert/number/hex-to-decimal.html
2. 유령 I2C address - 0x5f
제가 사용한 fake DS3231 은, 사용되지 않는 "0x5f" 라는 I2C 주소가 존재합니다.
모르고 지나가기엔 너무 궁금합니다.
여러 방법으로 찾아 봤는데, 가장 신뢰성 있는 설명은 다음 LINK 인 듯 합니다.
* I2C response to "Ghost Address" 0x5F
- https://electronics.stackexchange.com/questions/397569/i2c-response-to-ghost-address-0x5f
즉, 정품에 포함되어 있는 32k EEPROM 은 ATMEL 문자로 시작하는데,
이 fake 제품에 다른 chip 이 있는 것이 아니라, ATMLH745 는 address 가 두개 있는 듯 합니다.
왜냐하면, 위의 첫번째 댓글에 A2 단자를 short 시켰을때 EEPROM 주소가 바뀌는데,
이 ghost address 도 연동해서 바뀐다는 테스트 결과가 나왔거든요.
A0, A1, A2 all open (default) -------------------------------------------- | chip | DIGIT | HEX | DECIMAL | -------------------------------------------- | AT24C32 | 0b01010111 | 0x57 | 87 | -------------------------------------------- | ghost | 0b01011111 | 0x5f | 95 | -------------------------------------------- A0, A1 open, A2 short -------------------------------------------- | chip | DIGIT | HEX | DECIMAL | -------------------------------------------- | AT24C32 | 0b01010011 | 0x53 | 83 | -------------------------------------------- | ghost | 0b01011011 | 0x5b | 91 | --------------------------------------------
그럼 AT24C32 주소를 0x5f 로 해보면 어떨까요?
아래처럼 소스를 조금 바꿔 봤습니다.
#include "Wire.h"
#define AT24C32_I2C_ADDRESS 0x5f //I2C address of AT24C32
byte seconds, minutes, hours, day, date, month, year;
void setup() {
Serial.begin(9600);
delay(1000);
Wire.begin();
}
void loop() {
getAT24C32Data();
Serial.print("seconds : "); Serial.println(seconds, BIN);
Serial.print("minutes : "); Serial.println(minutes, BIN);
Serial.print("hours : "); Serial.println(hours, BIN);
Serial.print("day : "); Serial.println(day, BIN);
Serial.print("date : "); Serial.println(date, BIN);
Serial.print("month : "); Serial.println(month, BIN);
Serial.print("year : "); Serial.println(year, BIN);
Serial.println("");
delay(1000);
}
void getAT24C32Data() {
// send request to receive data starting at register 0
Wire.beginTransmission(AT24C32_I2C_ADDRESS);
Wire.write(0x00); // start at register 0
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(AT24C32_I2C_ADDRESS, 7); // request seven bytes
if(Wire.available()) {
seconds = Wire.read(); // get seconds
minutes = Wire.read(); // get minutes
hours = Wire.read(); // get hours
day = Wire.read();
date = Wire.read();
month = Wire.read(); //temp month
year = Wire.read();
} else {
//oh noes, no data!
}
}
원래 AT24C32 의 주소인 0x57 를 넣으면 아래처럼 나옵니다만,
0x5f 로 하면 data 는 오는데, 전부 255 값을 갖습니다.
0x57 로 할 때
0x5f 로 할 때
엄한 어드레스인 0x83 로 할 때
값이 동일하지 않아서, 완벽히 동일한 값에 접근하는것 같지는 않습니다.
그래도 뭔가 있기는 한것 같네요.
소설을 써 보자면, 중국에서 fake 칩을 만들면서 다른 기능도 넣지 않았을까...
혹시 어떤 다른 정보와 관여하는 기능이 있는것이 아닌지?
3. Battery 의 종류
밧데리는 지금 CR2032 을 끼워서 사용하고 있습니다.
시간 유지만으로 사용되면 1uA 정도 사용되므로, 200mAh 라고 한다면 약 20년은 사용 가능하다고 하네요.
* RTCモジュール DS3231＋AT24C32 ZS-042
- https://blogs.yahoo.co.jp/dascomp21/68145713.html
다만, 사양적으로는 충방전이 되는 LIR2032 을 사용하라고 하네요.
실제로 약 1년정도 사용하다가 베터리가 터진 케이스가 인터넷에 보고되었습니다.
회로 구성도를 봐도, 충전이 되게끔 만들어진 회로라서 rechargeable battery 를 사용하지 않으면,
지속적으로 건전지에 부담이 가게끔 되어 있다고 합니다.
굳이 CR2025 을 장기간 사용하려 한다면, 위의 그림처럼 방충전 회로와 연결되는 패턴을 끊어주면 된다 합니다.
잠깐 쓰고 빼 놓거나, 잔량이 거의 없는거라면 괜찮겠죠?
저는 체중계에서 다 쓴 건전지를 사용하고 있어서 그냥 낑궈 놓으려고 합니다.
이 정보는 아래 사이트를 참고하였습니다.
* RTC DS3231/DS1302を調べて見ました
- https://blogs.yahoo.co.jp/hobbyele/64900109.html
4. BCD
EEPROM 에 집어 넣고 빼는 값의 포맷은 decimal 이지만, 실제로 저장되는 값은 binary 나열값 입니다.
더 나아가, 이는 아래 그림처럼 EEPROM 에 저장되는 방식이 얼핏 보기에는 실제의 값을 단순히 binary 로 바꾼 값처럼 보이지만,
이 binary 값은 기능적으로 입력되어 있을 뿐, 실존하는 값과는 다른 값 입니다.
결국, 입출력은 decimal, 저장된 것은 binary, 더욱이 이 decimal / binary 가 실제의 값을 표현하지는 않다는 것이죠.
그래서 값 치환이 3번 일어나게 됩니다.
- decimal 실제 값을 EEPROM 에 저장될 binary 를 상정하여 변경 (변경 1)
- 이를 decimal 로 치환하여 EERPOM 에 전송 (변경 2)
- EEPROM 에 보내면 알아서 다시 binary 의 나열로 저장 (변경 3)
값의 format 변경은, decimal --> binary --> decimal --> binary 로 되겠죠.
왜이리 복잡하게 하는가를 생각해 보면,
EEPROM 의 address 는 직접 접근 가능하지만, 각 address 의 bit 값은 따로따로 접근을 못하며,
거기에 각 bit 가 기능적으로 정의되어 있어서, "저장된 값 = 실존하는 값" 공식이 성립하지 않기 때문 입니다.
그럼 실제 source code 에서 10의 자리와 1의 자리의 연산식이 이떻게 이루어 지는지를 확인해 보죠.
초 단위의 식은 아래와 같습니다.
seconds = (((seconds & B11110000)>>4)*10 + (seconds & B00001111)); // convert BCD to decimal
상위 bit 부분 - 10의 자리 수 - "((seconds & B11110000)>>4)*10" 부분만을 띄어서 보면 다음과 같은 항목이 됩니다.
왼쪽부터,
- EEPROM 에서 읽어온 값 (decimal) 인 seconds
- seconds 값을 AND 연산 하면서 자동으로 binary 로 변환
- 4 bit 를 왼쪽으로 shift (날림) 를 통해 10의 자리만을 건짐
- 10 을 곱하면서 decimal 로 변경
위의 과정의 경과를 살펴보면 아래와 같겠죠.
| seconds | (BIN)seconds | seconds & B11110000 | (BIN)(seconds & B11110000) | (seconds & B11110000)>>4 | *10 |
0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 2 | 10 | 0 | 0 | 0 | 0 3 | 11 | 0 | 0 | 0 | 0 4 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 5 | 101 | 0 | 0 | 0 | 0 6 | 110 | 0 | 0 | 0 | 0 7 | 111 | 0 | 0 | 0 | 0 8 | 1000 | 0 | 0 | 0 | 0 9 | 1001 | 0 | 0 | 0 | 0 16 | 10000 | 16 | 10000 | 1 | 10 17 | 10001 | 16 | 10000 | 1 | 10 18 | 10010 | 16 | 10000 | 1 | 10 19 | 10011 | 16 | 10000 | 1 | 10 21 | 10101 | 16 | 10000 | 1 | 10 22 | 10110 | 16 | 10000 | 1 | 10 23 | 10111 | 16 | 10000 | 1 | 10 24 | 11000 | 16 | 10000 | 1 | 10 25 | 11001 | 16 | 10000 | 1 | 10 32 | 100000 | 32 | 100000 | 2 | 20 33 | 100001 | 32 | 100000 | 2 | 20 34 | 100010 | 32 | 100000 | 2 | 20 35 | 100011 | 32 | 100000 | 2 | 20 36 | 100100 | 32 | 100000 | 2 | 20 37 | 100101 | 32 | 100000 | 2 | 20 38 | 100110 | 32 | 100000 | 2 | 20 39 | 100111 | 32 | 100000 | 2 | 20 40 | 101000 | 32 | 100000 | 2 | 20 41 | 101001 | 32 | 100000 | 2 | 20 48 | 110000 | 48 | 110000 | 3 | 30 49 | 110001 | 48 | 110000 | 3 | 30 50 | 110010 | 48 | 110000 | 3 | 30 51 | 110011 | 48 | 110000 | 3 | 30 52 | 110100 | 48 | 110000 | 3 | 30 53 | 110101 | 48 | 110000 | 3 | 30 54 | 110110 | 48 | 110000 | 3 | 30 55 | 110111 | 48 | 110000 | 3 | 30 56 | 111000 | 48 | 110000 | 3 | 30 57 | 111001 | 48 | 110000 | 3 | 30 64 | 1000000 | 64 | 1000000 | 4 | 40 65 | 1000001 | 64 | 1000000 | 4 | 40 66 | 1000010 | 64 | 1000000 | 4 | 40 67 | 1000011 | 64 | 1000000 | 4 | 40 68 | 1000100 | 64 | 1000000 | 4 | 40 69 | 1000101 | 64 | 1000000 | 4 | 40 71 | 1000111 | 64 | 1000000 | 4 | 40 72 | 1001000 | 64 | 1000000 | 4 | 40 73 | 1001001 | 64 | 1000000 | 4 | 40 80 | 1010000 | 80 | 1010000 | 5 | 50 81 | 1010001 | 80 | 1010000 | 5 | 50 82 | 1010010 | 80 | 1010000 | 5 | 50 83 | 1010011 | 80 | 1010000 | 5 | 50 84 | 1010100 | 80 | 1010000 | 5 | 50 85 | 1010101 | 80 | 1010000 | 5 | 50 86 | 1010110 | 80 | 1010000 | 5 | 50 87 | 1010111 | 80 | 1010000 | 5 | 50 88 | 1011000 | 80 | 1010000 | 5 | 50 89 | 1011001 | 80 | 1010000 | 5 | 50
결과적으로 10 --> 20 --> 30 --> 40 --> 50 순으로 값을 변경한다는 것을 알 수 있습니다.
보고 있으면 오묘하죠? 숫자놀이의 향연이라고 할 수 있겠습니다.
5. 알람 설정
아래는 EEPROM 에 저장된 기능별 주소록 입니다.
- datasheet : 
DS3231.pdf
저 위의 표를 염두에 두면서 DS3231.h 파일을 열어보면 알람의 설정방법에 대해 기술되어 있습니다.
/* Retrieves everything you could want to know about alarm * one. * A1Dy true makes the alarm go on A1Day = Day of Week, * A1Dy false makes the alarm go on A1Day = Date of month. * * byte AlarmBits sets the behavior of the alarms: * Dy A1M4 A1M3 A1M2 A1M1 Rate * X 1 1 1 1 Once per second * X 1 1 1 0 Alarm when seconds match * X 1 1 0 0 Alarm when min, sec match * X 1 0 0 0 Alarm when hour, min, sec match * 0 0 0 0 0 Alarm when date, h, m, s match * 1 0 0 0 0 Alarm when DoW, h, m, s match * * Dy A2M4 A2M3 A2M2 Rate * X 1 1 1 Once per minute (at seconds = 00) * X 1 1 0 Alarm when minutes match * X 1 0 0 Alarm when hours and minutes match * 0 0 0 0 Alarm when date, hour, min match * 1 0 0 0 Alarm when DoW, hour, min match */
자세히 보면, Alarm 1 이 초단위까지 자세하게 설정할 수 있으며,
Alarm 2 는 최소단위가 분단위임을 알 수 있습니다.
이 차이는 Alarm 1에 5개의 address 가 할당되어 있고, Alarm 2 에 4개의 address 가 할당되어 있는게 그 차이 입니다.
"DS3231.h" 에는 setA1Time, setA2Time 과 turnOnAlarm() 펑션이 있습니다.
File > Examples > DS3231 > DS3231_set 의 일부분이 다음과 같습니다.
// Test of alarm functions // set A1 to one minute past the time we just set the clock // on current day of week. Clock.setA1Time(DoW, Hour, Minute+1, Second, 0x0, true, false, false); // set A2 to two minutes past, on current day of month. Clock.setA2Time(Date, Hour, Minute+2, 0x0, false, false, false); // Turn on both alarms, with external interrupt Clock.turnOnAlarm(1); Clock.turnOnAlarm(2);
이걸 이용하여 알람을 설정할 수 있습니다.
위의 source 는 특정 시간 설정 후, 1분과 2분 경과 후에 알람이 뜨도록 되어 있네요.
알람 확인은 기본으로 제공되는 다음 소스에서 확인할 수 있습니다.
File > Examples > DS3231 > DS3231_test
print 부분의 소스가 좀 부실해서 아주 쬐끔 수정 후, 표시된 내용이 아래 입니다.
2018 11 19 2 15 56 58 24h T=24.25 O+ Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0 2018 11 19 2 15 56 59 24h T=24.25 O+ Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0 2018 11 19 2 15 57 0 24h T=24.25 O+ A1! Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0 2018 11 19 2 15 57 2 24h T=24.25 O+ Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0 ...... 2018 11 19 2 15 57 59 24h T=24.25 O+ Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0 2018 11 19 2 15 58 0 24h T=24.25 O+ A2! Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0 2018 11 19 2 15 58 1 24h T=24.25 O+ Alarm 1: 2 DoW 15 57 0 enabled Alarm_1 bits: 0 Alarm 2: 19 Date 15 58 enabled Alarm_2 bits: 0
시간 설정 1분 후와 2분 후에 A1 과 A2 알람이 표시된 것을 확인할 수 있습니다.
알람 설정은, 시간 설정/표시 보다 훨씬 복잡합니다.
BCD 및 EEPROM 값에 대한 완벽한 이해가 있어야 하더군요.
소스를 새로 짤 수 있으나 너무 힘을 들이는 듯 해서,
지금까지 본것 중에 최고의 source 를 만들어 놓은 분의 website를 대신해서 기록해 봅니다.
* Arduino real time clock with alarm and temperature monitor using DS3231
- https://simple-circuit.com/arduino-ds3231-real-time-clock-alarm-temperature/
이걸 만든 양반은 실제 상용으로 사용해도 될만큼 시간설정 및 알람 설정이 가능하도록 만들었습니다.
EEPROM 의 각 값들이 어떻게 사용되는지에 대한 완벽한 code 가 포함되어 있습니다.
또한 편한 library 를 사용하지 않고, 오로지 Wire.h 라이브러리만을 이용하여 직접 모든 것을 컨트롤 했습니다.
/* Arduino real time clock and calendar with 2 alarm functions and temperature monitor using DS3231
Read DS3231 RTC datasheet to understand the code
Time & date parameters can be set using two push buttons connected to pins 9 (B1) & 10 (B2).
Alarm1 and alarm2 can be set using two push buttons connected to 11 (B3) & 10 (B2).
Pin 12 becomes high when alarm occurred and button B2 returns it to low and
turns the occurred alarm OFF.
DS3231 interrupt pin is connected to Arduino external interrupt pin 2.
*/
// include LCD library code
#include "LiquidCrystal.h"
// include Wire library code (needed for I2C protocol devices)
#include "Wire.h"
// LCD module connections (RS, E, D4, D5, D6, D7)
LiquidCrystal lcd(3, 4, 5, 6, 7, 8);
const int button1 = 9; // button1 pin number
const int button2 = 10; // button1 pin number
const int button3 = 11; // button1 pin number
const int alarm_pin = 12; // Alarms pin number
void setup() {
pinMode(9, INPUT_PULLUP);
pinMode(10, INPUT_PULLUP);
pinMode(11, INPUT_PULLUP);
pinMode(12, OUTPUT);
digitalWrite(alarm_pin, LOW);
// set up the LCD's number of columns and rows
lcd.begin(20, 4);
Wire.begin(); // Join i2c bus
attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(2), Alarm, FALLING);
}
// Variables declaration
bool alarm1_status, alarm2_status;
char Time[] = " : : ",
calendar[] = " / /20 ",
alarm1[] = "A1: : :00", alarm2[] = "A2: : :00",
temperature[] = "T: . C";
byte i, second, minute, hour, day, date, month, year,
alarm1_minute, alarm1_hour, alarm2_minute, alarm2_hour,
status_reg;
void Alarm(){
digitalWrite(alarm_pin, HIGH);
}
void DS3231_read(){ // Function to read time & calendar data
Wire.beginTransmission(0x68); // Start I2C protocol with DS3231 address
Wire.write(0); // Send register address
Wire.endTransmission(false); // I2C restart
Wire.requestFrom(0x68, 7); // Request 7 bytes from DS3231 and release I2C bus at end of reading
second = Wire.read(); // Read seconds from register 0
minute = Wire.read(); // Read minuts from register 1
hour = Wire.read(); // Read hour from register 2
day = Wire.read(); // Read day from register 3
date = Wire.read(); // Read date from register 4
month = Wire.read(); // Read month from register 5
year = Wire.read(); // Read year from register 6
}
void alarms_read_display(){ // Function to read and display alarm1, alarm2 and temperature data
byte control_reg, temperature_lsb;
char temperature_msb;
Wire.beginTransmission(0x68); // Start I2C protocol with DS3231 address
Wire.write(0x08); // Send register address
Wire.endTransmission(false); // I2C restart
Wire.requestFrom(0x68, 11); // Request 11 bytes from DS3231 and release I2C bus at end of reading
alarm1_minute = Wire.read(); // Read alarm1 minutes
alarm1_hour = Wire.read(); // Read alarm1 hours
Wire.read(); // Skip alarm1 day/date register
alarm2_minute = Wire.read(); // Read alarm2 minutes
alarm2_hour = Wire.read(); // Read alarm2 hours
Wire.read(); // Skip alarm2 day/date register
control_reg = Wire.read(); // Read the DS3231 control register
status_reg = Wire.read(); // Read the DS3231 status register
Wire.read(); // Skip aging offset register
temperature_msb = Wire.read(); // Read temperature MSB
temperature_lsb = Wire.read(); // Read temperature LSB
// Convert BCD to decimal
alarm1_minute = (alarm1_minute >> 4) * 10 + (alarm1_minute & 0x0F);
alarm1_hour = (alarm1_hour >> 4) * 10 + (alarm1_hour & 0x0F);
alarm2_minute = (alarm2_minute >> 4) * 10 + (alarm2_minute & 0x0F);
alarm2_hour = (alarm2_hour >> 4) * 10 + (alarm2_hour & 0x0F);
// End conversion
alarm1[8] = alarm1_minute % 10 + 48;
alarm1[7] = alarm1_minute / 10 + 48;
alarm1[5] = alarm1_hour % 10 + 48;
alarm1[4] = alarm1_hour / 10 + 48;
alarm2[8] = alarm2_minute % 10 + 48;
alarm2[7] = alarm2_minute / 10 + 48;
alarm2[5] = alarm2_hour % 10 + 48;
alarm2[4] = alarm2_hour / 10 + 48;
alarm1_status = bitRead(control_reg, 0); // Read alarm1 interrupt enable bit (A1IE) from DS3231 control register
alarm2_status = bitRead(control_reg, 1); // Read alarm2 interrupt enable bit (A2IE) from DS3231 control register
if(temperature_msb < 0){
temperature_msb = abs(temperature_msb);
temperature[2] = '-';
}
else
temperature[2] = ' ';
temperature_lsb >>= 6;
temperature[4] = temperature_msb % 10 + 48;
temperature[3] = temperature_msb / 10 + 48;
if(temperature_lsb == 0 || temperature_lsb == 2){
temperature[7] = '0';
if(temperature_lsb == 0) temperature[6] = '0';
else temperature[6] = '5';
}
if(temperature_lsb == 1 || temperature_lsb == 3){
temperature[7] = '5';
if(temperature_lsb == 1) temperature[6] = '2';
else temperature[6] = '7';
}
temperature[8] = 223; // Put the degree symbol
lcd.setCursor(10, 0);
lcd.print(temperature); // Display temperature
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print(alarm1); // Display alarm1
lcd.setCursor(17, 2);
if(alarm1_status) lcd.print("ON "); // If A1IE = 1 print 'ON'
else lcd.print("OFF"); // If A1IE = 0 print 'OFF'
lcd.setCursor(0, 3);
lcd.print(alarm2); // Display alarm2
lcd.setCursor(17, 3);
if(alarm2_status) lcd.print("ON "); // If A2IE = 1 print 'ON'
else lcd.print("OFF"); // If A2IE = 0 print 'OFF'
}
void calendar_display(){ // Function to display calendar
switch(day){
case 1: strcpy(calendar, "Sun / /20 "); break;
case 2: strcpy(calendar, "Mon / /20 "); break;
case 3: strcpy(calendar, "Tue / /20 "); break;
case 4: strcpy(calendar, "Wed / /20 "); break;
case 5: strcpy(calendar, "Thu / /20 "); break;
case 6: strcpy(calendar, "Fri / /20 "); break;
case 7: strcpy(calendar, "Sat / /20 "); break;
default: strcpy(calendar, "Sat / /20 ");
}
calendar[13] = year % 10 + 48;
calendar[12] = year / 10 + 48;
calendar[8] = month % 10 + 48;
calendar[7] = month / 10 + 48;
calendar[5] = date % 10 + 48;
calendar[4] = date / 10 + 48;
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(calendar); // Display calendar
}
void DS3231_display(){
// Convert BCD to decimal
second = (second >> 4) * 10 + (second & 0x0F);
minute = (minute >> 4) * 10 + (minute & 0x0F);
hour = (hour >> 4) * 10 + (hour & 0x0F);
date = (date >> 4) * 10 + (date & 0x0F);
month = (month >> 4) * 10 + (month & 0x0F);
year = (year >> 4) * 10 + (year & 0x0F);
// End conversion
Time[7] = second % 10 + 48;
Time[6] = second / 10 + 48;
Time[4] = minute % 10 + 48;
Time[3] = minute / 10 + 48;
Time[1] = hour % 10 + 48;
Time[0] = hour / 10 + 48;
calendar_display(); // Call calendar display function
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(Time); // Display time
}
void Blink(){
byte j = 0;
while(j < 10 && (digitalRead(button1) || i >= 5) && digitalRead(button2) && (digitalRead(button3) || i < 5)){
j++;
delay(25);
}
}
byte edit(byte x, byte y, byte parameter){
char text[3];
while(!digitalRead(button1) || !digitalRead(button3)); // Wait until button B1 is released
while(true){
while(!digitalRead(button2)){ // If button B2 is pressed
parameter++;
if(((i == 0) || (i == 5)) && parameter > 23) // If hours > 23 ==> hours = 0
parameter = 0;
if(((i == 1) || (i == 6)) && parameter > 59) // If minutes > 59 ==> minutes = 0
parameter = 0;
if(i == 2 && parameter > 31) // If date > 31 ==> date = 1
parameter = 1;
if(i == 3 && parameter > 12) // If month > 12 ==> month = 1
parameter = 1;
if(i == 4 && parameter > 99) // If year > 99 ==> year = 0
parameter = 0;
if(i == 7 && parameter > 1) // For alarms ON or OFF (1: alarm ON, 0: alarm OFF)
parameter = 0;
lcd.setCursor(x, y);
if(i == 7){ // For alarms ON & OFF
if(parameter == 1) lcd.print("ON ");
else lcd.print("OFF");
}
else{
sprintf(text,"%02u", parameter);
lcd.print(text);
}
if(i >= 5){
DS3231_read(); // Read data from DS3231
DS3231_display(); // Display DS3231 time and calendar
}
delay(200); // Wait 200ms
}
lcd.setCursor(x, y);
lcd.print(" "); // Print two spaces
if(i == 7) lcd.print(" "); // Print space (for alarms ON & OFF)
Blink(); // Call Blink function
lcd.setCursor(x, y);
if(i == 7){ // For alarms ON & OFF
if(parameter == 1) lcd.print("ON ");
else lcd.print("OFF");
}
else{
sprintf(text,"%02u", parameter);
lcd.print(text);
}
Blink();
if(i >= 5){
DS3231_read();
DS3231_display();}
if((!digitalRead(button1) && i < 5) || (!digitalRead(button3) && i >= 5)){
i++; // Increment 'i' for the next parameter
return parameter; // Return parameter value and exit
}
}
}
void loop() {
if(!digitalRead(button1)){ // If B1 button is pressed
i = 0;
hour = edit(0, 0, hour);
minute = edit(3, 0, minute);
while(!digitalRead(button1)); // Wait until button B1 released
while(true){
while(!digitalRead(button2)){ // If button B2 button is pressed
day++; // Increment day
if(day > 7) day = 1;
calendar_display(); // Call display_calendar function
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(calendar); // Display calendar
delay(200);
}
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" "); // Print 3 spaces
Blink();
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(calendar); // Print calendar
Blink(); // Call Blink function
if(!digitalRead(button1)) // If button B1 is pressed
break;
}
date = edit(4, 1, date); // Edit date
month = edit(7, 1, month); // Edit month
year = edit(12, 1, year); // Edit year
// Convert decimal to BCD
minute = ((minute / 10) << 4) + (minute % 10);
hour = ((hour / 10) << 4) + (hour % 10);
date = ((date / 10) << 4) + (date % 10);
month = ((month / 10) << 4) + (month % 10);
year = ((year / 10) << 4) + (year % 10);
// End conversion
// Write time & calendar data to DS3231 RTC
Wire.beginTransmission(0x68); // Start I2C protocol with DS3231 address
Wire.write(0); // Send register address
Wire.write(0); // Reset sesonds and start oscillator
Wire.write(minute); // Write minute
Wire.write(hour); // Write hour
Wire.write(day); // Write day
Wire.write(date); // Write date
Wire.write(month); // Write month
Wire.write(year); // Write year
Wire.endTransmission(); // Stop transmission and release the I2C bus
delay(200);
}
if(!digitalRead(button3)){ // If B3 button is pressed
while(!digitalRead(button3)); // Wait until button B3 released
i = 5;
alarm1_hour = edit(4, 2, alarm1_hour);
alarm1_minute = edit(7, 2, alarm1_minute);
alarm1_status = edit(17, 2, alarm1_status);
i = 5;
alarm2_hour = edit(4, 3, alarm2_hour);
alarm2_minute = edit(7, 3, alarm2_minute);
alarm2_status = edit(17, 3, alarm2_status);
alarm1_minute = ((alarm1_minute / 10) << 4) + (alarm1_minute % 10);
alarm1_hour = ((alarm1_hour / 10) << 4) + (alarm1_hour % 10);
alarm2_minute = ((alarm2_minute / 10) << 4) + (alarm2_minute % 10);
alarm2_hour = ((alarm2_hour / 10) << 4) + (alarm2_hour % 10);
// Write alarms data to DS3231
Wire.beginTransmission(0x68); // Start I2C protocol with DS3231 address
Wire.write(7); // Send register address (alarm1 seconds)
Wire.write(0); // Write 0 to alarm1 seconds
Wire.write(alarm1_minute); // Write alarm1 minutes value to DS3231
Wire.write(alarm1_hour); // Write alarm1 hours value to DS3231
Wire.write(0x80); // Alarm1 when hours, minutes, and seconds match
Wire.write(alarm2_minute); // Write alarm2 minutes value to DS3231
Wire.write(alarm2_hour); // Write alarm2 hours value to DS3231
Wire.write(0x80); // Alarm2 when hours and minutes match
Wire.write(4 | alarm1_status | (alarm2_status << 1)); // Write data to DS3231 control register (enable interrupt when alarm)
Wire.write(0); // Clear alarm flag bits
Wire.endTransmission(); // Stop transmission and release the I2C bus
delay(200); // Wait 200ms
}
if(!digitalRead(button2) && digitalRead(alarm_pin)){ // When button B2 pressed with alarm (Reset and turn OFF the alarm)
digitalWrite(alarm_pin, LOW); // Turn OFF the alarm indicator
Wire.beginTransmission(0x68); // Start I2C protocol with DS3231 address
Wire.write(0x0E); // Send register address (control register)
// Write data to control register (Turn OFF the occurred alarm and keep the other as it is)
Wire.write(4 | (!bitRead(status_reg, 0) & alarm1_status) | ((!bitRead(status_reg, 1) & alarm2_status) << 1));
Wire.write(0); // Clear alarm flag bits
Wire.endTransmission(); // Stop transmission and release the I2C bus
}
DS3231_read(); // Read time and calendar parameters from DS3231 RTC
alarms_read_display(); // Read and display alarms parameters
DS3231_display(); // Display time & calendar
delay(50); // Wait 50ms
}
// End of code
이렇게 긴 source 는 붙여넣기 하면 이쁘지 않지만, 너무 잘 짠 코드라 여기에 남깁니다.
6. Square Wave - 정현파 만들기
RTC에 왠 정현파 재조기 인가 하는데, 시간은 정확한 oscillator 를 사용하므로,
square wave 를 정확하게 만들 수 있는 기능이 있습니다.
만들 수 있는 주파수는 다음과 같습니다.
- 1.024kHz
- 4.096kHz
- 8.192kHz
- 32.768kHz
source 는 Example 에 올라와 있는 내용을 그대로 사용해 봤습니다.
File > Examples > DS3231 > DS3231_oscillator_test
// Oscillator functions void enableOscillator(bool TF, bool battery, byte frequency); // turns oscillator on or off. True is on, false is off. // if battery is true, turns on even for battery-only operation, // otherwise turns off if Vcc is off. // frequency must be 0, 1, 2, or 3. // 0 = 1 Hz // 1 = 1.024 kHz // 2 = 4.096 kHz // 3 = 8.192 kHz (Default if frequency byte is out of range); void enable32kHz(bool TF); // Turns the 32kHz output pin on (true); or off (false). bool oscillatorCheck();; // Checks the status of the OSF (Oscillator Stop Flag);. // If this returns false, then the clock is probably not // giving you the correct time. // The OSF is cleared by function setSecond();.
마침 DSO150 이라는 DIY oscilloscope 를 만들어 놓은 것이 있네요.
* Hardware | DSO150 Oscilloscope
- http://chocoball.tistory.com/entry/HardwareDSO150Oscilloscope
SQW 에 DSO150 을 연결해서 확인해 봅니다.
신기하게도 정현파가 잘 뜨네요.
단, 32kHz 는 높은 주파수라서 그런지 32K 단자에서 따로 검출할 수 있습니다.
7. 시간 표시를 2 digit 로 바꾸기
시간, 분, 초의 표시가 10자리 밑이면 한자리 값으로만 나옵니다.
6초면 "06"이 아니라 "6" 으로 표시되면서 자리 위치가 자꾸 바뀌는게 마음에 들지 않습니다.
값을 EEPROM 에서 리턴 받으면 10 이하일 경우 "0" 을 삽입해 주는 코드를 추가하여 아래와 같이 수정했습니다.
#include "SPI.h"
#include "Wire.h"
#include "Adafruit_GFX.h"
#include "Adafruit_SSD1306.h"
Adafruit_SSD1306 display = Adafruit_SSD1306();
#define DS3231_I2C_ADDRESS 104
// SCL - pin A5
// SDA - pin A4
// To set the clock, run the sketch and use the serial monitor.
// Enter T1124154091014; the code will read this and set the clock. See the code for full details.
byte seconds, minutes, hours, day, date, month, year;
char weekDay[4];
byte tMSB, tLSB;
float temp3231;
String T_seconds, T_minutes, T_hours, D_date, D_month, D_year;
void setup() {
Serial.begin(9600);
display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C); // initialize with the I2C addr 0x3C (for the 128x32)
display.clearDisplay();
display.display();
delay(1000);
Wire.begin();
}
void loop() {
watchConsole();
get3231Date();
display.clearDisplay();
display.setTextColor(WHITE);
display.setCursor(0,0);
display.setTextSize(1);
if (seconds < 10) { T_seconds = "0" + String(seconds, DEC);} else {T_seconds = String(seconds, DEC);}
if (minutes < 10) { T_minutes = "0" + String(minutes, DEC);} else {T_minutes = String(minutes, DEC);}
if (hours < 10) { T_hours = "0" + String(hours, DEC);} else {T_hours = String(hours, DEC);}
if (date < 10) { D_date = "0" + String(date, DEC);} else {D_date = String(date, DEC);}
if (month < 10) { D_month = "0" + String(month, DEC);} else {D_month = String(month, DEC);}
if (year < 10) { D_year = "0" + String(year, DEC);} else {D_year = String(year, DEC);}
display.print("DATE : "); display.print(weekDay); display.print(", "); display.print(D_date); display.print("/"); display.print(D_month); display.print("/"); display.println(D_year);
display.print("TIME : "); display.print(T_hours); display.print(":"); display.print(T_minutes); display.print(":"); display.println(T_seconds);
display.print("TEMP : "); display.println(get3231Temp());
display.display();
delay(1000);
}
// Convert normal decimal numbers to binary coded decimal
byte decToBcd(byte val) {
return ( (val/10*16) + (val%10) );
}
void watchConsole() {
if (Serial.available()) { // Look for char in serial queue and process if found
if (Serial.read() == 84) { //If command = "T" Set Date
set3231Date();
get3231Date();
Serial.println(" ");
}
}
}
void set3231Date() {
//T(sec)(min)(hour)(dayOfWeek)(dayOfMonth)(month)(year)
//T(00-59)(00-59)(00-23)(1-7)(01-31)(01-12)(00-99)
//Example: 02-Feb-09 @ 19:57:11 for the 3rd day of the week -> T1157193020209
// T1124154091014
seconds = (byte) ((Serial.read() - 48) * 10 + (Serial.read() - 48)); // Use of (byte) type casting and ascii math to achieve result.
minutes = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48));
hours = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48));
day = (byte) (Serial.read() - 48); // set day of week (1=Sunday, 7=Saturday)
date = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48));
month = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48));
year = (byte) ((Serial.read() - 48) *10 + (Serial.read() - 48));
Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS);
Wire.write(0x00);
Wire.write(decToBcd(seconds));
Wire.write(decToBcd(minutes));
Wire.write(decToBcd(hours));
Wire.write(decToBcd(day));
Wire.write(decToBcd(date));
Wire.write(decToBcd(month));
Wire.write(decToBcd(year));
Wire.endTransmission();
}
void get3231Date() {
// send request to receive data starting at register 0
Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS); // 104 is DS3231 device address
Wire.write(0x00); // start at register 0
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 7); // request seven bytes
if(Wire.available()) {
seconds = Wire.read(); // get seconds
minutes = Wire.read(); // get minutes
hours = Wire.read(); // get hours
day = Wire.read();
date = Wire.read();
month = Wire.read(); //temp month
year = Wire.read();
seconds = (((seconds & B11110000)>>4)*10 + (seconds & B00001111)); // convert BCD to decimal
minutes = (((minutes & B11110000)>>4)*10 + (minutes & B00001111)); // convert BCD to decimal
hours = (((hours & B00110000)>>4)*10 + (hours & B00001111)); // convert BCD to decimal (assume 24 hour mode)
day = (day & B00000111); // 1-7
date = (((date & B00110000)>>4)*10 + (date & B00001111)); // 1-31
month = (((month & B00010000)>>4)*10 + (month & B00001111)); //msb7 is century overflow
year = (((year & B11110000)>>4)*10 + (year & B00001111));
} else {
//oh noes, no data!
}
switch (day) {
case 1:
strcpy(weekDay, "Sun");
break;
case 2:
strcpy(weekDay, "Mon");
break;
case 3:
strcpy(weekDay, "Tue");
break;
case 4:
strcpy(weekDay, "Wed");
break;
case 5:
strcpy(weekDay, "Thu");
break;
case 6:
strcpy(weekDay, "Fri");
break;
case 7:
strcpy(weekDay, "Sat");
break;
}
}
float get3231Temp() {
//temp registers (11h-12h) get updated automatically every 64s
Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS);
Wire.write(0x11);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 2);
if(Wire.available()) {
tMSB = Wire.read(); //2's complement int portion
tLSB = Wire.read(); //fraction portion
temp3231 = (tMSB & B01111111); //do 2's math on Tmsb
temp3231 += ( (tLSB >> 6) * 0.25 ); //only care about bits 7 & 8
} else {
//oh noes, no data!
}
return temp3231;
}
10보다 작은 수가 오면 자동으로 "0" 을 붙여주게 되었습니다.
요일 값을 year / month / date 값을 이용하여 자동으로 연산하여 넣어줄 수 있도록 할 수도 있습니다만,
너무 복잡해 지므로 관련해서 코드를 짠 분의 site 를 링크해 놓습니다.
* Day of the Week calculator
- https://www.hackster.io/erikuchama/day-of-the-week-calculator-cde704
8. DS3231 내부 온도 센서와 BME280 센서와 비교
예전에 온도 전용 센서인 BME280 을 이용하여 측정해 본 경험이 있습니다.
* Hardware | BME280 sensor
- http://chocoball.tistory.com/entry/HardwareBME280
DS3231 내부 온도센서의 정확성 비교를 위해 하룻저녁 두개를 같이 측정해 봤습니다.
꽤나 근접하네요.
DS3231 의 결과값에 일괄적으로 +0.25 를 했더니만 이제 좀 비슷해 진것 같습니다.
그 결과 그래프가 아래 그림입니다. 최종적으로는 +0.3 정도가 가장 적당해 보이네요.
DS3231 내부 온도센서의 정확성을 위해,
추출한 값을 100 곱한 다음, 마지막에 100 으로 나누는 방식을 채용하여 측정하였습니다.
* How to read DS3231 Internal temperature sensor, example code
- http://forum.arduino.cc/index.php?topic=262986.15
아래 참고한 사이트를 보면 DS3231 을 가지고 온갖 할 수 있는 일을 다하는 사람의 글 입니다.
* Using a $1 DS3231 Real-time Clock Module with Arduino
- https://thecavepearlproject.org/2014/05/21/using-a-cheap-3-ds3231-rtc-at24c32-eeprom-from-ebay/
최종 비교를 위해 사용된 sketch 는 다음과 같습니다.
#include "Wire.h"
#include "SPI.h"
#include "Adafruit_Sensor.h"
#include "Adafruit_BME280.h"
#define BME_SCK 13
#define BME_MISO 12
#define BME_MOSI 11
#define BME_CS 10
Adafruit_BME280 BME;
const int DS3231_RTC_ADDR = 0x68;
const int DS3231_TEMP_MSB = 0x11;
union int16_byte {
int i;
byte b[2];
} rtcTemp;
void setup() {
Wire.begin();
Serial.begin(9600);
BME.begin();
}
void loop() {
Wire.beginTransmission(DS3231_RTC_ADDR);
Wire.write(DS3231_TEMP_MSB);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(DS3231_RTC_ADDR, 2);
rtcTemp.b[1] = Wire.read();
rtcTemp.b[0] = Wire.read();
long tempC100 = (rtcTemp.i >> 6) * 25; //degrees celsius times 100
Serial.print( tempC100 / 100 );
Serial.print( '.' );
Serial.print( abs(tempC100 % 100) );
Serial.print("\t");
Serial.println(BME.readTemperature());
delay(1000);
}
FIN
이번에 DS3231 을 가지고 놀면서 대학때 배운 BCD 도 다시 해보고,
EEPROM 에 대한 address 방식 등에 대해서도 배울 수 있어서 좋았습니다....
만, 배울게 너무 많아서 힘들었습니다.
당연히 지금껏 사용해본 sensor 중에는 활용도와 배울 점으로는 단연 top 입니다.
관련해서 전문가들도 온갖 기술을 구현해 놨고... 정말 변태같은 sensor 인듯 합니다.
(datasheet 를 보면 뭔가 더 많은데, 여기서 그만 하려구요.)
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