Самодельные часы на ардуино с lcd 1602. Пояснения к коду. Способ программирования Arduino для работы с DS1302

22.03.2019

При сборке своего металлоискателя у меня на руках оказался LCD дисплей 1602, построенный на контроллера HD44780. Решил не упустить возможность и подключить его к своему китайскому аналогу Arduino UNO.

Вот такой дисплей 1602 будем сегодня подключать к Arduino.

Цифры «1602» говорят о том, что дисплей состоит из 2-х строк, по 16 символов. Это довольно распространённый экран, с применением которого народ конструирует часы, тестеры и прочие гаджеты. Дисплей бывает с зелёной и голубой подсветкой.

К дисплею я припаял гребёнку контактов, что бы можно было легко подключать провода.

Подключать дисплей 1602 к Arduino будем через 4-битный вариант параллельного интерфейса. Существует вариант и 8-битного интерфейса, но при нём задействуется больше проводов, а выигрыша в этом мы не увидим.

Кроме дисплея и Arduino, нам понадобятся провода и переменный резистор на 10кОм. Резистор подойдёт любой марки, лишь бы был необходимого номинала.

Питание на дисплей подаётся через 1-й (VSS) и 2-й (VDD) выводы. К выводам 15 (А) и 16 (K) - подаётся питание на подсветку дисплея. Поскольку для питания и подсветки используется одно напряжение +5В, запитаем их от пинов Arduino «5V» и «GND» . Главное не перепутать полярность, иначе можно спалить электронику дисплея.

3-й вывод (V0) подключаем к ножке переменного резистора, им будем управлять контрастностью дисплея. Резистор можно не использовать, а вывод «V0» подключить к GND . В таком случае контрастность будет максимальной и не будет возможности её плавной регулировки.

5-й вывод (RW) используется для чтения с дисплея либо для записи в него. Поскольку мы будем только писать в дисплей, соединим этот вывод с землёй (GND) .

Выводы: 4-й (RS) , 6-й (E) , 11-й (D4) , 12-й (D5) , 13-й (D6) , 14-й (D7) подключаем к цифровым пинам Arduino. Не обязательно использовать пины те же что и у меня, можно подключить к любым цифровым, главное затем правильно их выставить в скетче.

Моя подключённая Ардуина, осталось соединить её с компьютером через USB и залить скетч.

В примете будем использовать скетч из стандартного набора.

В Arduino IDE выбираем «Файл» - «Образцы» - «LiquidCrystal» - «HelloWorld» .

Давайте посмотрим на код скетча.

В строке «LiquidCrystal lcd» , в скобках, выставлены цифровые пины, которые задействованы на Arduino. Пины выставляются в такой последовательности: RS, E, DB4, DB5, DB6, DB7 . Если вы задействовали другие цифровые пины, при подключении дисплея, впишите их в нужной последовательности в скобках.

В строке «lcd.print("hello, world!");» выводится приветствие на дисплей, по-умолчанию это надпись «hello, world!» , её можно поменять на любую свою, пишем на латинице.

Загружаем скетч в Arduino и вот результат. Вместо «hello, world!» я вписал свой сайт. Строкой ниже, таймер производит отсчёт времени.

LCD дисплей Arduino позволяет визуально отображать данные с датчиков. Расскажем, как правильно подключить LCD монитор к Arduino по I2C и рассмотрим основные команды инициализации и управления LCD 1602. Также рассмотрим различные функции в языке программирования C++, для вывода текстовой информации на дисплее, который часто требуется использовать в проектах на Ардуино.

Видео. Arduino LCD Display I2C 1602

LCD 1602 I2C подключение к Arduino

I2C - последовательная двухпроводная шина для связи интегральных схем внутри электронных приборов, известна, как I²C или IIC (англ. Inter-Integrated Circuit). I²C была разработана фирмой Philips в начале 1980-х годов, как простая 8-битная шина для внутренней связи между схемами в управляющей электронике (например, в компьютерах на материнских платах, в мобильных телефонах и т.д.).

В простой системе I²C может быть несколько ведомых устройств и одно ведущее устройство, которое инициирует передачу данных и синхронизирует сигнал. К линиям SDA (линия данных) и SCL (линия синхронизации) можно подключить несколько ведомых устройств. Часто ведущим устройством является контроллер Ардуино, а ведомыми устройствами: часы реального времени или LCD Display.

Как подключить LCD 1602 к Ардуино по I2C

Жидкокристаллический дисплей 1602 с I2C модулем подключается к плате Ардуино всего 4 проводами — 2 провода данных и 2 провода питания. Подключение дисплея 1602 проводится стандартно для шины I2C: вывод SDA подключается к порту A4, вывод SCL – к порту A5. Питание LCD дисплея осуществляется от порта +5V на Arduino. Смотрите подробнее схему подключения жк монитора 1602 на фото ниже.

Для занятия нам понадобятся следующие детали:

плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
LCD монитор 1602;
4 провода «папа-мама».

После подключения LCD монитора к Ардуино через I2C вам потребуется установить библиотеку LiquidCrystal_I2C.h для работы с LCD дисплеем по интерфейсу I2C и библиотека Wire.h (имеется в стандартной программе Arduino IDE). Скачать рабочую библиотеку LiquidCrystal_I2C.h для LCD 1602 с модулем I2C можно на странице Библиотеки для Ардуино на нашем сайте по прямой ссылке с Google Drive.

Скетч для дисплея 1602 с I2C

#include // библиотека для управления устройствами по I2C #include // подключаем библиотеку для LCD 1602 LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,20,2); // присваиваем имя lcd для дисплея 20х2 void setup () // процедура setup { lcd.init (); // инициализация LCD дисплея lcd.backlight (); // включение подсветки дисплея lcd.setCursor (0,0); // ставим курсор на 1 символ первой строки lcd.print ("I LOVE"); // печатаем сообщение на первой строке lcd.setCursor (0,1); // ставим курсор на 1 символ второй строки lcd.print ("ARDUINO"); // печатаем сообщение на второй строке } void loop () // процедура loop { /* это многострочный комментарий // изначально процедура void loop() в скетче не используется lcd.noDisplay(); // выключаем подсветку LCD дисплея delay(500); // ставим паузу lcd.display(); // включаем подсветку LCD дисплея delay(500); // ставим паузу */ }

Пояснения к коду:

библиотека LiquidCrystal_I2C.h содержит множество команд для управления LCD дисплея по шине I²C и позволяет значительно упростить скетч;
скетч содержит многострочный комментарий /* ... */ , который позволяет закомментировать сразу несколько строк в программе.
перед выводом информации на дисплей, необходимо задать положение курсора командой setCursor(0,1) , где 0 — номер символа в строке, 1 — номер строки.

Во многих проектах Ардуино требуется отслеживать и фиксировать время наступления тех или иных событий. Модуль часов реального времени, оснащенный дополнительной батарей, позволяет хранить текущую дату, не завися от наличия питания на самом устройстве. В этой статье мы поговорим о наиболее часто встречающихся модулях RTC DS1307, DS1302, DS3231, которые можно использовать с платой Arduino.

Модуль часов представляет собой небольшую плату, содержащей, как правило, одну из микросхем DS1307, DS1302, DS3231.Кроме этого, на плате практически можно найти механизм установки батарейки питания. Такие платы часто применяется для учета времени, даты, дня недели и других хронометрических параметров. Модули работают от автономного питания – батареек, аккумуляторов, и продолжают проводить отсчет, даже если на Ардуино отключилось питание. Наиболее распространенными моделями часов являются DS1302, DS1307, DS3231. Они основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (часы реального времени).

Часы ведут отсчет в единицах, которые удобны обычному человеку – минуты, часы, дни недели и другие, в отличие от обычных счетчиков и тактовых генераторов, которые считывают «тики». В Ардуино имеется специальная функция millis(), которая также может считывать различные временные интервалы. Но основным недостатком этой функции является сбрасывание в ноль при включении таймера. С ее помощью можно считать только время, установить дату или день недели невозможно. Для решения этой проблемы и используются модули часов реального времени.

Электронная схема включает в себя микросхему, источник питания, кварцевый резонатор и резисторы. Кварцевый резонатор работает на частоте 32768 Гц, которая является удобной для обычного двоичного счетчика. В схеме DS3231 имеется встроенный кварц и термостабилизация, которые позволяют получить значения высокой точности.

Сравнение популярных модулей RTC DS1302, DS1307, DS3231

В этой таблице мы привели список наиболее популярных модулей и их основные характеристики.

Название	Частота	Точность	Поддерживаемые протоколы
DS1307	1 Гц, 4.096 кГц, 8.192 кГц, 32.768 кГц	Зависит от кварца – обычно значение достигает 2,5 секунды в сутки, добиться точности выше 1 секунды в сутки невозможно. Также точность зависит от температуры.	I2C
DS1302	32.768 кГц	5 секунд в сутки	I2C, SPI
DS3231	Два выхода – первый на 32.768 кГц, второй – программируемый от 1 Гц до 8.192 кГц	±2 ppm при температурах от 0С до 40С. ±3,5 ppm при температурах от -40С до 85С. Точность измерения температуры – ±3С	I2C

Модуль DS1307

DS1307 – это модуль, который используется для отсчета времени. Он собран на основе микросхемы DS1307ZN, питание поступает от литиевой батарейки для реализации автономной работы в течение длительного промежутка времени. Батарея на плате крепится на обратной стороне. На модуле имеется микросхема AT24C32 – это энергонезависимая память EEPROM на 32 Кбайт. Обе микросхемы связаны между собой шиной I2C. DS1307 обладает низким энергопотреблением и содержит часы и календарь по 2100 год.

Модуль обладает следующими параметрами:

Питание – 5В;
Диапазон рабочих температур от -40С до 85С;
56 байт памяти;
Литиевая батарейка LIR2032;
Реализует 12-ти и 24-х часовые режимы;
Поддержка интерфейса I2C.

Модуль оправдано использовать в случаях, когда данные считываются довольно редко, с интервалом в неделю и более. Это позволяет экономить на питании, так как при бесперебойном использовании придется больше тратить напряжения, даже при наличии батарейки. Наличие памяти позволяет регистрировать различные параметры (например, измерение температуры) и считывать полученную информацию из модуля.

Взаимодействие с другими устройствами и обмен с ними информацией производится с помощью интерфейса I2C с контактов SCL и SDA. В схеме установлены резисторы, которые позволяют обеспечивать необходимый уровень сигнала. Также на плате имеется специальное место для крепления датчика температуры DS18B20.Контакты распределены в 2 группы, шаг 2,54 мм. В первой группе контактов находятся следующие выводы:

DS – вывод для датчика DS18B20;
SCL – линия тактирования;
SDA – линия данных;
VCC – 5В;

Во второй группе контактов находятся:

SQ – 1 МГц;
BAT – вход для литиевой батареи.

Для подключения к плате Ардуино нужны сама плата (в данном случае рассматривается Arduino Uno), модуль часов реального времени RTC DS1307, провода и USB кабель.

Чтобы подключить контроллер к Ардуино, используются 4 пина – VCC, земля, SCL, SDA.. VCC с часов подключается к 5В на Ардуино, земля с часов – к земле с Ардуино, SDA – А4, SCL – А5.

Для начала работы с модулем часов нужно установить библиотеки DS1307RTC, TimeLib и Wire. Можно использовать для работы и RTCLib.

Проверка RTC модуля

При запуске первого кода программа будет считывать данные с модуля раз в секунду. Сначала можно посмотреть, как поведет себя программа, если достать из модуля батарейку и заменить на другую, пока плата Ардуино не присоединена к компьютеру. Нужно подождать несколько секунд и вытащить батарею, в итоге часы перезагрузятся. Затем нужно выбрать пример в меню Examples→RTClib→ds1307. Важно правильно поставить скорость передачи на 57600 bps.

При открытии окна серийного монитора должны появиться следующие строки:

Будет показывать время 0:0:0. Это связано с тем, что в часах пропадает питание, и отсчет времени прекратится. По этой причине нельзя вытаскивать батарею во время работы модуля.

Чтобы провести настройку времени на модуле, нужно в скетче найти строку

RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));

В этой строке будут находиться данные с компьютера, которые используются ля прошивки модуля часов реального времени. Для корректной работы нужно сначала проверить правильность даты и времени на компьютере, и только потом начинать прошивать модуль часов. После настройки в мониторе отобразятся следующие данные:

Настройка произведена корректно и дополнительно перенастраивать часы реального времени не придется.

Считывание времени. Как только модуль настроен, можно отправлять запросы на получение времени. Для этого используется функция now(), возвращающая объект DateTime, который содержит информацию о времени и дате. Существует ряд библиотек, которые используются для считывания времени. Например, RTC.year() и RTC.hour() – они отдельно получают информацию о годе и часе. При работе с ними может возникнуть проблема: например, запрос на вывод времени будет сделан в 1:19:59. Прежде чем показать время 1:20:00, часы выведут время 1:19:00, то есть, по сути, будет потеряна одна минута. Поэтому эти библиотеки целесообразно использовать в случаях, когда считывание происходит нечасто – раз в несколько дней. Существуют и другие функции для вызова времени, но если нужно уменьшить или избежать погрешностей, лучше использовать now() и из нее уже вытаскивать необходимые показания.

Пример проекта с i2C модулем часов и дисплеем

Проект представляет собой обычные часы, на индикатор будет выведено точное время, а двоеточие между цифрами будет мигать с интервалом раз в одну секунду. Для реализации проекта потребуются плата Arduino Uno, цифровой индикатор, часы реального времени (в данном случае вышеописанный модуль ds1307), шилд для подключения (в данном случае используется Troyka Shield), батарейка для часов и провода.

В проекте используется простой четырехразрядный индикатор на микросхеме TM1637. Устройство обладает двухпроводным интерфейсом и обеспечивает 8 уровней яркости монитора. Используется только для показа времени в формате часы:минуты. Индикатор прост в использовании и легко подключается. Его выгодно применять для проектов, когда не требуется поминутная или почасовая проверка данных. Для получения более полной информации о времени и дате используются жидкокристаллические мониторы.

Модуль часов подключается к контактам SCL/SDA, которые относятся к шине I2C. Также нужно подключить землю и питание. К Ардуино подключается так же, как описан выше: SDA – A4, SCL – A5, земля с модуля к земле с Ардуино, VCC -5V.

Индикатор подключается просто – выводы с него CLK и DIO подключаются к любым цифровым пинам на плате.

Скетч. Для написания кода используется функция setup, которая позволяет инициализировать часы и индикатор, записать время компиляции. Вывод времени на экран будет выполнен с помощью loop.

#include #include "TM1637.h" #include "DS1307.h" //нужно включить все необходимые библиотеки для работы с часами и дисплеем. char compileTime = __TIME__; //время компиляции. #define DISPLAY_CLK_PIN 10 #define DISPLAY_DIO_PIN 11 //номера с выходов Ардуино, к которым присоединяется экран; void setup() { display.set(); display.init(); //подключение и настройка экрана. clock.begin(); //включение часов. byte hour = getInt(compileTime, 0); byte minute = getInt(compileTime, 2); byte second = getInt(compileTime, 4); //получение времени. clock.fillByHMS(hour, minute, second); //подготовка для записывания в модуль времени. clock.setTime(); //происходит запись полученной информации во внутреннюю память, начало считывания времени. } void loop() { int8_t timeDisp; //отображение на каждом из четырех разрядов. clock.getTime();//запрос на получение времени. timeDisp = clock.hour / 10; timeDisp = clock.hour % 10; timeDisp = clock.minute / 10; timeDisp = clock.minute % 10; //различные операции для получения десятков, единиц часов, минут и так далее. display.display(timeDisp); //вывод времени на индикатор display.point(clock.second % 2 ? POINT_ON: POINT_OFF);//включение и выключение двоеточия через секунду. } char getInt(const char* string, int startIndex) { return int(string - "0") * 10 + int(string) - "0"; //действия для корректной записи времени в двухзначное целое число. В ином случае на экране будет отображена просто пара символов. }

После этого скетч нужно загрузить и на мониторе будет показано время.

Программу можно немного модернизировать. При отключении питания выше написанный скетч приведет к тому, что после включения на дисплее будет указано время, которое было установлено при компиляции. В функции setup каждый раз будет рассчитываться время, которое прошло с 00:00:00 до начала компиляции. Этот хэш будет сравниваться с тем, что хранятся в EEPROM, которые сохраняются при отключении питания.

Для записи и чтения времени в энергонезависимую память или из нее нужно добавить функции EEPROMWriteInt и EEPROMReadInt. Они нужны для проверки совпадения/несовпадения хэша с хэшем, записанным в EEPROM.

Можно усовершенствовать проект. Если использовать жидкокристаллический монитор, можно сделать проект, который будет отображать дату и время на экране. Подключение всех элементов показано на рисунке.

В результате в коде нужно будет указать новую библиотеку (для жидкокристаллических экранов это LiquidCrystal), и добавить в функцию loop() строки для получения даты.

Алгоритм работы следующий:

Подключение всех компонентов;
Проверка – на экране монитора должны меняться ежесекундно время и дата. Если на экране указано неправильное время, нужно добавить в скетч функцию RTC.write (tmElements_t tm). Проблемы с неправильно указанным временем связаны с тем, что модуль часов сбрасывает дату и время на 00:00:00 01/01/2000 при выключении.
Функция write позволяет получить дату и время с компьютера, после чего на экране будут указаны верные параметры.

Заключение

Модули часов используются во многих проектах. Они нужны для систем регистрации данных, при создании таймеров и управляющих устройств, которые работают по заданному расписанию, в бытовых приборах. С помощью широко распространенных и дешевых модулей вы можете создать такие проекты как будильник или регистратор данных с сенсоров, записывая информацию на SD-карту или показывая время на экране дисплея. В этой статье мы рассмотрели типичные сценарии использования и варианты подключения наиболее популярных видов модулей.

С момента приобретения arduino, все никак не было или возможности или времени что-то сделать, начать "изучать" это дело. Но всегда был интерес к любому программированию будь то C, VHDL и прочее.

И вот однажды попал мне в руки экранчик lcd1602, где-то раньше читал, что его под ардуинку собирают. А у меня как раз с распайкой под пины, наверное от какого-нибудь ардуновского набора. Ну и решил, что надо бы его проверить, но проверить его простым включением и выводом текста не слишком интересно. Так и появилась идея написать банально часы и выводить это всё на экранчик.

Наверное стоит обговорить еще тот факт, что это самые простые часы, без кнопок, будильников, погоды и прочего.

После чтения даташитов и изучения информации по подключению экрана к ардуинке получил следующую схему:

При подключении ардуино к usb увидите, что экран загорится синим. На нем должны появится квадратики (экран проинициализирован), если вы их не видите попробуйте покрутить переменный резистор.

Приступим к написанию кода. Логика программы думаю понятна всем, она ровным счетом такая же, как и в любых часах. То есть: Считаем секунды, дошли до 60 - прибавляем минуту, секунды обнуляем, минуты дошли до 60, прибавляем час, обнуляем минуты и секунды.

Вот собственно и сам код программы, с подробнейшими комментариями:

#include //Подключим библиотеку для работы с дисплеем LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); // (RS, E, DB4, DB5, DB6, DB7) //Подключение лисплея к пинам ардуино в моем случае УНО int m=9; //минуты int h=13; //часы int s=55; //секунды void setup() { } void loop() { s=s+1; //считаем секунды delay(990); //пауза для отсчета секунд (подбирается эксперементально) if (s==60) //при 60секундах { s=0; //обнуляем секунды m=m+1; //добавляем минуту if(m==60) //при 60 минутах { m=0; // обнуляем минуты h=h+1; //добавляем час } } //Вывод на дисплей //Вывод времени lcd.begin(16, 2); //Задаем размерность экрана формат: кол-во символов в строке на кол-во строк lcd.setCursor(0, 0); //Устанавливаем курсор в начало 1й строки lcd.print("Time:"); //Выводим надпись "Time:" lcd.setCursor(6, 0); //Устанавливаем курсор в 6й знак, 1й строки lcd.print(h); //Выводим часы lcd.setCursor(8, 0); //Устанавливаем курсор в 8й знак, 1й строки lcd.print(":"); //Вывод двоеточие lcd.setCursor(9, 0); //Устанавливаем курсор в 8й знак, 1й строки lcd.print(m); //выводим минуты lcd.setCursor(11, 0); //Устанавливаем курсор в 8й знак, 1й строки lcd.print(":"); // Вывод двоеточие lcd.setCursor(12, 0); //Устанавливаем курсор в 8й знак, 1й строки lcd.print(s); //Выводим секунды }

Всё! Готово, прошиваемся и смотрим что получилось:

Всё, работает. Надеюсь что статья поможет кому-нибудь. Если будет интересно, то напишу следуюущую статью, где сделаем часы + дата. Спасибо за внимание.

Проект, который отлично впишется в интерьер вашего DIY угла, комнаты, гаража или офиса, в котором вы собираете роботов и всякие гиковские автоматизированные проекты на Arduino.

На выходе проекта вы получите в пределах одного модуля следующие фичи:

Часы!;
Отображение даты и времени на LCD экране;
Встроенный счетчик времени (для того, чтобы засекать время, затраченное на один проект);
Будильник (чтобы напоминать о том, что вы засиделись и пора устроить себе разминку);
Отслеживание движения (сберегает заряд аккумулятора, отключая LCD экран, когда вас нет рядом);
Отлично впишется в ваш интерьер Arduino-разработчика!

Необходимые материалы для проекта

LCD Keypad Shield (LCD шилд с кнопками) для Arduino (в данном случае - от производителя DFRobot)
Часы реального времени (RTC) DS1307 (от Adafruit);
Закрывающийся бокс (можно найти в радиомагазине или заказать у китайцев);
Зуммер (Piezo Buzzer);
PIR (Пассивный инфракрасный датчик движения);
Проводники мама/мама;
Джек 2.1 мм;
Переходник для батарейки 9 В 5.5 мм / 2.1 мм;
Крона 9 В.

Фото деталей и узлов для проекта

Сборка модуля часов реального времени

Порой модуль часов реального времени (например, от компании Adafruit DS1307), поставляется в виде отдельных компонентов. Сборка не должна вызвать проблем. Тем более, есть отличная инструкция по использованию и сборке модуля часов реального времени . Как правило, батарейка идет в комплектации модуля. Работать от одной батарейки он будет не меньше трех лет.

Коннектор для питания

Для того, чтобы не возникало проблем с подключением Arduino, используется джек на 2.1 мм, к которому припаены контакты. В боксе сделано отверстие, джек посажен на клей. Теперь подключение Arduino не составляет проблем.

Батарейка (крона) на 9 В просто устанавливается на заднюю часть бокса.

Если вы обратили внимание, в боксе есть еще одно отверстие. Это была первая неудачная попытка. Джек в это отверстие не поместился.

Подсоединяем провода ко всем элементам

Очень рекомендую закупить разноцветные проводники типа мама/мама. Стоят они недорого, а процесс сборки облегчают очень сильно. Подключаем проводники к модулю часов реального времени, ПИР датчику движения , зуммеру, чтобы в дальнейшем подключить их к LCD шилду.

Подключаем все к LCD шилду

После этого добавлен кусок кода из скетча от DFRobot для LCD шилда (включая опцию управления кнопками). Этот скетч можно скачать .

Функции кнопок

На LCD шилде кнопки подписаны (смотрите на фото). Первые пять из шести доступных кнопок (button) были запрограммированы следующим образом:

Кнопка #1 (подписана SELECT) - это кнопка Menu. Эта кнопка отвечает за отображение листаемого списка доступных функций (таймер, установка будильника).

Кнопка #2 (подписана LEFT) - кнопка Select. Служит для выбора функции. Примечание: также используется для инкремента на 10 , когда выбраны часы, минуты и т.п.

Кнопки #3 и 4 (подписаны UP и DOWN) - кнопки Increment и Decrement (инкремент и декремент). Используются для уменьшения и увеличения часов и минут при настройке таймера или будильника. Используются также для переключения между временами суток AM и PM.

Кнопка #5 (подписана RIGHT) - GO! Используется для принятия выбранного значения (например, настроенных минут или часов).

Кнопка #6 (отмечена RST) - Reset, которая перезагружает наш Arduino.

Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!