【Arduino连接时钟模块在LCD1602上显示时间】

前言

时间在当今社会至关重要，对于某些电子产品，时间至关重要；就像我们一样，他们需要一种方法来记录时间和精确的时间。那么，电子产品是如何做到这一点的呢？实时时钟或 RTC 是嵌入在集成电路或 IC 中的计时设备。答案是 DS1307。许多时间关键的应用程序和设备都依赖它，包括服务器、GPS 和数据记录器。

关于 DS1307

DS1307 是具有 56 字节 SRAM 的电池供电时钟/日历。时钟/日历以秒、分钟、小时、天、日期、月和年显示数据。每个月的结束日期都会自动更改，特别是对于少于 31 天的月份。

它们以集成电路 (IC) 的形式出现，可以像时钟一样控制时间，像日历一样控制日期。RTC 的主要优势在于它有一个备用电池系统，即使断电也能保持时钟/日历正常工作。RTC 需要少量电力才能保持活跃。这些 RTC 可以在各种应用中找到，包括嵌入式设备和计算机主板。

DS1307 引脚排列

SQ==》该引脚可以编程为发射四种方波频率之一：1Hz、4kHz、8kHz 或 32kHz。
DS==》如果您的模块在电池座旁边安装了 DS18B20 温度传感器，则该引脚设计用于输出温度信息（标记为 U1）。
SCL==》是 I2C 接口的时钟输入，用于同步串行接口上​​的数据传输。
SDA==》是 I2C 串行接口的数据输入/输出。
VCC==》该引脚为模块供电。它的范围可以从 3.3 到 5.5 伏。
GND==》是接地引脚。
BAT==》是任何标准 3V 锂电池或其他能源的备用电源输入，允许小工具在主电源丢失时保持精确的时间。

DS1307 模块元件

DS1307 RTC 模块包括 DS3107 芯片正常运行所需的所有板载组件。此外，它还有一个 20mm 3V 锂纽扣电池的支架。该模块可以使用任何 CR2032 电池。让我们一一浏览模块的每个组件。DS1307 记录秒、分、小时、日和月。该芯片在每个月底重置其秒、分、小时和日期。时间可以用 AM 和 PM 的 12 小时格式或 24 小时格式显示。

32kHz 晶体振荡器：

DS1307 芯片需要一个 32KHz 外部晶体振荡器才能工作（计时）。因此，RTC 模块有一个 32KHz 的外部晶振。但是，这个 32KHz 晶振存在一个问题：环境温度的变化会改变晶振的振荡频率。32KHz的外部晶体振荡频率的差异是微不足道的。但是，从长远来看，这是一个错误。它会导致每月时钟漂移 2-3 分钟。

板载 24C32 EEPROM：

DS1307 RTC 模块还具有板载 24C32 EEPROM。该 EEPROM 具有 32 字节容量，仅允许区域性读写操作。为基于警报的项目使用 RTC 模块可以利用此内存来节省时间。例如，我们希望每天早上 8:00 起床，我们可以将这个时间值记录在 EEPROM 中，只要时间等于保存的值，就​​会响起警报。

这些 EEPROM 芯片使用 I2C 接口与 Arduino 等微控制器连接。因此，它使用与 DS1307 相同的 I2C 总线。为了与同一 I2C 总线上的 EEPROM (o 0x50 Hex) 和 DS1307 芯片进行通信，为它们设置了不同的从地址。

备用电池：

用于连接 CR2032 线圈单元的支架位于 RTC 模块的背面。即使连接到 DS1307 的主电源出现故障，这种备用电池也能保持精确的时间。该芯片有一个功率传感器电路，可检测主电源并在主电源丢失时切换到备用线圈单元。

DS18B20 传感器：

外部 DS18B20 数字温度传感器可以连接到该模块上的空插槽。右下角的三个空引脚用作 DS18B20 传感器的占位符，其输出可通过 RTC 模块的 DS 引脚接收。

DS1307 传感器模块原理图

对 DS1307 进行编程和设置时间

在下面的设置中将 DS1307 模块连接到 Arduino 是在模块中设置时间所需的全部内容。
完成上述连接后，您需要将 Arduino Uno 连接到您的 PC，打开 Arduino IDE，并安装 Arduino DS1307 Time Set Library。打开 Arduino IDE 并从菜单栏中选择 Library Manager。现在查找 RTCLib 并获取最新版本，如下图所示。
代码很容易理解。时间将设置并显示在串行监视器上。

rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__),F(__TIME__)));

在这一行中，rtc 对象根据您机器上的时间调整时间。它将修改您计算机上的时间。

rtc.adjust(DateTime(2014, 1, 21, 3, 0, 0));

您可以通过为函数提供以下日期时间值来手动设置此行的时间：年、月、日、小时、分钟和秒。在下面的代码中，我们将设置系统的时间。结果，这一行被注释掉了。

#include <RTClib.h>
#include <Wire.h>
RTC_DS3231 rtc;
char t[32];
void setup()
{
    
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  rtc.begin();
  rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__),F(__TIME__)));
  //rtc.adjust(DateTime(2019, 1, 21, 5, 0, 0));
}
void loop()
{
    
  DateTime now = rtc.now();
  sprintf(t, "%02d:%02d:%02d %02d/%02d/%02d", now.hour(), now.minute(), now.second(), now.day(), now.month(), now.year());  
  Serial.print(F("Date/Time: "));
  Serial.println(t);
  delay(1000);
}

现在我们知道如何在模块中设置时间了，让我们用它和 LCD 来制作一个简单的时钟

在 LCD 上显示时间的代码

Wire.h用于通过 I2C 与模块连接，LiquidCrystal_I2C.h用于在 LCD 显示屏上显示时间，RTClib.h 用于设置和格式化显示屏上的时间。

#include <Wire.h> 
#include <LiquidCrystal_I2C.h> 
#include <RTClib.h>

此行设置 16x2 LCD 显示器的地址，以通过 I2C 协议进行通信。

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

如果项目以断开的连接启动，代码将报告 DS1307 RTC Module is not Present on the serial monitor。

if (! rtc.begin())
  {
    
    Serial.println("DS1307 RTC Module is not Present");
    while (1);
  }

如果 RTC 断电并且模块中的时间不正确，代码将使用计算机时钟自动调整模块中的时间。因此，在设置时间时，请确保将计算机上的时钟设置为正确的时间。

if (! rtc.begin())
  {
    
    Serial.println("DS1307 RTC Module is not Present");
    while (1);
  }

此代码块将 LCD 光标重置为 0，并以日期/月/年格式输出日期。

void displayTime()
 {
    
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Time:");
  lcd.print(now.hour());
  lcd.print(':');
  lcd.print(now.minute());
  lcd.print(':');
  lcd.print(now.second());
  lcd.print(" ");
 }

在这部分代码中光标设置为 1，时间以 Hour: Minute: Second 格式打印。

void displayDate()
 {
    
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("Date:");
  lcd.print(now.day());
  lcd.print('/');
  lcd.print(now.month());
  lcd.print('/');
  lcd.print(now.year());
 }

输入代码后，日期和时间将出现在 LCD 屏幕上。

原理图和代码

完整原理图和代码已上传个人主页。