RTC DS3231/DS1302を調べて見ました
以前、２種類のクロックモジュールを購入していたので、２．４インチのLCDとの
組み合わせて検討して見ました。ライブラリとしては、ArduinoのIDEから
ダウンロードできるものを利用したのですが、メンテナンスがされていない様で
使う時に若干の修正が必要でした。また、今回使ったLCDシールドでは、UNOの
I2C用のポートの一部が利用されていて、そのまま共有するとLCDのリセットが
起きる様なので、合わせてソフトウェアのI2Cでポートを変更する事も行いました。
その時の状況は以下の様になります。
＜RTC DS3231 / DS1302の概要＞
購入したリアルタイムクロックは２種類の Arduino 対応のもので、それぞれ
DS3231とDS1302を使った次の様なものでした。
[DS3231モジュール (ZS-042)]
１．I2Cシリアルバス対応
２．温度センサーをチップ内に内臓
３．４KバイトのEEPROM (24C32) を基板上に搭載
４．I2Cアドレス
DS3231 : 0x68, EEPROM : 0x50～0x57 (all open 0x57)
５．時計駆動用電池の充電回路付き
VCC -> 抵抗：200Ω -> ダイオード -> 時計駆動用の電池
（充電可能な電池でない時、長時間使用すると電池が膨張するので、その時は
抵抗およびダイオードを取った方が良いとの報告がネット上に有ります。）
[DS1302モジュール ]
１．３線式のシリアルバスでコントロール
２．チップ内に３１バイトのRAMを内蔵
３．時計駆動用の電池が無いと時計動作をしない
４．クロック信号からのノイズにより誤動作するため、次の対応でクロック
信号からのノイズ低減対策が必要（クロック端子とIC端子間に１KΩを挿入
＜関連資料＞
１．データシート
DS3231 URL : https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS3231.pdf
DS1302 URL : http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1302.pdf
EEPROM URL : http://e-structshop.com/structwp/wp-content/uploads/2015/01/AT24C32_64_DataSheet.pdf
２．参考記事
SZ-042 URL : http://blogs.yahoo.co.jp/dascomp21/68145713.html
３．使用ライブラリ
Adafruit_GFX URL : https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library
MCUFRIEND_kbv URL : https://github.com/prenticedavid/MCUFRIEND_kbv
Fat16 URL : https://github.com/greiman/Fat16
（MEGAを利用の場合は標準のSDライブラリが利用可能）
SoftwareI2C URL : https://github.com/felias-fogg/SoftI2CMaster
４．参照ライブラリ（SoftwereI2C用のものを編集）
extEEPROM URL : https://github.com/JChristensen/extEEPROM
RTClib URL : https://github.com/adafruit/RTClib (Installed by Arduino IDE)
５．ビットマップファイル作成ツール （カレンダーデータ作成用）
画像データの補正と変換 : Windows OS の ペイント
画像データのサイズ変更 Caesium Image Compressor
URL https://saerasoft.com/caesium/
＜事前対策＞
今回利用したライブラリと、DS1302のモジュールの動作を確認する過程で、
次の問題点が有る事が判明しました。
１．DS3231のモジュールは温度センサーを内蔵しているが、上記の「RTClib」
では取得した温度の値が正しく表示されない
２．DS1302のモジュールはオリジナルの「RTClib」ではチップセレクト端子が
アクティブにならない為データのアクセスができない
３．チップセレクトが正しくでる他のライブラリで動作を確認しても、時刻の値が
正常値と異常値が交互に出る様な不安定な動作をする
その為、下記の「RTClib」の修正と、DS1302のモジュールのハード対策を
行いました。
[RTCLibの修正]
１．DS3231の温度の値の修正
２．DS1302のクロックホルト処理の修正
３．DS1302のチップセレクト端子動作の修正
修正したライブラリはこちらからダウンロード可能です。
[DS1302モジュール基板の改造]
いろんな方向から検討した結果、３線式ののクロック信号に抵抗を入れる方法が
誤動作に有効で有る事が判明し、モジュール基板上でその対策が可能で有あった
ので上記の対策を行いました。（上記内容）
[UNOの改造]
Arduino UNOの場合、LCDシールドを取り付けるとUNOの基板のピンソケットが
利用できなくなるので配線用のピンソケットを付ける必要が有ります。
＜テスト内容と結果＞
今回は、２．４インチのアプリケーションで、他のモジュールを組み合わせて
動作させる可能性も検討する事とし、次の様な項目を目標としました。
１．２つのRTCのモジュールの動作方法の確認
２．２．４インチのLCDがハードのI2Cのポートの一部を利用していて、この
ポートを他のモジュールと共有するとLCDのリセットが起きるので、別の
ポートでのソストウェアによるI2Cの利用を確認
３．２．４インチのLCDとのポートを別モジュールと共有する可能性を検討
２つのリアルタイムモジュールを、それぞれソストのI2Cポートと３線式の
シリアルデータ転送ポートで動作させた結果としては、次の様なものでした。
１．２つのRTCのモジュールの動作の確認を通して、参考にしたライブラリと
モジュールの問題点を確認し、その対策方法を検討（事前対策項目の内容）
２．ソフトI2Cでのポート共用
ハード的な共用としては特に問題なく共用できる事を確認、ただし、コードの
書き方によりリンク時にエラーが発生し、今回はなんとか書き方の工夫で
対応可能だったが、次回は要検討
３．３線式シリアル転送でのポート共有
ハードおよびソフトの両面で問題なく共用できる事を確認
[機器の接続]
[操作方法]
１．２GBのSD（FAT16)を用意して、それのルートにカレンダー用のビット
マップファイルを置く
２．時刻の設定はUSBのシリアル通信ポートによって行う
（ArduinoのIDEのシリアルモニターかターミナルソフトを利用）
３．カレンダーの表示はタッチスクリーンで先月、次月、今月の表示の切り
替えが可能
[コードとビットマップファイルサンプル]
コードとビットマップファイル関連の資料一式は次のURLからダウンロード
可能です。
関連資料一式
[動作状況]
MCUFRIENDの２．４インチのLCDにSDからのカレンダー画像を表示し、
その下側にDS3231からの時計情報と温度情報を表示させたものの動作状況は
次のURLから確認できます。
組み合わせて検討して見ました。ライブラリとしては、ArduinoのIDEから
ダウンロードできるものを利用したのですが、メンテナンスがされていない様で
使う時に若干の修正が必要でした。また、今回使ったLCDシールドでは、UNOの
I2C用のポートの一部が利用されていて、そのまま共有するとLCDのリセットが
起きる様なので、合わせてソフトウェアのI2Cでポートを変更する事も行いました。
その時の状況は以下の様になります。
＜RTC DS3231 / DS1302の概要＞
購入したリアルタイムクロックは２種類の Arduino 対応のもので、それぞれ
DS3231とDS1302を使った次の様なものでした。
[DS3231モジュール (ZS-042)]
１．I2Cシリアルバス対応
２．温度センサーをチップ内に内臓
３．４KバイトのEEPROM (24C32) を基板上に搭載
４．I2Cアドレス
DS3231 : 0x68, EEPROM : 0x50～0x57 (all open 0x57)
５．時計駆動用電池の充電回路付き
VCC -> 抵抗：200Ω -> ダイオード -> 時計駆動用の電池
（充電可能な電池でない時、長時間使用すると電池が膨張するので、その時は
抵抗およびダイオードを取った方が良いとの報告がネット上に有ります。）
[DS1302モジュール ]
１．３線式のシリアルバスでコントロール
２．チップ内に３１バイトのRAMを内蔵
３．時計駆動用の電池が無いと時計動作をしない
４．クロック信号からのノイズにより誤動作するため、次の対応でクロック
信号からのノイズ低減対策が必要（クロック端子とIC端子間に１KΩを挿入
＜関連資料＞
１．データシート
DS3231 URL : https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS3231.pdf
DS1302 URL : http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1302.pdf
EEPROM URL : http://e-structshop.com/structwp/wp-content/uploads/2015/01/AT24C32_64_DataSheet.pdf
２．参考記事
SZ-042 URL : http://blogs.yahoo.co.jp/dascomp21/68145713.html
３．使用ライブラリ
Adafruit_GFX URL : https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library
MCUFRIEND_kbv URL : https://github.com/prenticedavid/MCUFRIEND_kbv
Fat16 URL : https://github.com/greiman/Fat16
（MEGAを利用の場合は標準のSDライブラリが利用可能）
SoftwareI2C URL : https://github.com/felias-fogg/SoftI2CMaster
４．参照ライブラリ（SoftwereI2C用のものを編集）
extEEPROM URL : https://github.com/JChristensen/extEEPROM
RTClib URL : https://github.com/adafruit/RTClib (Installed by Arduino IDE)
５．ビットマップファイル作成ツール （カレンダーデータ作成用）
画像データの補正と変換 : Windows OS の ペイント
画像データのサイズ変更 Caesium Image Compressor
URL https://saerasoft.com/caesium/
＜事前対策＞
今回利用したライブラリと、DS1302のモジュールの動作を確認する過程で、
次の問題点が有る事が判明しました。
１．DS3231のモジュールは温度センサーを内蔵しているが、上記の「RTClib」
では取得した温度の値が正しく表示されない
２．DS1302のモジュールはオリジナルの「RTClib」ではチップセレクト端子が
アクティブにならない為データのアクセスができない
３．チップセレクトが正しくでる他のライブラリで動作を確認しても、時刻の値が
正常値と異常値が交互に出る様な不安定な動作をする
その為、下記の「RTClib」の修正と、DS1302のモジュールのハード対策を
行いました。
[RTCLibの修正]
１．DS3231の温度の値の修正
２．DS1302のクロックホルト処理の修正
３．DS1302のチップセレクト端子動作の修正
修正したライブラリはこちらからダウンロード可能です。
[DS1302モジュール基板の改造]
いろんな方向から検討した結果、３線式ののクロック信号に抵抗を入れる方法が
誤動作に有効で有る事が判明し、モジュール基板上でその対策が可能で有あった
ので上記の対策を行いました。（上記内容）
[UNOの改造]
Arduino UNOの場合、LCDシールドを取り付けるとUNOの基板のピンソケットが
利用できなくなるので配線用のピンソケットを付ける必要が有ります。
＜テスト内容と結果＞
今回は、２．４インチのアプリケーションで、他のモジュールを組み合わせて
動作させる可能性も検討する事とし、次の様な項目を目標としました。
１．２つのRTCのモジュールの動作方法の確認
２．２．４インチのLCDがハードのI2Cのポートの一部を利用していて、この
ポートを他のモジュールと共有するとLCDのリセットが起きるので、別の
ポートでのソストウェアによるI2Cの利用を確認
３．２．４インチのLCDとのポートを別モジュールと共有する可能性を検討
２つのリアルタイムモジュールを、それぞれソストのI2Cポートと３線式の
シリアルデータ転送ポートで動作させた結果としては、次の様なものでした。
１．２つのRTCのモジュールの動作の確認を通して、参考にしたライブラリと
モジュールの問題点を確認し、その対策方法を検討（事前対策項目の内容）
２．ソフトI2Cでのポート共用
ハード的な共用としては特に問題なく共用できる事を確認、ただし、コードの
書き方によりリンク時にエラーが発生し、今回はなんとか書き方の工夫で
対応可能だったが、次回は要検討
３．３線式シリアル転送でのポート共有
ハードおよびソフトの両面で問題なく共用できる事を確認
[機器の接続]
[操作方法]
１．２GBのSD（FAT16)を用意して、それのルートにカレンダー用のビット
マップファイルを置く
２．時刻の設定はUSBのシリアル通信ポートによって行う
（ArduinoのIDEのシリアルモニターかターミナルソフトを利用）
３．カレンダーの表示はタッチスクリーンで先月、次月、今月の表示の切り
替えが可能
[コードとビットマップファイルサンプル]
コードとビットマップファイル関連の資料一式は次のURLからダウンロード
可能です。
関連資料一式
[動作状況]
MCUFRIENDの２．４インチのLCDにSDからのカレンダー画像を表示し、
その下側にDS3231からの時計情報と温度情報を表示させたものの動作状況は
次のURLから確認できます。
