Модуль часов реального времени на базе DS1338Z-33 (DS1307) PB2-RTC-xxx

Продолжаю серию заметок «проекты-малыши»

Разглядывал тут схему отладочной платы PinBoard 2. Разглядывал вдумчиво и внимательно. Однако, так и не нашел на данной плате часов реального времени (ЧРВ). Разработчику, конечно, виднее – нужен будильник на плате или нет (может быть, для ЧРВ просто тупо не хватило места). Но с другой стороны – если глянуть в гугл, то можно убедиться, что народом данная тема весьма и весьма востребована. Поэтому было решено исправить такое положение дел и смастерить отдельный модуль с часами реального времени, который можно было бы воткнуть в краевой разъем:



Естественно, такой модуль должен быть небольшим. Поэтому первым делом была исследована распиновка краевого разъема. И, о чудо, назначение выводов этого разъема оказалось спроектировано как будто специально для модуля ЧРВ (а может, и не «как будто»). Как известно, для начинающих особый интерес представляют часы DS1307 (заслуженный ветеран электрофронта) из-за их простоты и относительной неприхотливости. А связь данной микросхемы с микроконтроллером осуществляется по шине I2C. Ну и когда я посмотрел на краевой разъем в том месте, где выведены линии SDA и SCL, то просто прослезился от счастья. Судите сами – линии питания (которые по-любому будут присутствовать в модуле) являются ближайшими соседями линиям шины I2C. А это значит, что размеры проектируемого модуля можно сплющить по-максимуму:



Плюс ко всему: то, что модуль будет втыкаться в край разъема, делает возможным создание «ключа» на плате ЧРВ. Суть «ключа» состоит в том, чтобы обеспечить правильную ориентацию модуля относительно краевого разъема отладочной платы PinBoard 2 и не воткнуть его зеркально (или не в те дырки). В данном случае в качестве такого ключа выступает перемычка JP1 «+5.0V ON» (см. далее).

Ну и, конечно, хотелось сделать еще и так, чтобы рассматриваемый модуль можно было бы использовать и без PinBoard 2. Для этой цели я решил предусмотреть возможность установки в модуль собственного стабилизатора напряжения.

В результате этих и не только дум схема разрабатываемого устройства приняла следующий вид:



Как видно, схема полностью передрана с документации на ЧРВ. Мной внесены лишь некоторые дополнения.

Во-первых, поскольку в последние годы всё чаще приходится иметь дело с трехвольтовой логикой, рекомендую использовать вместо хорошо зарекомендовавших себя часов DS1307 их более продвинутый аналог DS1338Z-33. Эта микросхема может работать при напряжении питания от +3,0В до +5,5В. К тому же, она дешевле своего старшего брата (во всяком случае, в магазине «Чип-НН») и полностью с ним совместима по выводам.

Во-вторых, как уже говорил выше, к часам добавлен подстроечный линейный стабилизатор DA1 LM1117-ADJ в корпусе SOT-223 (можно использовать более старый LM317) с соответствующим обвесом. Если предполагается работа модуля в связке с PinBoard 2, этот стабилизатор ставить не надо (конденсаторы С1 и С2 тоже), поскольку отладочная плата уже содержит такой стабилизатор для питания устройств, повешенных на краевой разъем.

В-третьих, если используется DS1338Z-33, то вполне логично было бы поставить на плату модуля переключатель «+3,3В/+5,0В», которым можно было бы выбирать напряжение питания микросхемы. Это удобно, поскольку радиолюбителями в подавляющем большинстве случаев для питания МК и прочей подобной хрени используются именно +3,3В либо +5,0В. А использование переключателя позволит быстро выбрать необходимое значение напряжения питания будильника. В моей реализации модуля ЧРВ значение напряжения питания часов выбирается перемычкой JP1 «+5.0V ON». Если перемычка замкнута, выходное напряжение линейного стабилизатора составит +5,0В, а если разомкнута – то +3,3В.

Тут знающие люди наверняка захотят ткнуть меня носом в следующие абзацы даташита на DS1338:

SDA — Serial Data. Input/output pin for the I2C serial interface. It is an open drain output and requires an external pullup resistor. The pull up voltage may be up to 5.5V regardless of the voltage on VCC.

и

SCL — Serial Clock. Input pin for the I2C serial interface. Used to synchronize data movement on the serial interface. The pull up voltage may be up to 5.5V regardless of the voltage on VCC

Т.е., получается что пятивольтовым сигналом часы, питающиеся от +3,3В, не спалишь. Это, конечно, так. Но ведь от модуля можно питать стабилизированным напряжением и саму плату с МК. И вот в этом случае переключатель значения выходного напряжения линейного стабилизатора придется весьма кстати.

Поскольку модуль является отладочным, надо напихать в него как можно больше перемычек для возможности гибкого выбора всевозможных «жизненных» ситуаций. К сожалению, модуль PB2-RTC-xxx настолько прост, что перемычка в нем всего одна. Это перемычка выбора источника энергии для входа +V ЧРВ (вывод 3 м/с DD1) JP2 «+Vb SEL».



Для нормального режима работы будильника (это который с батарейкой, схема из даташита) следует замкнуть контакты 3 и 2 перемычки:



Если требуется посмотреть, как будет работать будильник без батарейки, замыкаем контакты 4 и 2 перемычки JP2 (при этом «батарейный» вход часов замыкается на массу):



Ну и еще один маловероятный вариант: возможно, кому-то захочется сэмулировать батарейку, задействовав напряжение питания микросхемы. Тогда делаем так:



Еще одна особенность – при разработке модуля предусмотрена возможность подачи на часы напряжения питания вообще в обход всех линейных стабилизаторов. Запитать будильник можно двумя способами. Для этого используются точки 1-3, объединенные в один блок на разъеме PLS-3. Чтобы запитать часы от встроенного линейного стабилизатора, необходимо соединить перемычкой-джампером точки 1 и 2:



А можно подать напряжение на ЧРВ и от внешнего источника энергии:



Резисторы R1 и R2 – токоограничительные. Резисторы R3 и R6 – подтягивающие. Их наличие необходимо для нормальной работы шины I2C. Для «автономного» варианта модуля эти резисторы обязательны, ибо неизвестно, есть ли подтяжки со стороны платы МК. А вот для работы модуля в связке с PinBoard 2 я так и не понял, нужны эти резисторы или нет:) Потому что вроде шина и подтянута, но на краевой разъем она не приходит (см. схему на отладочную плату).

Далее как обычно развел и изготовил плату под вышеприведенную схему:



Конденсаторы C1, C3 — танталовые типоразмера A, B или С. Конденсаторы C2, C4, C5 — керамические типоразмера 1206 или 0805. Резисторы типоразмера 1206. Тип корпуса кварцевого резонатора ZQ1 — DT38 или аналогичный. Разъем XS1 «BAT» можно выковырять из издохшей материнки. Следует отметить, что стабилизатор LM1117 в данном модуле нормально работает и без электролитов С1, С3. Поэтому устанавливать их есть смысл только в случае нестабильной работы модуля. Ноги кварца перед монтажом надо отформовать и обрезать так:



А затем припаять корпус кварца прямо к соответствующему полигону на плате.

Габаритные размеры модуля:



Вот, собственно, и всё описание данной поделки. Желаю удачи при работе с часами реального времени!

Примечание: все вопросы лучше валить в камменты после заметки, так как не факт, что я смогу на них на все ответить. А вот шансы на то, что в сообществе найдется более прошаренный человек по твоей теме — довольно хорошие. Но уж если зарегистрироваться на сайте совсем никак — можно воспользоваться возможностями электрической почты: podkassetnik@yandex.ru

Содержание архивов:
PB2-RTC-xxx_Hardware.zip:
PB2-RTC-xxx.pdf – схема электрическая принципиальная модуля;
PB2-RTC-xxx.lay – печатная плата модуля.

Плата нарисована в «Sprint Layout 5.0» alt=

Di Halt: Плата пойдет в промышленное производство в январе 13го года.image-center