Arduino 入門 Lesson 51 【Real Time Clock モジュールその２】

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Arduino 入門
Lesson 51
【Real Time Clock モジュールその２】

こにんちは、管理人のomoroyaです。

センサーの使い方の基本を学習する入門編。

世の中には、まだまだ色々なセンサーがあります。

これからも、色々なセンサーで遊んでいきます。

本記事はLesson 51 【Real Time Clock モジュールその２】です。

せっかくRTCモジュールを理解したのだからデジタル時計を作らないとですよね。

ということで、【Real Time Clock モジュールその２】です。

Lesson 50で学習しましたがもう一度。

RTCモジュールとは、時刻を告げることを目的とした電子デバイスが搭載されている時計。

その機能を実装したIC(集積回路)のこと。

この機能があれば、デジタル時計なんかも作れます。

組み合わせる対象は表示器であればなんでもOK。

例えば、入門編で解説している下記を使ってみるのもあり。

Arduino 入門 Lesson 16 【LCD モジュール編】

「Arduino」を使ったマイコンプログラミングを子供と一緒に学習するブログ。本日はLesson 16 LCD モジュール編です。「1602 LCD モジュール」の使い方を学習します。LCDモジュールの使い方を学習できれば、他の電子部品で得…

Arduino 入門 Lesson 25 【4桁7セグメントLED編】

4桁7セグメントLEDは、1桁7セグメントLED4つを一つのモジュールにした電子部品です。基本的な原理は1桁7セグメントLEDと同じです。各桁に個別の値を表示させるためにはダイナミック点灯方式を採用する必要があります。本記事でダイナミック点…

本LessonではLesson 25で使用した「4桁7セグメントLED」を使ってデジタル時計を作ってみます。

本Lessonで使用する「Real Time Clock モジュール」は以下が同等品となります。
※搭載IC：DS1302　prime対応品　出荷元：Amazon

KKHMF 5個 DS1302 RTC リアルタイムクロックモジュール Arduino AVR、ARM、PIC SMD用

KKHMF

電池はCR2032 をご用意ください

enevolt basic コイン電池 CR2032 H 240mAh 10個リチウムコイン電池 3V 3R SYSTEMS (10個セット)

3R(スリーアール)

Arduino入門編の解説にて使用しているArduinoは互換品です。

互換品とは言え、Arduinoはオープンソースであり複製して販売するのもライセンス的に問題なし。

そのため互換品の品質も悪くなく、それでいて値段は安いです。

正規品本体の値段程度で豊富な部品が多数ついています。

ELEGOO Arduino用UNO R3スターターキットレベルアップチュートリアル付 mega2560 r3 nanoと互換 [並行輸入品]

ELEGOO

ELEGOO Arduino用のUNO R3 最終版スタータキット UNOチュートリアル付 (63 Items)

ELEGOO

正規品の本体単品がほしい方はこちらとなります。

Arduino Uno Rev3 ATmega328 マイコンボード A000066 白

Arduino (アルドゥイーノ)

はじめに

本LessonはLesson 50で学習した内容とLesson 25で学習した内容の合わせ技になります。

「4桁7セグメントLED」を使用します。

表示できるのは4桁のみ。

RTCモジュールに搭載されている「DS1302」から引っ張り出すデータは下記で示す「時レジスタ」「分レジスタ」のみ。

それ以外は、本Lessonでは使用しません。

秒レジスタ：00～59
分レジスタ：00～59
時レジスタ：01～12(12時間制)／00～23(24時間制)
日レジスタ：01～31
月レジスタ：01～12
曜日レジスタ：1～7
年レジスタ：00～99
ライトプロテクトレジスタ

Lesson 50でもお伝えしましたがデータシートは下記で閲覧可能です。

秋月電子で「DS1302」を検索。

404- ページが見つかりません。

…

もしくは、直接メーカーページを確認。(※メーカーページでDS1302で検索）

ミックスド・シグナルおよびデジタル信号処理IC | アナログ・デバイセズ

…

Lesson 51 目標

本Lessonの目標は以下です。

１．RTCモジュール、4桁7セグメントLEDの使い方を復習
２．RTCモジュールと4桁7セグメントLEDの2つを制御する
３．デジタル時計を作って遊ぶ

いつものように、遊ぶことが重要です。

動作の理屈を理解するためにはデータシートを読み込む必要があり！

回路がわからなくても遊べる、使える、作れるのがArduino の良いところ。

もちろん、データシート読めなくても遊べます。

準備

ではLessonの準備に取り掛かりましょう。

使用する電子部品は「RTCモジュール」「4桁7セグメントLED」「8bitシフトレジスタ」の３つ。

8bitシフトレジスタで使用するは「SN74HC595N」。

入門編としては、いつもより電子部品が多いですが楽しく遊んでいきましょう。

必要なもの

USB接続用のPC（IDE統合環境がインストールされたPC）
→管理人が勝手に比較したBTOメーカーを紹介しています。
UNO R3(以下UNO)、おすすめUNO互換品（ELEGOO）
PCとUNOを接続するUSBケーブル
ブレッドボード安価（大）、ブレッドボード安価（中）
※おすすめブレッドボード（大）、おすすめブレッドボード（中）
RTC リアルタイムクロックモジュール
4桁セグメントLED
SN74HC595N IC 8bitシフトレジスタ
M-M Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）
M-F Jumper wire（UNOと部品をつなぐための配線）

※ブレッドボードはセンサとUNOを直接つなぐ場合不要です。
※ジャンパワイヤーは「M-M」「M-F」を必要に応じて使い分けてください。

Jumper wire、抵抗は今後も頻繁に利用します。

Jumper wireはできれば、「オス-メスオス-オスメス –メス」の３種類を揃えておくことをお勧めします。

ELEGOO 120pcs多色デュポンワイヤー、arduino用ワイヤ—ゲ—ジ28AWG オス-メスオス-オスメス –メスブレッドボードジャンパーワイヤー

ELEGOO

短めが使いやすい場合も。

ブレッドボード・ジャンパーワイヤー 40*6ピン 10cm Emith デュポンケーブル Arduino Raspberry piに適用ジャンパー線 6本セット

Emith

抵抗も単品で揃えるよりはセットをおすすめします。

OSOYOO(オソヨー)金属皮膜抵抗器抵抗セット 10Ω~1MΩ 30種類各20本入り合計600本 (600本セット)

OSOYOO

ELEGOO 17値1％抵抗器、0オーム〜1Mオーム（525本）

ELEGOO

抵抗、LEDなどを個別でセット品を購入しても、そんなに使わない！

という方は、「電子工作基本部品セット」が使い勝手が良い。

OSOYOO(オソヨー) 電子工作基本部品セット LED 5色合計100PCS 金属皮膜抵抗器 30種類合計600本電解コンデンサ 12種類合計120本セラミックコンデンサー 30種類合計300本ダイオード 8種類合計100本トランジスタ 17種類合計170本 (電子部品セット6種類)

OSOYOO

使用部品説明

「RTCモジュール」の詳細は・・・
　⇒ Arduino 入門 Lesson 50 【Real Time Clock モジュール】

「4桁7セグメントLED」の詳細は・・・
⇒Arduino 入門 Lesson 25 【4桁7セグメントLED編】

「8bitシフトレジスタ」の詳細は・・・
⇒Arduino 入門 Lesson 20 【8bitシフトレジスタによる複数LED制御編】

をご確認ください。

実物写真だけ載せておきます。

RTCモジュール「DS1302」　実物写真

RTCモジュールの実物写真。

⇒ Arduino 入門 Lesson 50 【Real Time Clock モジュール】

4桁7セグメントLED　実物写真

こちらが「4桁7セグメントLED」の実物写真。

⇒Arduino 入門 Lesson 25 【4桁7セグメントLED編】

8bitシフトレジスタ　実物写真

こちらが「8bitシフトレジスタ」の実物写真。
型番：「SN74HC595N」

⇒Arduino 入門 Lesson 20 【8bitシフトレジスタによる複数LED制御編】

各電子部品　仕様

各電子部品の仕様も各Lessonにてご確認ください。

「RTCモジュール」の仕様詳細は・・・
　⇒ Arduino 入門 Lesson 50 【Real Time Clock モジュール】

「4桁7セグメントLED」の仕様詳細は・・・
⇒Arduino 入門 Lesson 25 【4桁7セグメントLED編】

「8bitシフトレジスタ」の仕様詳細は・・・
⇒Arduino 入門 Lesson 20 【8bitシフトレジスタによる複数LED制御編】

スケッチでRTCモジュールに搭載されている「DS1302」のRead/Writeを制御するためには「shiftOut関数」がとても便利です。

今一度、復習しておきましょう！

Arduino 入門番外編 20 【shiftOut関数まとめ】

本記事は、Arduinoで使用するshiftOut関数についてです。この関数も入門者には、わかりずらい関数。shiftOut関数は1byte分のデータを1bitずつシフトアウトする関数です。クロック出力ピンから8クロックが出力され、そのクロ…

実践回路作成とコード作成

本Lessonでは、「ライブラリ」を使用しないスケッチとなります。

これまでの復習を兼ねて一から見直しです！

最初に回路図を確認してください。

次に、回路図に合わせて部品を接続します。

最後にコードを書いて、デジタル時計を作っていきましょう。

Arduinoのピン配置を確認したい方は番外編02を参照してください。

Arduino 入門番外編 02 【外観とピン配置】

本日は、番外編02 Arduino UNO R3 外観とピン配置です。arduinoの入門編を書いていて、arduino自体の説明をしたいと考えていました。やはり、arduino自身のことを理解しておいた方が良いですよね。ということで番外編…

回路図

「RTCモジュール」「4桁7セグメントLED」「8bitシフトレジスタ」をそれぞれ接続していきます。

Arduinoはデジタル入出力ピンの8、9、10、11、12、13を使用。

あとは、５VとGNDのみ。

回路図がこちら。

こちらがブレッドボード図。

回路図は「fritzing」を利用しています。

「fritzing」の使い方は下記を参照してください。

Arduino 入門番外編 01 【回路図を書こう fritzing】

UNOの実際の回路を写真で掲載しても、接続がわかりずらいかなと考えていました。前々から「fritzing」を利用して回路を描くことで、わかりやすくしたいと考えていました。そこで本日は、「fritzing」のインストールと回路図を描くことに挑…

接続

下図に示すように、用意した部品を使用して接続しましょう。

部品は「RTCモジュール」「4桁7セグメントLED」「8bitシフトレジスタ」の３つ。

配線が、かなりややこしいですが・・・

Lesson 25の復習と思って接続していきましょう。

「RTCモジュール」と接続するジャンパーワイヤーはF-Mを使用してます。

使用するポートは、デジタル入出力ピンの8、9、10、11、12、13、5V、GND。

穴に挿入しづらいときは、ラジオペンチなどを使用してください。

配線が、かなりごちゃごちゃしています・・・。

コードの書き込み

接続が終わったら、USBケーブルを使用してUNOにプログラムを書き込んで行きましょう。

コードを書き終えたら、いつでも利用できるように「ファイル」⇒「名前を付けて保存」で保存しておきましょう。

コマンド説明

これまで学習してきた関数しか使いません。

新しいコマンドはなし。

スケッチを見て、よくわからない場合は・・・

下記の記事にて「関数化」「shifutOut関数」について復習しておきましょう。

長いスケッチを描く場合、繰り返し使用するコードは関数化が必須です。

Arduino 入門番外編 09 【スケッチ（コード、プログラム）の関数化】

本日は、スケッチ（コード、プログラム）の関数化についてです。Arduinoに複雑なことをさせようとするとスケッチ（コード、プログラム）がどんどん複雑になっていきますよね。そんなときはスケッチ（コード、プログラム）の関数化で解決です。ぜひ、ス…

ライブラリを使わずにRead/Writeを制御するためには「shiftOut関数」がとて便利です。

Arduino 入門番外編 20 【shiftOut関数まとめ】

サンプルコード

Lesson 50、Lesson 25にて学習したスケッチを足し合わせてデジタル時計となるように手直し。

といったイメージのサンプルスケッチになります。

Lesson 50のスケッチにてレジスタから時間を取り出し
Lesson 25のスケッチを使って時間を「4桁7セグメントLED」に表示させる

といった具合。

上記をふまえて、下記サンプルスケッチを確認ください。

入門編にしては、いくばくか長いスケッチです。

これまでの組み合わせと思えば・・・何とかなる！

//Lesson 51 デジタル時計を作って遊ぶスケッチ
//https://omoroya.com/
//使用部品について解説しているLesson
//RTCモジュール：https://omoroya.com/arduino-lesson50/
//4桁7セグメントLED：https://omoroya.com/arduino-lesson25/
//8bitシフトレジスタ：https://omoroya.com/arduino-lesson20/

// Pin No. (for RTC Module)
const int clkPin = 8;  //DS1302：SCLKピン
const int datPin = 9;  //DS1302：I/Oピン
const int rstPin = 10; //DS1302：CEピン

// Pin No.(for 8bit shift register)
const int rclkPin  = 12;  // (12) ST_CP [RCLK] on 74HC595
const int srclkPin = 11;  // (11)  SH_CP [SRCLK] on 74HC595
const int dsPin    = 13;  // (13) DS [SER] on 74HC595
const int dig1 = 1;       // DIG1を1番ピンに割り当て
const int dig2 = 2;       // DIG2を2番ピンに割り当て
const int dig3 = 3;       // DIG3を3番ピンに割り当て
const int dig4 = 4;       // DIG4を4番ピンに割り当て

// 変数の設定
int tDelay = 1;   // 1ms遅延設定←ここの時間で4桁7セグメントLED表示調整

// seven_ledsをbyte型として定義
// 配列にDisplay表示用のデータ0~9と全消灯を設定
// 1 = LED on, 0 = LED off
byte seven_leds[12] =       { B11111100,  // 0
                              B01100000,  // 1
                              B11011010,  // 2
                              B11110010,  // 3
                              B01100110,  // 4
                              B10110110,  // 5
                              B10111110,  // 6
                              B11100000,  // 7
                              B11111110,  // 8
                              B11100110,  // 9
                              B00000001,  // D.P 
                              B00000000,  // OFF
                             };


//シフトレジスタ部分の関数
void funcShiftReg(int x)
{
  digitalWrite(rclkPin, LOW);                         //送信中のRCLKをLowにする
  shiftOut(dsPin, srclkPin, LSBFIRST, seven_leds[x]); //シフト演算を使って点灯するLEDを選択
  digitalWrite(rclkPin, HIGH);                        //送信終了後RCLKをHighにする
}

// Single-Byte Write関数　「時刻の初期値設定」
void s_b_write(int command, int data){
  pinMode(datPin,OUTPUT);                      //DAT(I/O)のOUTPUT指定
  digitalWrite(clkPin, LOW);                   //クロック "L"　L始まりを確定させるため
  digitalWrite(rstPin, HIGH);                  //RSTピン(CE)　"H"　アクセスを許可
  shiftOut(datPin, clkPin, LSBFIRST, command); //コマンド送信（日時格納アドレス）
  shiftOut(datPin, clkPin, LSBFIRST, data);    //データ書き込み（設定日時のデータ）
  digitalWrite(rstPin, LOW);                   //RSTピン(CE)　"L"　アクセス終了
  pinMode(datPin, INPUT);                      //DAT(I/O)をINPUTへ戻す
}

//Single-Byte Read関数　「時刻の読み出し」
int s_b_read(int command){
  int bit = 0;
  int data = 0;
  digitalWrite(clkPin, LOW);                   //クロック "L"　L始まりを確定させるため
  digitalWrite(rstPin, HIGH);                  //RSTピン(CE)　"H"　アクセスを許可
  shiftOut(datPin, clkPin, LSBFIRST, command); //コマンド送信（日時格納アドレス）
  //data（日時）の読み取り動作　8回繰り返し8bitぶん読み出す
  for (int i = 0; i < 8; ++i)                  //8回繰り返し
  {
    bit = digitalRead(datPin);                 //DAT(I/O)の値を読み取り
    //データの統合処理
    data |= (bit << i); //bitシフトさせて、前のデータとのORどり　 //clkをH->Lさせてトグルさせる
    digitalWrite(clkPin, HIGH);                //クロック "H"
    delayMicroseconds(1);                      //クロック"H"期間 1usに設定
    digitalWrite(clkPin, LOW);                 //クロック "L"
  }
  digitalWrite(rstPin, LOW);                   //RSTピン(CE)　"L"　アクセス終了
  return(data);                                //戻り値
}

void setup()
{
  //PINモード設定 for shift register
  pinMode(rclkPin, OUTPUT);   //OUTPUT指定
  pinMode(dsPin, OUTPUT);     //OUTPUT指定
  pinMode(srclkPin, OUTPUT);  //OUTPUT指定
  pinMode(dig1, OUTPUT);      //OUTPUT指定
  pinMode(dig2, OUTPUT);      //OUTPUT指定
  pinMode(dig3, OUTPUT);      //OUTPUT指定
  pinMode(dig4, OUTPUT);      //OUTPUT指定
  digitalWrite(dig1, LOW);    //1番ピンをLOW DI1 OFF
  digitalWrite(dig2, LOW);    //2番ピンをLOW DI2 OFF
  digitalWrite(dig3, LOW);    //3番ピンをLOW DI3 OFF
  digitalWrite(dig4, LOW);    //4番ピンをLOW DI4 OFF
  
  //PINモード設定 for RTC Module
  pinMode(clkPin,OUTPUT);     //OUTPUT指定
  pinMode(rstPin,OUTPUT);     //OUTPUT指定

  //4桁7セグメントLED
  funcShiftReg(12);           //信号初期化
  
  //RTC Module 時刻の設定
  s_b_write(0x80,0x50); //秒の設定　　※50秒
  s_b_write(0x82,0x59); //分の設定　　※59分
  s_b_write(0x84,0x19); //時間の設定　※19時
  s_b_write(0x86,0x26); //日付の設定　※26日
  s_b_write(0x88,0x04); //月の設定　　※4月
  s_b_write(0x8c,0x21); //年の設定　　※21年
  s_b_write(0x8a,0x01); //曜日の設定　※日曜日　　　　　　　　　　　　　　　　　
}

void loop(){
  //時刻の読み出し
  int v_s    = s_b_read(0x81);//read 秒レジスタ
  int v_mi   = s_b_read(0x83);//read 分レジスタ
  int v_h    = s_b_read(0x85);//read 時レジスタ
  int v_date = s_b_read(0x87);//read 日レジスタ
  int v_mo   = s_b_read(0x89);//read 月レジスタ
  int v_y    = s_b_read(0x8d);//read 年レジスタ
  int v_day  = s_b_read(0x8b);//read 曜日レジスタ

  //4桁7セグメントLED　一桁表示のための数値変換
  int v_h1  = v_h  >> 4;
  int v_h2  = v_h  & 0b00001111;
  int v_mi1 = v_mi >> 4;
  int v_mi2 = v_mi & 0b00001111;
  
  //DIG1の表示
  delay(tDelay);
  digitalWrite(dig1, LOW); 
  digitalWrite(dig2, HIGH);
  digitalWrite(dig3, HIGH);
  digitalWrite(dig4, HIGH);
  //DIG1 10の位の時間を表示
  funcShiftReg(v_h1);
  delay(tDelay);
  funcShiftReg(11);

  //DIG2の表示
  delay(tDelay);
  digitalWrite(dig1, HIGH); 
  digitalWrite(dig2, LOW);
  digitalWrite(dig3, HIGH);
  digitalWrite(dig4, HIGH);
  //DIG2 1の位の時間を表示
  funcShiftReg(v_h2);
  delay(tDelay);
  funcShiftReg(11);

  //DIG3の表示
  delay(tDelay);
  digitalWrite(dig1, HIGH); 
  digitalWrite(dig2, HIGH);
  digitalWrite(dig3, LOW);
  digitalWrite(dig4, HIGH);
  //DIG3 10の位の分を表示
  funcShiftReg(v_mi1);
  delay(tDelay);
  funcShiftReg(11);

  //DIG4の表示
  delay(tDelay);
  digitalWrite(dig1, HIGH); 
  digitalWrite(dig2, HIGH);
  digitalWrite(dig3, HIGH);
  digitalWrite(dig4, LOW);
  //DIG4 1の位の分を表示
  funcShiftReg(v_mi2);
  delay(tDelay);
  funcShiftReg(11);
}