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[讨论] Beetle 树莓派RP2350 - 桌面时钟摆件

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本帖最后由无垠的广袤于 2025-5-6 21:21 编辑

Beetle 树莓派RP2350 - 桌面时钟摆件

本文介绍了 DFRobot Beetle RP2350 开发板结合 DS1307 - RTC 时钟模块实现桌面时钟的项目设计。

项目介绍

包括 RTC 时钟模块（关键部件，用以存储时间数据）、DS1307 芯片介绍、工作原理、参数特点等信息，在此基础上实现工程代码编写、硬件测试等流程，最终实现桌面时钟显示摆件的项目设计。

方案设计

调用 MicroPython 的 RTC 库，获取系统时间，并实现OLED显示；
使用 IIC 通信连接 DS1307 模块，并实现时间的获取和校准；
读取校准后的时钟数据，并完成 OLED 显示；
断电测试，主控重新上电，观察 OLED 显示结果，和系统时间对比，确保 DS1307 模块有效记录时间。

DS1307

DS1307 是一款由美信 Maxim Integrated 公司生产的低功耗、带56字节非易失性 RAM 的实时时钟（RTC）芯片，广泛应用于需要精确时间管理的电子设备和嵌入式系统。

工作原理

DS1307 通过 32.768 kHz 晶振产生时钟脉冲，追踪时间信息。通过 IIC 总线与主控设备通信，支持读写操作，用户可以通过配置寄存器来设置和调整时间。

参数特点

时钟/日历功能：提供秒、分、时、日、月、年、星期信息，自动闰年补偿，有效期至2100年
时间格式：支持 12 小时制和 24 小时制，在 12 小时制下具有 AM/PM 指示
IIC接口：通过两线制 IIC 总线与 MCU 通信
56字节、电池备份、通用 RAM，写次数不受限制
可编程方波输出
低功耗：工作电流小于 500nA (电池备份模式)，适合电池供电的便携设备
电源感应电路：具有内置的电源感应电路，能够检测主电源的断电情况，并自动切换到备用电池供电
宽工作电压：4.5V 至 5.5V
工作温度：-40°C 至 +85°C
封装： 8 引脚 DIP 、贴片

时序图

IIC 总线数据通信

注意事项

使用时需要 初始化时间
建议 使用备用电池 以保持断电时的计时
时间数据以 BCD 格式存储，读取后需要转换
新型 DS3231 芯片为更新替代型号，具有更高精度

详见：DS1307数据手册 .

原理图

详见：Tiny RTC Charging Circuit Schematic . RTC-DS1307-AT24C32-Real-Time-Clock-Module .

引脚定义

DS1307 RTC 模块引脚输出定义

[td]

Pin	Name	Describe
SQ	Square Wave	Optional square wave or logic level output
DS	DS18B20	Output for temperature readings if DS18B20 is connected (we won’t use)
SCL	I2C Clock	I2C clock for DS1307 and EEPROM
SDA	I2C Data	I2C data for DS1307 and EEPROM
VCC	Input Supply	3.3V or 5V power for module and to charge coin cell battery
GND	Ground	Ground
BAT	Battery Voltage	For monitoring battery voltage

详见：DS1307 RTC Module - MicroPython , MicroPython driver for TinyRTC I2C modules .

硬件连接

GP5 ---- SCL (DS1307)
GP4 ---- SDA (DS1307)
GP5 ---- SCL(OLED)
GP4 ---- SDA(OLED)

这里复用了硬件 IIC 引脚 GPIO5（IIC_SCL）和 GPIO4（IIC_SDA）.

工程项目

介绍了系统时间显示测试、DS1307 模块的测试和校准、时钟显示、桌面摆件的项目设计。

系统时间显示

在使用 DS1307 模块获取和记录时间之前，通过系统时间的 OLED 显示项目对硬件连接进行测试。

代码

'''
Name: System time display on OLED screen
Version: v1.0
Date: 2025.05
Author: ljl
Other: System time is displayed on OLED screen.
Hardware connect:
5 ---- SCL(OLED)
4 ---- SDA(OLED)
Shell print.
'''

from machine import Pin, I2C
from ssd1306 import SSD1306_I2C
import time

i2c = I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)
days_of_week = ['Monday', 'Tuesday', 'Wednesday', 'Thursday', 'Friday', 'Saturday', 'Sunday']

devices = i2c.scan()
# scan iic devices and print address name
if len(devices) == 0:
    print("No i2c device found.")
else:
    print("i2c devices found：", len(devices))
   
    for device in devices:
        print("i2c scan：", hex(device))

rtc_pico = machine.RTC() # datetime (2025, 5, 6, 1, 16, 30, 23, 0)
print("System time: ", rtc_pico.datetime())
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c, addr=devices[0])

while True:
    # Get current time from system
    current_datetime = rtc_pico.datetime()
    # Format the date and time as strings
    formatted_date = '{:04d}-{:02d}-{:02d}'.format(current_datetime[0], current_datetime[1], current_datetime[2]) # year, month, day
    formatted_time = '{:02d}:{:02d}:{:02d}:{:02d}'.format(current_datetime[4], current_datetime[5], current_datetime[6], current_datetime[7]) # hour, minute, second
    formatted_day_week = days_of_week[current_datetime[3]] # week
    try:
        oled.fill(0)
        oled.text('Date:' + formatted_date, 0, 0)
        oled.text('Week:' + formatted_day_week, 0, 16)
        oled.text('Time:' + formatted_time, 0, 32)
        oled.show()
        
        # Print the formatted date and time to the shell
        print(formatted_date + ' ' + formatted_day_week + ' ' + formatted_time)
    except Exception as err:
        print(f"Unable to initialize oled: {err}")
   
    # Wait for 1 second
    time.sleep(1)
复制代码

参考：RTC - MicroPython . Random Nerd Tutorials .

效果

同时终端打印时间（间隔 1 秒）

DS1307 模块

测试 DS1307 模块，调用模块时间并实现终端打印。

代码

'''
Name: RTC DS1307 demo
Author: ljl
Date: 2025.05
Other: Connect ds1307 module and print ds1307 time.
Ref:https://randomnerdtutorials.com/ ... canner-micropython/
'''

from machine import Pin, I2C
import ds1307

rtc_pico = machine.RTC()
print("System time: ", rtc_pico.datetime())

# scan i2c devices
i2c = machine.I2C(id=0, scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq = 400000)
devices = i2c.scan()

# print i2c devices address
if len(devices) == 0:
    print("No i2c device found.")
else:
    print("i2c devices found：", len(devices))
   
    for device in devices:
        print("i2c scan：", hex(device))

# the adress of ds1307 is 0x68
rtc_ds1307 = ds1307.DS1307(i2c)
print("DS1307 time: ", rtc_ds1307.datetime())
复制代码

效果

初始时间为 2000 年 1 月 1 日， 0 时 0 分 0 秒

校准

DS1307 模块在首次上电、断电情况下时钟会初始化，因此 时钟校准 是该模块实现具体应用的重要环节。

代码

在上述代码后面添加 update_time() 函数并执行

def update_time():
    ''' --- custom time --- '''
    #str_time = input("Please input [year month day week hour minute second]: ")
    #if str_time == '': return
    #str_time = rtc_pico.datetime()
    #givenTime = tuple(map(int, tuple(str_time.split(' '))))
    #print(givenTime)
    #rtc_ds1307.datetime(givenTime)
    ''' --- use system time --- '''
    givenTime = rtc_pico.datetime()
    rtc_ds1307.datetime(givenTime)

update_time()
print("DS1307 time corrected: ", rtc_ds1307.datetime())
复制代码

时钟校正后的结果为

此时，断电重新上电，读取 DS1307 时钟模块，可获得正确的时间。

时钟显示

在完成前面的 OLED 显示和 DS1307 时钟读取及校准流程的基础上，进一步将从模块读取的时间数据显示在 OLED 屏幕即可。

代码

'''
Name: Time display on OLED screen by DS1307 RTC module
Version: v1.0
Date: 2025.05
Author: ljl
Other: DS1307 RTC module is used to obtain time and display it on OLED screen.
Hardware connect:
5 ---- SCL (DS1307)
4 ---- SDA (DS1307)
5 ---- SCL(OLED)
4 ---- SDA(OLED)
Shell print.
'''

from machine import Pin, I2C
import ds1307
from ssd1306 import SSD1306_I2C
import utime

i2c = I2C(0, sda=Pin(4), scl=Pin(5), freq=400000)
days_of_week = ['Monday', 'Tuesday', 'Wednesday', 'Thursday', 'Friday', 'Saturday', 'Sunday']

devices = i2c.scan()
# scan iic devices and print address name
if len(devices) == 0:
    print("No i2c device found.")
else:
    print("i2c devices found：", len(devices))
   
    for device in devices:
        print("i2c scan：", hex(device))

# define OLED module
oled = SSD1306_I2C(128, 64, i2c,addr=devices[0])

# define RTC DS1307 module
rtc_pico = machine.RTC() # datetime (2025, 5, 6, 1, 16, 30, 23, 0)
print("System time: ", rtc_pico.datetime())

rtc_ds1307 = ds1307.DS1307(i2c)
#print(dir(rtc_ds1307)) # dir --- print objects class values ...
print("DS1307 time: ", rtc_ds1307.datetime())

def update_time():
    ''' --- custom time --- '''
    #str_time = input("Please input [year month day week hour minute second]: ")
    #if str_time == '': return
    #str_time = rtc_pico.datetime()
    #givenTime = tuple(map(int, tuple(str_time.split(' '))))
    #print(givenTime)
    #rtc_ds1307.datetime(givenTime)
    ''' --- use system auto time --- '''
    givenTime = rtc_pico.datetime()
    rtc_ds1307.datetime(givenTime)

#update_time() # run this code when DS1307 module need time correction

while True:
    # Get current time from the RTC module
    current_datetime = rtc_ds1307.datetime()
    # Format the date and time as strings
    formatted_date = '{:04d}-{:02d}-{:02d}'.format(current_datetime[0], current_datetime[1], current_datetime[2]) # year, month, day
    formatted_time = '{:02d}:{:02d}:{:02d}:{:02d}'.format(current_datetime[4], current_datetime[5], current_datetime[6], current_datetime[7]) # hour, minute, second
    formatted_day_week = days_of_week[current_datetime[3]] # week
    try:
        oled.fill(0)
        oled.text('Date:' + formatted_date, 0, 0)
        oled.text('Week:' + formatted_day_week, 0, 16)
        oled.text('Time:' + formatted_time, 0, 32)
        oled.show()
        
        # Print the formatted date and time to the shell
        print(formatted_date + ' ' + formatted_day_week + ' ' + formatted_time)
    except Exception as err:
        print(f"Unable to initialize oled: {err}")
   
    # Wait for 1 second
    utime.sleep(1)
复制代码