DS1307 против DS3231: сравнение и замена модуля

Прибор контроля температуры в парнике я собрал на DS1307 в те времена, когда DS3231 стоил вдвое дороже, а я верил, что «часы — они и есть часы». Год прибор отработал, но его журнал уехал от календаря на одиннадцать минут: каждая сверка с телефоном показывала, что врёт не телефон. Замена модуля заняла четыре минуты — и с тех пор это мой самый частый апгрейд: чип дороже в два-три раза, но разницу выкупает уже в первый сезон, без пайки сверх стандартных гнёзд. Слово «врёт» тут точное: чип исправно считал секунды, но его кварц отставал от эталонного времени, и каждое отставание складывалось в минуты журнала.

Здесь я проведу замену по-инженерному: сравню чипы по числам, от которых зависит проект, пройдусь по питанию и батарейкам — там прячутся две ловушки, о которых продавец модулей молчит, — и покажу скетч, который сам разбирается, какой из двух модулей сидит на шине. Разбор точности с полевыми замерами уже сделан в уроке про сравнение DS1307 и DS3231, а цифры ухода за месяц считаны в уроке про дрейф двух чипов — здесь упор на практику замены, а не на теорию ppm. Замена тут не дань моде, а ремонт фундамента: журнал, который врёт, хуже отсутствия журнала.

Коротко о главном до таблицы: DS1307 — счётчик-календарь с внешним кварцем на модуле, DS3231 — счётчик вместе с генератором и термокомпенсацией в одном корпусе. Всё остальное — следствия этой разницы: точность, цена, допустимое питание и даже то, какая батарейка встанет в гнездо.

Вердикт я формулирую так: DS1307 жив в приборах, где часы — украшение экрана, и умирает там, где по меткам строятся графики и расписания. Метеостанция с журналом, полив, логгер — территория DS3231; ёлочная гирлянда с часами на корпусе — территория DS1307, где минуты дрейфа за месяц никто не заметит. Между полюсами сидит третья категория: приборы, которые едут к другим людям, — для них я ставлю DS3231 всегда, потому что не знаю, в какой полосе прибор окажется жить.

У DS1307 генератора нет: на модуле стоит внешний цилиндрический кварц 32768 Гц, и точность часов равна точности этого кварца с его конденсаторами нагрузки. Паспорт оперирует диапазоном ±20-50 ppm — полторы-четыре секунды в сутки, минута-две за месяц. Дешёвые модули собирают с кварцами без подгонки ёмкости, и в моей партии из десяти штук уход за месяц разошёлся от двух до семи минут: каждая плата врала по-своему, и согласовать журналы между собой не получалось вовсе. Конденсаторы нагрузки на дешёвых платах стоят без подгонки под конкретный экземпляр кварца, поэтому паспортные двадцать ppm на практике разваливаются вдвое-втрое шире.

У DS3231 кварц, датчик температуры и схема компенсации сидят в одном корпусе: каждые 64 секунды чип замеряет кристалл и подстраивает частоту. Паспорт обещает ±2 ppm при 0..+40 °C — около одной минуты в год — и ±3,5 ppm при -40..+85 °C. Подстройка — не магия: раз в 64 секунды чип меряет кристалл и сдвигает делитель на долю герца, сам, без единой строки скетча. Даже по паспорту разница с DS1307 — порядок величины, а на дешёвых кварцах — два порядка, и это та разница, которую видно без приборов: по журналу за неделю.

Условия, без которых цифры врут. Компенсатор греет кристалл, поэтому rtc.getTemperature() на DS3231 показывает температуру корпуса с точностью ±3 °C, а не воздух комнаты; у DS1307 такого метода нет вовсе — в RTClib для него температуру просто не реализовали. Обещание ±2 ppm держится только в диапазоне 0..+40 °C, и для улицы зимой честнее закладывать ±3,5 ppm. И датчик там нужен компенсатору, а не вам: строить по нему термометр комнаты — самообман. Месяц полевых замеров с эталонным модулем и методика подсчёта ppm — в уроке про полевой тест дрейфа.

Между прочим, у DS3231 есть и ручной запас точности: регистр старения сдвигает частоту кварца шагами по 0,1 ppm при комнатной температуре. Им выправляют остаточный уход после полевого теста — когда модуль уехал на несколько секунд за месяц и хочется добить его до предела паспорта. Трогать регистр без месяца замеров — стрельба по своим же часам: сначала цифры дрейфа, потом поправка.

Арифметику ppm стоит один раз прогнать руками: одно ppm — это 0,0864 секунды в сутки, и дальше всё умножается. Паспортные 20 ppm DS1307 — это 1,7 секунды ежесуточно, 50 ppm — 4,3; за месяц набегает 52-130 секунд, та самая минута-две из таблицы. Пересчёт любой точности в секунды за сутки и за год собран в уроке про ppm-калькулятор — держите его под рукой, когда решаете, терпим ли уход конкретного модуля. Условие, при котором DS1307 терпим, простое: вы готовы подправлять время хотя бы раз в месяц; убрать это обязательство может только замена чипа, никакой скетч ppm не вылечит.

Практическая часть замены приятна тем, что почти ничего не меняется. Адрес на шине у обоих чипов 0x68: сканер показывает ту же точку, провода SDA, SCL, VCC и GND остаются на местах — раскладку старого модуля я разбирал в уроке про подключение DS1307. Формат хранения времени тоже совпадает: RTClib прячет разницу чипов за одинаковым API, и поля DateTime приезжают из любого из них одни и те же. Проверка сканером занимает десять секунд и экономит вечер: замена по шине невидима, и если сканер молчит, дело не в смене чипа, а в проводе.

В скетче меняется имя класса: RTC_DS1307 на RTC_DS3231 в объявлении и в вызове begin — две строки, а вызовы now() и adjust() не трогаются. Есть и подсказка от компилятора: если после замены в коде остался getTemperature(), проект с DS1307 не соберётся — у этого класса метода нет, и компилятор ругается раньше любого мультиметра; единственное место, где классы расходятся, — температура, и она же служит тестом. Обратная замена, DS3231 на DS1307, почти всегда шаг назад: платите точностью и получаете жёсткое требование пяти вольт; единственный резон, который я знаю, — ящик валяющихся модулей и проект на выброс.

Прогоните сценарий как есть: раз в четыре секунды монитор печатает две колонки с разницей в секундах — в симе она всегда ноль, и это честная граница модели. Команда Y покажет прогноз на год: 10-26 минут у DS1307 против минуты у DS3231, числа из паспортов с условиями из таблицы. Команда T печатает 23,5 — заглушку движка; на плате это будет температура кристалла, которая после десяти минут работы уходит от комнатной на пару градусов вверх.

После физической замены модуля прогоните три проверки. Время ставится одной строкой adjust — механика в уроке про установку времени. Батарейка обязана соответствовать плате — об этом warn ниже. И гляньте lostPower(): после пайки модуль мог побывать обесточенным, и флаг честно скажет, что в полях лежал мусор. Ресурс и правила замены самих батареек я считал в уроке про CR2032 — у пары CR2032-LIR2032 там собственная драма.

Батарейка при замене — отдельный пункт чек-листа. CR2032 несёт 220 мА·ч, ток храненья у обоих чипов — единицы микроампер, поэтому по бумаге батарейка живёт лет восемь; саморазряд и пружина контакта режут срок примерно вдвое, и я меняю CR2032 по календарю раз в пять лет, а не по индикатору — его у модуля нет. Заодно гляньте год маркировки на корпусе: батарейка, пролежавшая на складе с 2019 года, теряет часть заряда ещё до установки. А если модуль питается круглосуточно от блока, старая CR2032 не худеет вовсе — она работает только тогда, когда свет действительно гаснет.

Ящик запасных модулей я промаркировал изнутри крышки: дата установки батарейки и что за чип. Через год-два отличить DS3231 от DS1307 на глаз уже нельзя — разве что посадить плату на шину и поймать getTemperature(), а для этого нужен стол с проводами. Маркер на скотче дешевле любого расследования, и это не преувеличение: на идентификацию трёх немых модулей у меня ушёл вечер.