Зачем RTC, если есть millis: время после отключения

Логгер температуры для гаража был моим любимым проектом того месяца: DS18B20 на пине 2, раз в минуту строка в Serial — uptime и градусы. Две недели идеального журнала, полторы тысячи строк. Потом электрик подъезда выключал свет на выходные, и в понедельник я увидел пикантную картину: строка 20160 — «uptime=20161 мин, минус 8 C», а следующая через минуту — «uptime=1 мин, минус 11 C». Плата перезагрузилась без питания, millis() стартовал с нуля, и весь мой журнал превратился в кашу: сортировать такие записи по времени невозможно, потому что время в них — не время, а счётчик работы с последнего включения. Про календарную дату и говорить нечего: её не было ни до аварии, ни после.

Этот урок — про разницу между двумя инструментами, которые новички путают чаще всего. millis() отвечает на вопрос «сколько прошло с запуска», RTC-чип — на вопрос «который час и какое сегодня число». Посчитаем, на что способен счётчик и где он ломается, разберу собственный тупик с EEPROM-костылём, и покажу, как выглядел тот же логгер после переезда на DS3231 — когда мигание света перестало быть катастрофой.

millis() возвращает беззнаковое 32-битное число миллисекунд с момента старта платы. Для интервальной логики это идеальный инструмент: мигать светодиодом каждые 800 мс, опрашивать кнопку раз в 50 мс, шевелить сервой раз в 20 мс — всё это живёт на millis() и не блокируется delay(). Мы собирали такой код в уроке про millis вместо delay, и там он был безупречен. Тонкость, о которой стоит знать заранее: 32 бита переполняются на 4 294 967 295 мс, то есть через 49,7 суток непрерывной работы. Пока вы сравниваете разницы через вычитание беззнаковых, переполнение проходит незаметно — но если вы где-то прибегли к знаковому сравнению или длинным циклам, в конце седьмой недели проект защёлкает.

Но у millis() нет даже попытки ответить на календарные вопросы. Спросите у него «сейчас 07:00 или 07:15?» — тишина. Какое число? Какой день недели? Февраль этого года високосный или нет? Счётчик не знает ничего, что случилось до включения платы, и не знает ничего, что не выражается миллисекундами. Это не баг, а конструкция: интервал и момент календаря — разные сущности, и мерить их одним числом не выйдет.

Единственная опора millis() — генератор платы, и его честность ограничена. На большинстве Uno и Nano стоит керамический резонатор с допуском порядка ±0,5% — это до семи минут ухода в сутки. Практическая проверка: я оставил китайскую Uno на сутки рядом с часами телефона; реальный уход составил 3 минуты 40 секунд — 0,25%, в пределах допуска, но для расписания полива это плюс-минус двадцать минут в неделю. Вторая плата в той же партии ушла на 5 минут за те же сутки: разброс между экземплярами больше, чем заявленная погрешность одного из них. Для замеров покороче есть micros() — о его ловушках я писал в уроке про точные замеры, но и он про интервалы, а не про дату.

Ситуация, в которой оказался мой логгер, стандартна для любого чисто-миллисового проекта: выключение питания стирает всё. Причём перезагрузка — не только кнопка Reset и не только пропавший свет.

Прежде чем купить RTC-модуль, я попробовал победить проблему программно — и эта история сэкономит вам вечер. Схема выглядела умно: раз в час писать в EEPROM последний millis(), после перезагрузки читать его, вычитать из нового значения и получать «глобальное время». Механику записи я собрал по уроку про счётчик включений в EEPROM, где циклы перезаписи бережно растянуты. Работало — ровно до трёх мест, где костыль кончился. Первое: EEPROM переживает 100 000 записей на ячейку, поэтому часовая отметка одной ячейки — это 11 лет, но я по глупости писал раз в минуту, и через два месяца ячейка начала подгнивать. Второе: смещение давало «uptime плюс дельта», а не дату — про день недели и число по-прежнему никто не знал. Третье: переход на летнее время и вообще любая правка системного времени не попадали в схему никак.

Вывод из того вечера сформулирован навсегда: наращивание счётчика не превращает его в часы. Календарь — это кварц 32768 Гц, регистры с компенсацией високосных лет и питание от батарейки; всё это физически живёт не в прошивке, а в отдельном чипе. Сколько ни пиши поверх millis() слоёв, после пропадания питания программе нужно откуда-то взять честное время — а взять его неоткуда, кроме как от железа, которое это время хранило.

Часы реального времени решают обе проблемы разом. Внутри — собственный кварц на 32768 Гц (та же частота, что в наручных часах: делить 32768 пополам пятнадцать раз — удобный способ получить ровно один герц), регистры календаря до 2100 года и вывод на резервную батарейку. Основное питание пропало — чип тикает дальше от CR2032, потребляя доли микроампера: одна таблетка держит счёт годами. Точность зависит от чипа: у DS3231 с термокомпенсацией это ±2 ppm — около минуты за год, я разобрал эту цифру по косточкам в первом уроке про DS3231. У чтения есть бонус: метод lostPower() сообщает, что питание пропадало и время могло потеряться — можно не верить часам слепо, а проверить и перезавести.

Отдельный вопрос, который мне задают в комментариях: а ESP32 с Wi-Fi? Он же тянет время с NTP-сервера, как показано в уроке про первый Wi-Fi. Тянет — пока есть сеть и электричество. Первое же отключение света на даче без роутера — и плата просыпается слепой: NTP недоступен, внутренний счётчик пуст. Поэтому в автономных устройствах NTP и RTC не соперники, а пара: интернет подводит время раз в сутки, чип хранит его между синхронизациями. А если проекту нужны не только показания, но и срабатывания по часу — аппаратный будильник из урока про часы с дисплеем тикает даже тогда, когда логика спит.

Проверить разницу руками можно в симуляторе ниже: он печатает одновременно миллисекундный счётчик и показания RTC. Перезапустите симуляцию — и увидите оба поведения в одном эксперименте.

Итог прост: millis() для интервалов, RTC для календаря, и они не конкуренты, а соседи по плате. Остался второй вопрос — какой именно чип часов покупать, потому что на прилавке рядом лежат DS1307, DS3231 и DS1302, а разброс в точности между ними — в сотни раз. В следующем уроке сравню их по кварцу, питанию, будильникам и цене — с цифрами ухода, которые я намерил на своих трёх платах.