Будильники DS3231: два независимых таймера

Теплица с микрозеленью требовала два расписания сразу: свет включать каждый день в 6:00, а форточку проветривания открывать каждый час ровно на :30. Я развёл их по двум будильникам чипа — и первый запуск похоронил классически: утром Alarm 1 сработал один раз и навсегда. Флаг A1F в регистре статуса я не сбросил, пин остался прижат к земле, в полдень казалось, что часы сломались. Чинится записью нуля в один бит — но со стороны эта строка выглядит необязательной, поэтому её пропускают все, кто читает даташит по диагонали. Я тоже пропустил.

В этом уроке раскладываем оба будильника по полкам: регистры, режимы срабатывания от секунды до дня недели, общий пин прерывания и флаги, которые переживают даже перезагрузку платы. Соберём скетч с setAlarm1 и setAlarm2 для настоящей платы, а в симуляторе воспроизведём ту же логику сравнениями и флагами: регистры DS3231 движок не эмулирует, и я честно покажу, где проходит эта граница. Софтверную версию будильника на флаге в loop мы уже собирали в уроке про часы с будильником — здесь то же расписание уходит внутрь чипа. Зачем переносить: аппаратный будильник сверяет время сам, даже когда скетч занят или спит, а различение двух сработок берёт на себя чип, а не ваша логика флагов.

Alarm 1 сидит в регистрах 0x07–0x0A: секунды, минуты, часы и день/дата, у каждого поля свой бит-маска A1M — она решает, сверять ли поле вообще. Alarm 2 занимает регистры 0x0B–0x0D, и поля секунд в нём нет: точность до минуты. Отсюда главное различие пары: Alarm 1 умеет звонить каждую секунду и в заданную секунду, Alarm 2 — каждую минуту и в заданную минуту. Сверка идёт на каждом обновлении секунд: раз в секунду чип перечитывает время и сравнивает его с обоими наборами регистров, независимо от того, чем занят ваш скетч.

Под капотом setAlarm1 пишет в регистры байты в BCD-упаковке — двоично-десятичном формате, где один байт несёт две цифры: 0x30 — это тридцать секунд, а не сорок восемь. Библиотека конвертирует сама, но если однажды загляните в дамп регистров через сканер шины, не пугайтесь «нечитаемых» значений. При режиме DS3231_A1_Hour имеют смысл только час, минута и секунда — дату чип проигнорирует по маске, и один и тот же DateTime годится для всех режимов подряд.

В RTClib вся эта кухня спрятана за двумя вызовами: rtc.setAlarm1(DateTime, режим) и rtc.setAlarm2(DateTime, режим) — в DateTime значимы только поля, выбранные режимом. Ряд режимов Alarm 1: DS3231_A1_PerSecond — каждую секунду; DS3231_A1_Second — раз в минуту на заданной секунде; DS3231_A1_Minute — каждый час на заданной минуте; DS3231_A1_Hour — каждый день в заданный час; DS3231_A1_Date — в конкретное число месяца; DS3231_A1_Day — каждую неделю в заданный день недели. У Alarm 2 тот же ряд без секундных вариантов, плюс DS3231_A2_PerMinute — каждую минуту. Проверка и сброс: rtc.alarmFired(1) читает флаг, rtc.clearAlarm(1) гасит его. Кстати, DS1307 будильников не имеет вовсе — ещё один аргумент из сравнения DS1307 и DS3231.

Как я выбираю режим под задачу. Вопрос «во сколько каждый день» — это A1_Hour: свет в аквариуме в 7:00:00. «По вторникам» — A1_Day с днём недели в DateTime. Полив первого числа — A1_Date: дата в регистре, месяц ни при чём, чип сработает и в январе, и в июле. Для теста скетча, не дожидаясь утра, ставлю A1_PerSecond — звонит каждую секунду, идеально для отладки ветки сработки. Второй будильник обычно служит метрономом: A2_PerMinute шевелит лог раз в минуту, A2_Hour — почасовой пинг в журнал. Два независимых таймера закрывают оба слоя расписания — событие и периодику — без единого if в loop.

Флаги A1F и A2F живут в регистре статуса 0x0F. Чип ставит их аппаратно в момент совпадения, а сбрасывает только мастер — записью нуля в бит; ровно это делает rtc.clearAlarm(). Пока флаг поднят, пин INT/SQW держится низким: выход — открытый сток, поэтому внешняя подтяжка резистором 10 кОм к питанию обязательна, а «сработало» выглядит как падение уровня на пине. Оба будильника делят этот пин на двоих, и различить, кто звенел, можно только по флагам — потому в loop я читаю оба alarmFired() подряд, а не выхожу после первого. Включённая пара не мешает друг другу: два независимых сравнителя в одном чипе, каждый со своим флагом и своим битом разрешения.

Роль пина переключается битом INTCN в регистре управления 0x0E: единица даёт сигнал прерывания от будильников, ноль — прямоугольную волну SQW с частотой из битов RS: 1 Гц, 1.024 кГц, 4.096 кГц или 8.192 кГц на выбор. RTClib выставляет нужные биты сама при setAlarm, но помнить про INTCN стоит: если будильник молчит, а скетч правильный, первым делом смотрите, не остался ли пин в режиме меандра. За температурным соседом этих регистров — датчиком кристалла с шагом 0,25 °C — ходят в уроке про точность и компенсацию.

Теперь ловушка, с которой начался урок. Регистры DS3231 питаются от CR2032, поэтому флаг A1F переживает не только будильную минуту, но и перезагрузку самой платы. Мой тепличный сценарий: свет отключили на день, плата перезапустилась, а флаг от утреннего срабатывания всё ещё поднят — скетч при старте честно решил, что будильник звенел только что, и включил свет в полночь. Лечение: сразу после rtc.begin() в setup() спрашиваем оба alarmFired() и сбрасываем старые сработки с записью в журнал — вместе с проверкой lostPower() из урока про установку RTClib это две обязательные строки шапки. Время из rtc.now() рядом с флагом сохраняйте в лог — момент пропущенной сработки стоит восстанавливать хотя бы с точностью до минуты.

Два аппаратных будильника закрывают расписания, которые на софтверных флагах превращаются в кашу из if-ов. Следующий шаг — пин: сработка может не опрашиваться в loop, а ловиться прерыванием — механика разобрана в уроке про attachInterrupt, останется соединить INT/SQW с пином 2 и настроить FALLING. Показания на экран выводить умеют оба циферблата этой тройки — клеточный LCD и пиксельный OLED со статусной строкой ALARM. А счёт срабатываний удобно вести в энергонезависимой памяти: приёмы из урока про счётчик на EEPROM ложатся сюда без переделок — записать момент сработки в память стоит пару строк, а журналу даёт дату и время.