VelxioでDS1307を使ったI2C RTC時計

はじめに

Arduinoプロジェクトにリアルタイムクロックを追加したいけれど、ハードウェアが手元にないと思ったことはありませんか？Velxioを使えば、ブラウザ上でI2C RTC（DS1307）をシミュレートできます。このチュートリアルでは、仮想のDS1307から現在の日時を取得し、シリアルモニタに表示するシンプルなI2Cリーダーを構築します。外部ライブラリは不要で、内蔵のWireライブラリのみを使用します。

回路の解説

この例は非常にシンプルです。DS1307は仮想のArduino Unoボードに既に統合されているため、外部コンポーネントや配線を追加する必要はありません。I2Cバス（SDAはA4、SCLはA5）は、アドレス0x68のDS1307に内部接続されています。唯一のコンポーネントはArduino Uno自体です。

まず、Velxioエディタを開き、コンポーネントピッカーからArduino Unoを選択します。DS1307はシミュレーション環境に組み込まれているため、別途追加する必要はありません。回路はすぐに使用できます。

コードの解説

コードをステップごとに詳しく見ていきましょう。

インクルードと定義

#include <Wire.h>

#define DS1307_ADDR 0x68

I2C通信用にWireライブラリをインクルードし、DS1307のI2Cアドレスを0x68と定義します。

BCDから10進数への変換

byte bcdToDec(byte val) {
  return ((val >> 4) * 10) + (val & 0x0F);
}

DS1307は時刻値をBCD（2進化10進数）形式で保存します。このヘルパー関数はBCDバイトを通常の10進数に変換します。

セットアップ

void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);

  Serial.println("===========================");
  Serial.println("  DS1307 RTC Reader (I2C)");
  Serial.println("===========================");
  Serial.println();
}

I2Cバスとシリアル通信を9600ボーで初期化し、ヘッダーを表示します。

ループ

void loop() {
  // Set register pointer to 0 (seconds)
  Wire.beginTransmission(DS1307_ADDR);
  Wire.write(0x00);
  Wire.endTransmission();

  // Request 7 bytes: sec, min, hr, dow, date, month, year
  Wire.requestFrom(DS1307_ADDR, 7);

  if (Wire.available() >= 7) {
    byte sec   = bcdToDec(Wire.read() & 0x7F);
    byte min   = bcdToDec(Wire.read());
    byte hr    = bcdToDec(Wire.read() & 0x3F);
    byte dow   = bcdToDec(Wire.read());
    byte date  = bcdToDec(Wire.read());
    byte month = bcdToDec(Wire.read());
    byte year  = bcdToDec(Wire.read());

    // Print formatted time
    Serial.print("Time: ");
    if (hr < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(hr);
    Serial.print(":");
    if (min < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(min);
    Serial.print(":");
    if (sec < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(sec);

    Serial.print("  Date: ");
    if (date < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(date);
    Serial.print("/");
    if (month < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(month);
    Serial.print("/20");
    if (year < 10) Serial.print("0");
    Serial.println(year);
  } else {
    Serial.println("Error: Could not read RTC");
  }

  delay(1000);
}

ループでは、まず1バイトの0x00を送信してDS1307のレジスタポインタを0（秒レジスタ）に設定します。次に、RTCから7バイトを要求します。DS1307は秒、分、時、曜日、日、月、年をBCDで返します。秒の最上位ビット（ビット7はクロック停止フラグ）と時の上位2ビット（ビット6-7はモード/AM-PM）をマスクします。変換後、先頭ゼロを付けて時刻と日付を表示します。7バイト未満しか利用できない場合はエラーを表示します。最後に1秒待機します。

主要な概念

• I2C通信: WireライブラリがI2Cプロトコルを処理します。beginTransmission()で書き込みを開始し、write()でデータをキューに入れ、endTransmission()で送信します。requestFrom()でスレーブからバイトを読み取ります。
• BCD形式: DS1307は時刻をBCDで保存し、各ニブルが10進数の1桁を表します。bcdToDec()関数で変換します。
• レジスタアドレッシング: DS1307の内部レジスタには、最初にレジスタアドレスを書き込み、その後データを読み書きすることでアクセスします。
• ビットマスキング: 秒レジスタの最上位ビット（CH）はクロック停止を示すため、& 0x7Fでマスクします。時レジスタの上位ビットは12/24時間モードを示すため、& 0x3Fでマスクします。

よくある落とし穴とデバッグのヒント

• I2Cアドレスの誤り: アドレスが0x68（7ビット）であることを確認してください。8ビットアドレスを使用する場合は、1ビット左シフトします。
• プルアップ抵抗の欠如: 実際のハードウェアではI2Cラインにプルアップ抵抗が必要です。Velxioでは内部でシミュレートされています。
• シリアルモニタが表示されない: ボーレートが一致していることを確認してください（9600）。エディタツールバーのシリアルモニタアイコンをクリックします。

• コンパイルエラー: Wire.hがインクルードされていることを確認してください。このコードは外部ライブラリを使用していません。
• RTCが応答しない: 「Error: Could not read RTC」と表示される場合、I2C通信が失敗している可能性があります。アドレスと配線を確認してください。

推奨拡張機能

• 時刻設定: シリアル入力からDS1307の時刻を設定するコードを追加します。
• LCD表示: I2C LCDを使用して時刻を表示します。
• アラーム機能: DS1307のアラームレジスタを使用してアラームを実装します。
• データロギング: タイムスタンプをEEPROMやSDカードに記録します。

実際に試してみよう

実際の動作を確認してみませんか？Velxioでライブサンプルを開き、Runボタンを押してください。シリアルモニタで毎秒更新される時刻が表示されます。

VelxioでI2C RTCリーダーを起動

それでは、シミュレーションをお楽しみください！