Leia um RTC DS1307 Virtual com I2C no Raspberry Pi Pico

Introdução

Já quis adicionar um relógio de tempo real (RTC) ao seu projeto, mas não tinha o hardware disponível? Com a Velxio, você pode simular uma leitura completa de um RTC I2C usando um Raspberry Pi Pico e um DS1307 virtual — tudo no seu navegador. Neste tutorial, vamos percorrer o circuito, o código e os conceitos principais para que você possa usar a comunicação I2C com confiança em seus próprios projetos.

Visão Geral do Circuito

Vamos começar observando o circuito. Abra o exemplo na Velxio e você verá os seguintes componentes:

O circuito é simples: um Raspberry Pi Pico (nano-rp2040) está conectado a dois LEDs e um RTC DS1307 virtual (não mostrado como um componente separado — o RTC está embutido na simulação). Os LEDs são usados como indicadores visuais para a atividade I2C.

• LED (azul): Conectado ao pino D12 (linha SDA) através de um fio azul. Seu ânodo (A) conecta-se ao D12, e seu cátodo (C) vai para o GND.1 através de um fio preto.
• LED (amarelo): Conectado ao pino D10 (linha SCL) através de um fio laranja. Seu ânodo (A) conecta-se ao D10, e seu cátodo (C) vai para o GND.1 através de um fio preto.

Ambos os LEDs compartilham o mesmo terra (GND.1). O barramento I2C consiste nas linhas SDA (dados) e SCL (clock). O RTC DS1307 está conectado internamente a essas linhas no endereço 0x68. Os LEDs não são estritamente necessários para a comunicação I2C, mas fornecem uma dica visual de que as linhas estão alternando.

Para montar este circuito você mesmo, use o seletor de componentes da Velxio:

Pesquise por “Raspberry Pi Pico” e “LED”, e então conecte-os conforme descrito. A barra de ferramentas da tela ajuda a ampliar e organizar os componentes:

Explicação do Código

Agora vamos mergulhar no código. O sketch utiliza a biblioteca Wire (embutida) para se comunicar com o DS1307 via I2C. Aqui está o código completo:

// Raspberry Pi Pico — I2C DS1307 RTC Read
// Reads time from virtual RTC at address 0x68

#include <Wire.h>

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

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(500);
  Wire.begin();
  Serial.println("=== Pico I2C RTC Read ===");
  Serial.println("Reading DS1307 at 0x68 (system time)");
  Serial.println();
}

void loop() {
  // Set register pointer to 0
  Wire.beginTransmission(0x68);
  Wire.write(0x00);
  Wire.endTransmission();

  // Read 7 bytes: sec, min, hr, dow, date, month, year
  Wire.requestFrom(0x68, 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());

    const char* days[] = {"", "Sun", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat"};

    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: ");
    Serial.print(days[dow]); Serial.print(' ');
    if (date < 10) Serial.print('0'); Serial.print(date); Serial.print('/');
    if (month < 10) Serial.print('0'); Serial.print(month); Serial.print('/');
    Serial.print("20"); if (year < 10) Serial.print('0'); Serial.println(year);
  } else {
    Serial.println("RTC not responding!");
  }

  delay(1000);
}

Como Funciona

1. Configuração: Iniciamos a comunicação serial a 115200 baud e inicializamos o barramento I2C com Wire.begin(). O DS1307 está no endereço 0x68.

2. Loop: A cada segundo, nós:

   • Enviamos um beginTransmission para o endereço 0x68, escrevemos 0x00 (o ponteiro de registrador para o registrador de segundos) e endTransmission.
   • Solicitamos 7 bytes do RTC usando Wire.requestFrom(0x68, 7).
   • Lemos cada byte e convertemos de BCD (Decimal Codificado em Binário) para decimal usando a função auxiliar bcdToDec.
   • Formatamos e imprimimos a hora e a data no Monitor Serial.

3. Conversão BCD: O DS1307 armazena valores de tempo no formato BCD. Por exemplo, o byte 0x45 representa 45 em BCD (4*10 + 5 = 45). A função bcdToDec extrai o dígito das dezenas (nibble alto) e o dígito das unidades (nibble baixo) e os combina.

4. Mascaramento: Aplicamos máscaras a certos registradores:

   • Segundos: & 0x7F limpa o bit CH (parada do clock).
   • Horas: & 0x3F limpa o bit de modo 12/24 horas (assumindo modo 24 horas).

Conceitos Principais

• Protocolo I2C: Um barramento serial de dois fios (SDA, SCL) para comunicação entre microcontroladores e periféricos. Cada dispositivo tem um endereço único.
• Biblioteca Wire: A biblioteca I2C embutida do Arduino. Use Wire.begin() para entrar no barramento, Wire.beginTransmission(addr) para começar a falar com um dispositivo, Wire.write() para enviar dados, Wire.endTransmission() para finalizar, e Wire.requestFrom(addr, count) para ler bytes.
• Formato BCD: Muitos RTCs usam BCD para simplificar a exibição. Você deve converter para decimal para uma saída legível por humanos.
• Mapeamento de Registradores: O DS1307 tem um mapa de registradores específico: segundos (0x00), minutos (0x01), horas (0x02), dia da semana (0x03), data (0x04), mês (0x05), ano (0x06).

Problemas Comuns e Dicas de Depuração

• Endereço I2C Errado: Verifique novamente o endereço do dispositivo. O DS1307 é tipicamente 0x68 (7 bits). Se você receber “RTC not responding!”, verifique o endereço.
• Resistores de Pull-up Ausentes: Em hardware real, as linhas I2C precisam de resistores de pull-up. Na Velxio, eles são simulados internamente, então você não precisa adicioná-los.
• Incompatibilidade de Baud Rate: Certifique-se de que a taxa de baud do Monitor Serial corresponde a 115200.
• Ponteiro de Registrador Não Definido: Sempre defina o ponteiro de registrador antes de ler. O código escreve 0x00 para apontar para o registrador de segundos.
• Erros de Mascaramento: Esquecer de mascarar o bit CH (segundos) ou o bit de modo 12/24 horas (horas) pode fornecer valores incorretos.

Extensões Sugeridas

• Ajustar a Hora: Adicione código para escrever a hora atual no RTC. Use Wire.write() para definir cada registrador.
• Função de Alarme: Implemente um alarme que acione um LED quando uma determinada hora for atingida.
• Exibir em LCD: Use um LCD I2C para mostrar a hora em vez do Monitor Serial.
• Múltiplos RTCs: Tente ler de dois dispositivos I2C diferentes no mesmo barramento.

Experimente Você Mesmo!

Pronto para experimentar? Abra o exemplo ao vivo na Velxio e execute a simulação. Você verá a hora impressa no Monitor Serial a cada segundo. Modifique o código para alterar o intervalo de atualização ou adicionar novos recursos.

Inicie o Exemplo de Leitura do RTC I2C Pico

Feliz simulação!