Čipy s hodinami v reálnom čase RTC - Účel, typy a príklady použitia

Aby ste mohli vykonávať akékoľvek úlohy súvisiace s automatizáciou, musíte často počítať určité časové intervaly. Niekedy sa to robí počítaním určitého počtu periód hodín alebo strojových cyklov.

Napriek tomu, že sledujú danú frekvenciu a najčastejšie závisia od kremeňového rezonátora, pri vykonávaní operácií v reálnom čase, a najmä ak sú viazané na dennú dobu, menia sa v čase. Na vyriešenie tohto problému použite hodiny v reálnom čase alebo čipy RTC.

Čo je to?

RTC (hodiny v reálnom čase, ruské hodiny v reálnom čase) je typ mikroobvodu určený na počítanie času v „reálnych“ jednotkách (sekundy, minúty, hodiny atď.).

Závisia od zdroja energie, ktorý môže byť buď externý, vo forme vymeniteľnej batérie alebo lítiovej batérie, alebo je integrovaný do puzdra mikroobvodu (pozri fotografiu nižšie). Hodinové signály pre hlásenie času je možné získať z externého zariadenia kremenný rezonátora menej často - zo siete napájania.

Presnosť čítania závisí od kvality a presnosti ladenia interného oscilátora alebo externého kryštálového oscilátora. Súčasne sa presnosť kremeňa a RTC neuvádza v hertzoch a nie v percentách, ale v „ppm“, napríklad ± 12 ppm, ± 50 ppm. To znamená počet dielov na milión, to znamená počet dielov na milión určitej priemernej hodnoty.

Hodiny v reálnom čase môžu byť implementované na základe mikrokontrolérov, použitie špeciálnych čipov však môže znížiť spotrebu energie, pretože väčšina mikrokontrolérov aj v režime spánku (alebo režime s nízkym výkonom) spotrebúva viac energie ako špeciálne integrované obvody (IC). RTC môžu byť tiež integrované do samotného mikrokontroléra (ako v STM32).

Vďaka hodinám v reálnom čase na počítači sa čas a dátum po odpojení od siete nevypínajú, v tomto prípade fungujú z batérie CR2032 nainštalovanej v konektore na základnej doske a napája tiež čip BIOS, aby sa nestratili nastavenia v ňom nastavené.

klasifikácia

Klasifikácia čipov RTC sa môže líšiť od výrobcu k výrobcovi. Najbežnejšie hodiny v reálnom čase takých výrobcov, ako sú: Maxim Integrated a STMicroelectronics. Na trhu sú mikročipy od iných spoločností:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (línia EnerChip ™ RTC, charakteristická vlastnosť - vstavaná polovodičová batéria);

• NXP (RTC s kalendárom, podporujúci protokoly I2C alebo SPI)

• Zilog;

• epson;

• ZAPNUTÝ polovodič.

Maxim Integrated používa typ kontrolného rozhrania ako hlavné kritérium pre klasifikáciu RTC čipov, konkrétne:

1. Čipy RTC so sériovým ovládacím rozhraním: I2C, 3-vodičové, SPI.

2. S paralelným ovládacím rozhraním:

• s multiplexovanou adresou / dátovou zbernicou;

• so zdieľanou adresou a dátovými autobusmi;

• s jednožilovým rozhraním s jedným vodičom.

Môžete tiež klasifikovať podľa formátu prezentácie údajov:

• Kalendár. Vo forme šablóny RRR-MM-DD pre dátum a HH-MM-SS pre čas, čas a ich ďalšie formáty;

• Binárne. Vo forme kontinuálneho binárneho počítadla časových jednotiek (sekundy alebo ich zlomky).

V závislosti od účelu mikroobvodu v obvode zariadenia a jeho typu je vybraný, ak IC s kalendárnym znázornením bude fungovať ako normálne hodiny, a v prípade binárnych, pre aplikácie, ako sú správy o časových obdobiach, napríklad doba platnosti licencie, záručná doba alebo zariadenia na zaznamenávanie niečoho (napríklad elektrické merače), napríklad v katalógu Maxim Integrated sa nazývajú „počítadlo uplynutého času“ - počítadlo uplynutého času, príkladom takéhoto IC je DS1683.

V iných prípadoch môžu byť mikroobvody hodín v reálnom čase klasifikované podľa funkčnosti alebo iných charakteristík:

• Prítomnosť vstavaného generátora alebo je potrebné použiť externý generátor (kremeň).

• Prítomnosť vstavaného zdroja energie alebo možnosť použitia externej batérie.

• Podľa typu a veľkosti internej pamäte a komunikačných protokolov s „vonkajším“ svetom (opísaným vyššie).

• Prítomnosťou fantómového (fantómového) rozhrania na prístup k vnútorným registrom mikroobvodu (na nastavenie, režimy nastavenia alebo hodnoty na čítanie).

• Ďalšie funkcie: strážny pes, alarm, druhý výstup, regulácia výkonu, schopnosť nabíjať externú batériu atď.

A nakoniec, mnohí výrobcovia zaraďujú svoje zariadenia podľa úrovne spotreby energie, v priemere sa aktuálna spotreba pohybuje v rozmedzí od 200 do 1500 nA, ale môžu sa z tohto rozsahu dostať aj v závislosti od konkrétneho výrobcu IC a výrobcu.

Amatérske rádiové cvičenie

Hodiny v reálnom čase sa často používajú v spojení s takými populárnymi vývojovými a prototypovými platformami, ako je rodina Arduino, a pri vývoji zariadení na akýchkoľvek iných mikropočítačoch, ako aj Mikropočítače rodiny Raspberry Pi a podobné.

V súčasnosti priemysel vyrába moduly s RTC vo forme samostatnej dosky s plošnými spojmi alebo tienenia. Výhodou tohto typu modulov je, že nie je potrebné rozširovať dosku a oddeľovať mikroobvod, zväzok, držiak batérie atď.

Sú vhodné na použitie ako pre hotové zariadenia, tak aj pre modely - prepojky môžete použiť pomocou zástrčiek a konektorov, ako je napríklad Dupont, ak na ne nainštalujete hrebeň alebo ich spájkujete priamo na svorky na doske (pozri - Tipy na rýchlu montáž dosiek plošných spojov na doštičku).

Medzi arduino a modernými domácimi výrobcami sú najčastejšie používané mikroobvody Maxim Integrated v reálnom čase a moduly založené na nich, a to:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Ich rozdiely sú uvedené v nasledujúcej tabuľke.

Ako vidíte, všetci komunikujú s mikrokontrolérom cez zbernicu I2C a DS1302 cez SPI, hoci v údajovom liste je uvedené „jednoduché 3-vodičové sériové rozhranie vhodné pre väčšinu mikrokontrolérov.“ A môže sa pripojiť nielen na 10-13 pinov Arduinona ktorých sú kolíky priradené, sú SPI, ale pre ostatné nainštalované v náčrte budú obvody nižšie. K článku sú priložené údajové listy týchto IC so všetkými technickými údajmi.

Technické listy pre čipy v reálnom čase:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (v ruštine)

• DS3231

Arduino UNO podporuje oba tieto protokoly, ktoré môžete vidieť na nasledujúcom diagrame (pre SPI a I2C označené fialovou farbou a šedou farbou).

Rovnako ako Raspberry pi.

To znamená, že môžete použiť ktorýkoľvek z týchto modulov z každej platformy. Vonkajšie rozdiely modulov môžete vidieť na obrázku nižšie, ale rozloženie dosky sa môže líšiť, pozrite sa na označenie IC.

Na to, aby Arduino mohol pracovať s RTC, potrebujete knižnicu, ale keďže nie je súčasťou štandardného balíka Arduino IDE, musíte si ju stiahnuť. V sieti sú knižnice pre každý z uvažovaných integrovaných obvodov a existujú univerzálne knižnice, ktoré by ste si mali vybrať a ktorá z nich bude pohodlnejšia.

Pripojená univerzálna knižnica - iarduino_rtc.zip, Všimnite si, že typ IC je v ňom nastavený manuálne a pre model DS1302 závery, ku ktorým je pripojený:

include // Pripojte knižnicu
čas iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Vytvorte časový objekt pre IC323231
čas iarduino_RTC (RTC_DS1307); // PRE DS1307
čas iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // pre DS1302.
// Namiesto RST, CLK a DAT čísla arduino pinov,
// ku ktorému sú pripojené príslušné kolíky hodinového modulu

Schéma pre DS1302 opäť pripomína, že závery sa môžu líšiť:

Dátová linka DS1307 a DS3231 sa však pripája iba na piny A5 a A4 jednotky Arduino UNO (ďalšie revízie a verzie dosky sú uvedené na pinout).

záver

Hodiny v reálnom čase vám umožňujú vytvárať projekty, v ktorých musia všetky procesy začať podľa plánu. Takmer v každom pomerne zložitom projekte na praktické použitie je takáto potreba, nezáleží na tom, či ide o automatický zavlažovací systém pre rastliny alebo systém riadenia procesov vo výrobe.

Kvôli nízkym nákladom na súčiastky a jednoduchosti pripojenia a programovania môže teraz ktokoľvek tieto systémy implementovať bez toho, aby mal hlboké znalosti v elektronike a mikrokontroléroch. To však neznamená, že keďže existuje arduino so svojou vlastnou jednoduchosťou, nie je potrebné študovať softvér a hardvér. Naopak, znalosť štruktúry železa a kódu vám umožní vytvárať rýchlejšie a komplexnejšie programy, ktoré zároveň zaberajú menej miesta.