RTC Real-Time Clock Chips - Zweck, Typen und Anwendungsbeispiele

Um Aufgaben im Zusammenhang mit der Automatisierung auszuführen, müssen Sie häufig bestimmte Zeitintervalle zählen. Manchmal erfolgt dies durch Zählen einer bestimmten Anzahl von Taktperioden oder Maschinenzyklen.

Obwohl sie mit einer bestimmten Frequenz folgen und meistens vom Quarzresonator abhängen, verschieben sie sich bei der Ausführung von Operationen in Echtzeit und insbesondere wenn sie an die Tageszeit gebunden sind, in der Zeit. Verwenden Sie zur Lösung dieses Problems eine Echtzeituhr oder RTC-Chips.

Was ist das

RTC (Echtzeituhr, russische Echtzeituhr) ist eine Art Mikroschaltung zum Zählen der Zeit in „realen“ Einheiten (Sekunden, Minuten, Stunden usw.).

Sie sind abhängig von der Stromquelle, die entweder extern in Form einer austauschbaren Batterie oder einer Lithiumbatterie oder in das Mikroschaltungsgehäuse integriert sein kann (siehe Foto unten). Taktsignale für die Zeitberichterstattung können von einem externen Gerät bezogen werden Quarzresonatorund seltener - aus dem Stromversorgungsnetz.

Die Ablesegenauigkeit hängt von der Qualität und Abstimmgenauigkeit des internen Oszillators oder des externen Quarzoszillators ab. Gleichzeitig wird die Genauigkeit von Quarz bzw. RTC nicht in Hertz und nicht in Prozent angegeben, sondern in "ppm", beispielsweise ± 12 ppm, ± 50 ppm. Dies steht für Teile pro Million, dh die Anzahl der Teile pro Million eines Durchschnittswerts.

Echtzeituhren können auf der Basis von Mikrocontrollern implementiert werden. Die Verwendung spezieller Chips kann jedoch den Stromverbrauch reduzieren, da die meisten Mikrocontroller selbst im Ruhemodus (oder im Energiesparmodus) mehr Strom verbrauchen als spezielle integrierte Schaltkreise (ICs). RTCs können auch in den Mikrocontroller selbst integriert werden (wie in STM32).

Dank der Echtzeituhr auf Ihrem Computer werden Uhrzeit und Datum nach dem Trennen vom Netzwerk nicht gelöscht. In diesem Fall arbeiten sie mit der im Anschluss auf dem Motherboard installierten CR2032-Batterie und speisen den BIOS-Chip, damit die darin festgelegten Einstellungen nicht verloren gehen.

Klassifizierung

Die Klassifizierung von RTC-Chips kann von Hersteller zu Hersteller variieren. Die gebräuchlichsten Echtzeituhren von Herstellern wie Maxim Integrated und STMicroelectronics. Es gibt Mikrochips von anderen Unternehmen auf dem Markt:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (EnerChip ™ RTC-Linie, Besonderheit - eingebaute Festkörperbatterie);

• NXP (RTC mit Kalender, unterstützt I2C- oder SPI-Protokolle)

• Zilog;

• Epson

• ON Halbleiter.

Maxim Integrated verwendet den Typ der Steuerschnittstelle als Hauptkriterium für die Klassifizierung von RTC-Chips, nämlich:

1. RTC-Chips mit serieller Steuerschnittstelle: I2C, 3-Draht, SPI.

2. Mit einer parallelen Steuerschnittstelle:

• mit gemultiplextem Adress- / Datenbus;

• mit gemeinsamen Adress- und Datenbussen;

• mit 1-Draht-Single-Wire-Schnittstelle.

Sie können auch nach Datenpräsentationsformat klassifizieren:

• Kalender In Form einer Vorlage YY-MM-DD für Datum und HH-MM-SS für Zeit, Uhrzeit und ihre anderen Formate;

• Binär In Form eines kontinuierlichen binären Zählers von Zeiteinheiten (Sekunden oder deren Brüche).

Abhängig vom Zweck des Mikroschaltkreises in der Schaltung des Geräts und seinem Typ fungiert der IC mit einer Kalenderdarstellung als normale Uhr und im Fall einer binären als Funktion für Anwendungen wie Berichte über Zeiträume, z. B. Gültigkeitsdauer der Lizenz, Garantiezeit oder Geräte zum Aufzeichnen von Objekten (z. B. Stromzähler) werden beispielsweise im Maxim Integrated-Katalog als „Zähler für verstrichene Zeit“ bezeichnet - der Zähler für verstrichene Zeit. Ein Beispiel für einen solchen IC ist DS1683.

In anderen Fällen können Echtzeituhr-Mikroschaltungen nach Funktionalität oder anderen Merkmalen klassifiziert werden:

• Das Vorhandensein eines eingebauten Generators oder die Verwendung eines externen Generators (Quarz).

• Durch das Vorhandensein einer eingebauten Stromquelle oder die Möglichkeit der Verwendung einer externen Batterie.

• Nach Art und Größe des internen Speichers und der Kommunikationsprotokolle mit der "externen" Welt (oben beschrieben).

• Durch das Vorhandensein einer Phantomschnittstelle (Phantomschnittstelle) für den Zugriff auf die internen Register der Mikroschaltung (zum Einstellen, Einstellen von Modi oder Lesen von Werten).

• Weitere Funktionen: Watchdog, Alarm, zweiter Ausgang, Leistungsregelung, Möglichkeit zum Laden eines externen Akkus usw.

Und schließlich klassifizieren viele Hersteller ihre Geräte nach dem Energieverbrauch. Im Durchschnitt liegt der Stromverbrauch zwischen 200 und 1500 nA, kann aber je nach IC und Hersteller auch außerhalb dieses Bereichs liegen.

Amateurfunkpraxis

Echtzeituhren werden häufig in Verbindung mit so beliebten Entwicklungs- und Prototyping-Plattformen wie der Arduino-Familie und bei der Entwicklung von Geräten auf anderen Mikrocontrollern sowie verwendet Mikrocomputer der Himbeer-Pi-Familie und dergleichen.

Heute produziert die Industrie Module mit RTC in Form einer separaten Leiterplatte oder Abschirmung. Der Vorteil dieser Art von Modulen besteht darin, dass die Platine nicht gespreizt und die Mikroschaltung, der Kabelbaum, der Batteriehalter usw. abgelötet werden müssen.

Sie können sowohl für vorgefertigte Geräte als auch für Modelle verwendet werden. Sie können Jumper mit Steckern und Anschlüssen wie Dupont verwenden, wenn Sie einen Kamm am Modul installieren, um sie zu verbinden, oder die Drähte direkt mit den Nickeln auf der Platine verlöten (siehe - Tipps zum schnellen Zusammenbau von Leiterplatten auf Steckbrettern).

Unter den Arduino- und modernen hausgemachten Herstellern sind Maxim Integrated Echtzeituhr-Mikroschaltungen und darauf basierende Module am weitesten verbreitet, nämlich:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Ihre Unterschiede sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Wie Sie sehen können, kommunizieren alle über den I2C-Bus mit dem Mikrocontroller und über SPI mit dem DS1302, obwohl im Datenblatt "eine einfache serielle 3-Draht-Schnittstelle für die meisten Mikrocontroller" angegeben ist. Und es kann nicht nur verbinden bis 10-13 Stifte von ArduinoDie Pins, denen die Pins zugewiesen sind, sind SPI. Bei den anderen in der Skizze installierten Pins sind die Schaltkreise jedoch niedriger. Datenelemente für diese ICs mit allen technischen Daten sind dem Artikel beigefügt.

Datenblätter für Echtzeit-Chips:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (auf Russisch)

• DS3231

Arduino UNO unterstützt beide Protokolle, die Sie in der folgenden Abbildung sehen können (für SPI und I2C in lila und grau markiert).

Wie der Himbeer-Pi.

Dies bedeutet, dass Sie jedes dieser Module von jeder Plattform aus verwenden können. Sie können die externen Unterschiede der Module in der folgenden Abbildung sehen, aber das Layout der Platine kann abweichen, siehe IC-Kennzeichnung.

Damit Arduino mit RTC arbeiten kann, benötigen Sie eine Bibliothek. Da diese jedoch nicht im Standard-Arduino-IDE-Paket enthalten ist, müssen Sie sie herunterladen. Es gibt Bibliotheken im Netzwerk für jeden der betrachteten ICs, und es gibt universelle Bibliotheken, die Sie auswählen können und welche für Sie bequemer zu entscheiden sind.

Universalbibliothek beigefügt - iarduino_rtc.zip. Beachten Sie, dass der IC-Typ manuell eingestellt wird und für den DS1302 die Schlussfolgerungen, mit denen er verbunden ist:

include // Verbinde die Bibliothek
iarduino_RTC-Zeit (RTC_DS3231); // Ein Zeitobjekt für den DS3231 IC erstellen
iarduino_RTC-Zeit (RTC_DS1307); // FÜR DS1307
iarduino_RTC-Zeit (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // für DS1302.
// Anstelle von RST, CLK und DAT werden die Nummern der Arduino-Pins,
// an die die entsprechenden Pins des Clock-Moduls angeschlossen sind

Das Diagramm für DS1302 erinnert noch einmal daran, dass die Schlussfolgerungen unterschiedlich sein können:

Die Datenleitungen DS1307 und DS3231 werden jedoch nur mit den Pins A5 und A4 Arduino UNO verbunden (für andere Revisionen und Versionen der Karte siehe Pinbelegung).

Fazit

Mit Echtzeituhren können Sie Projekte erstellen, bei denen Prozesse nach einem Zeitplan beginnen müssen. In fast jedem relativ komplexen Projekt für den praktischen Einsatz besteht ein solcher Bedarf, es spielt keine Rolle, ob es sich um ein automatisches Bewässerungssystem für Anlagen oder ein Prozessleitsystem in der Produktion handelt.

Aufgrund der geringen Teilekosten und der einfachen Verbindung und Programmierung kann jetzt jeder solche Systeme implementieren, auch ohne gründliche Kenntnisse über Elektronik und Mikrocontroller. Dies bedeutet jedoch nicht, dass es keine Notwendigkeit gibt, die Software und Hardware zu studieren, da es Arduino mit seiner inhärenten Einfachheit gibt. Im Gegenteil, die Kenntnis der Eisen- und Codestruktur ermöglicht es Ihnen, schnellere und komplexere Programme zu erstellen, die gleichzeitig weniger Platz beanspruchen.