RTC Reaaliaikaiset kellosirut - käyttötarkoitus, tyypit ja esimerkit käytöstä

Automaatioon liittyvien tehtävien suorittamiseksi sinun on usein laskettava tietyt aikavälit. Joskus tämä tehdään laskemalla tietty määrä kello- tai konejaksojaksoja.

Vaikka ne seuraavat tietyllä taajuudella ja riippuvat useimmiten kvartsiresonaattorista, suorittaessaan operaatioita reaaliajassa, ja etenkin jos ne on sidottu vuorokaudenaikaan, ne muuttuvat ajassa. Voit ratkaista tämän ongelman käyttämällä reaaliaikaista kelloa tai RTC-siruja.

Mikä tämä on?

RTC (reaaliaikakello, venäjän reaaliaikakello) on mikropiirin tyyppi, joka on tarkoitettu ajan laskemiseen "todellisissa" yksiköissä (sekunnit, minuutit, tunnit jne.).

Ne ovat riippuvaisia ​​virtalähteestä, joka voi olla joko ulkoinen, vaihdettavan akun tai litiumpariston muodossa tai integroitu mikropiiripesään (katso kuva alla). Kellosignaalit aikaraportointia varten voidaan saada ulkoisesta kvartsiresonaattori, ja harvemmin - virtalähdeverkosta.

Lukemistarkkuus riippuu sisäisen oskillaattorin tai ulkoisen kideoskillaattorin laadusta ja viritystarkkuudesta. Samalla kvartsin ja vastaavasti RTC: n tarkkuutta ei ilmoiteta hertseinä eikä prosenteina, vaan "ppm", esimerkiksi ± 12 ppm, ± 50 ppm. Tämä tarkoittaa miljoonasosia, ts. Miljoonasosien lukumäärää keskimääräisestä arvosta.

Reaaliaikakellot voidaan toteuttaa mikrokontrollerien avulla, mutta erityisten sirujen käyttö voi vähentää virrankulutusta, koska suurin osa mikrokontrollereista kuluttaa jopa virransäästötilassa (tai vähän virransäästötilassa) enemmän virtaa kuin erityiset integroidut piirit (IC). RTC: t voidaan myös integroida itse mikrokontrolleriin (kuten STM32: ssa).

Tietokoneesi reaaliaikakellon ansiosta aika ja päivämäärä sen jälkeen, kun se on irrotettu verkosta, eivät tule pois. Tässä tapauksessa ne toimivat emolevyn liittimeen asennetusta CR2032-akusta, se myös syöttää BIOS-sirua, jotta siinä asetetut asetukset eivät eksy.

luokitus

RTC-sirujen luokittelu voi vaihdella valmistajalta. Tällaisten valmistajien yleisimmät reaaliaikakellot, kuten Maxim Integrated ja STMicroelectronics. Markkinoilla on mikrosiruja muilta yrityksiltä:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (EnerChip ™ RTC -linja, erottuva ominaisuus - sisäänrakennettu puolijohdeakku);

• NXP (RTC kalenterilla, tukee I2C- tai SPI-protokollia)

• Zilog;

• Epson;

• ON puolijohde.

Maxim Integrated käyttää ohjausrajapinnan tyyppiä pääkriteerinä RTC-sirujen luokittelussa, nimittäin:

1. RTC-sirut, joissa on sarjaohjausrajapinta: I2C, 3-johdin, SPI.

2. Rinnakkaisohjausliittymällä:

• multipleksoidulla osoite / dataväylällä;

• jaetulla osoite- ja tietoväylällä;

• 1-johtiminen yksijohdinliitäntä.

Voit myös luokitella tietojen esitysmuodon mukaan:

• Kalenteri. Mallimallina muodossa VVV-KK-PP päivämäärää varten ja PP-KK-SS aika, aika ja niiden muut muodot;

• Binary. Jatkuvana binaarisena aikayksikkölaskurina (sekunteina tai niiden murtoina).

Laitteen piirissä olevan mikrosirun tarkoituksesta ja tyypistä riippuen, jos piirilevy, jossa on kalenteriesitys, toimii normaalina kellarina ja binaarisen tapauksessa sovelluksille, kuten ajanjaksoraportteille, esimerkiksi lisenssin voimassaoloaika, takuuaika tai laitteet jonkin nauhoittamiseksi (esimerkiksi sähkömittarit), esimerkiksi Maxim Integrated -luettelossa niitä kutsutaan “Elapsed Time Counter” - kulunut aikalaskuri, esimerkki tällaisesta IC: stä on DS1683.

Muissa tapauksissa reaaliaikaiset kellomikropiirit voidaan luokitella toiminnallisuuden tai muiden ominaisuuksien perusteella:

• Sisäänrakennetun generaattorin läsnäolo tai on tarpeen käyttää ulkoista generaattoria (kvartsia).

• Sisäänrakennetun virtalähteen läsnäolo tai mahdollisuus käyttää ulkoista akkua.

• Sisäisen muistin ja "ulkoisen" maailman kanssa käytävien viestintäprotokollien tyypin ja koon mukaan (kuvattu yllä).

• Phantom (phantom) -rajapinnan läsnäolon avulla mikropiirin sisäisiin rekistereihin pääsyä varten (asetusta, asetustiloja tai lukuarvoja varten).

• Muut toiminnot: vahtikoira, hälytys, toinen poistuminen, virranhallinta, mahdollisuus ladata ulkoinen akku jne.

Ja lopuksi, monet valmistajat luokittelevat laitteitaan energiankulutuksen tason mukaan, keskimäärin virrankulutus on välillä 200-1500 nA, mutta voi myös poiketa tästä alueesta riippuen IC: stä ja valmistajasta.

Amatööriradioharjoittelu

Reaaliaikakelloja käytetään usein yhdessä Arduino-perheen suosittujen kehitys- ja prototyyppialustojen kanssa ja kehitettäessä laitteita muihin mikrokontrollereihin samoin kuin Raspberry Pi-perheen mikrotietokoneet ja vastaavat.

Nykyään teollisuus tuottaa moduuleja, joissa on RTC, erillisen piirilevyn tai suojauksen muodossa. Tämän tyyppisten moduulien etuna on, että levyä ei tarvitse levittää eikä mikrosirun, johtosarjan, akun pidikkeen ja niin edelleen irrottaa.

Niitä on kätevä käyttää sekä valmiissa laitteissa että malleissa - voit käyttää pistokkeita pistokkeilla ja Dupont-tyyppisillä liittimillä, jos asennat kampaan moduuliin niiden liittämistä varten tai juottaa johdot suoraan levyn nimimerkkeihin (katso - Vinkkejä piirilevyjen nopeaan kokoamiseen leipälevyille).

Arduino- ja nykyaikaisten kotitekoisten valmistajien joukossa eniten käytettyjä ovat Maxim Integrated reaaliaikakellojen mikropiirit ja niihin perustuvat moduulit, nimittäin:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Niiden erot on esitetty alla olevassa taulukossa.

Kuten näette, ne kaikki kommunikoivat mikrokontrollerin kanssa I2C-väylän ja DS1302: n kautta SPI: n kautta, vaikka ohjelehdessä sanotaan "yksinkertainen 3-johdininen sarjarajapinta, joka soveltuu useimpiin mikrokontrollereihin". Ja se voi yhdistää paitsi 10-13 nastaan ​​Arduinojoissa nastat on osoitettu, ovat SPI, mutta muille luonnokseen asennetuille piirit ovat alhaisemmat. Artikkeliin on liitetty näiden IC: ien alaviitteet ja kaikki tekniset tiedot.

Reaaliaikaisten sirujen taulukot:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (venäjäksi)

• DS3231

Arduino UNO tukee näitä molempia protokollia, jotka voit nähdä alla olevasta kaaviosta (merkitty purppuranpunaisella ja harmaalla SPI: llä ja I2C: llä).

Kuten vadelma pi.

Tämä tarkoittaa, että voit käyttää mitä tahansa näistä moduuleista jokaiselta alustalta. Voit nähdä moduulien ulkoiset erot alla olevassa kuvassa, mutta levyn ulkoasu saattaa poiketa toisistaan, katso IC-merkintää.

Jotta Arduino voi toimia RTC: n kanssa, tarvitset kirjaston, mutta koska se ei ole Arduino IDE -paketissa, sinun on ladattava se. Verkossa on kirjastoja jokaiselle harkituelle IC: lle, ja on olemassa yleismaailmallisia kirjastoja, jotka voit valita ja mitkä ovat sinulle helpompi päättää.

Universal kirjasto liitteenä - iarduino_rtc.zip. Huomaa, että IC-tyyppi on asetettu siihen manuaalisesti, ja DS1302: n johtopäätökset, joihin se on kytketty:

sisältää // Yhdistä kirjasto
iarduino_RTC-aika (RTC_DS3231); // Luo aikaobjekti DS3231 IC: lle
iarduino_RTC-aika (RTC_DS1307); // DS1307: LLE
iarduino_RTC-aika (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // DS1302: lle.
// RST: n, CLK: n ja DAT: n sijasta arduino-nastojen numerot,
// johon kelloyksikön vastaavat tapit on kytketty

DS1302-kaavio muistuttaa jälleen kerran, että päätelmät voivat olla erilaisia:

Mutta datalinjat DS1307 ja DS3231 yhdistävät vain Arduino UNO: n A5- ja A4-nastat (muut taulukoiden versiot ja versiot, katso nasta).

johtopäätös

Reaaliaikaiset kellot antavat sinun tehdä projekteja, joissa kaikkien prosessien on alkava aikataulussa. Lähes jokaisessa suhteellisen monimutkaisessa käytännön käytännön projektissa on sellainen tarve, sillä ei ole väliä onko kyseessä automaattinen kastelujärjestelmä tai prosessinohjausjärjestelmä tuotannossa.

Osien alhaisten kustannusten sekä kytkemisen ja ohjelmoinnin yksinkertaisuuden vuoksi kuka tahansa voi nyt toteuttaa tällaisia ​​järjestelmiä ilman edes syvää tietoa elektroniikasta ja mikro-ohjaimista. Mutta tämä ei tarkoita, että koska siellä on arduino luontaisella yksinkertaisuudellaan, niin ohjelmistoa ja laitteistoa ei tarvitse tutkia. Päinvastoin, raudan ja koodirakenteen tuntemus antaa sinun tehdä nopeampia ja monimutkaisempia ohjelmia, jotka vievät samalla vähemmän tilaa.