RTC reālā laika pulksteņu mikroshēmas - lietošanas mērķis, veidi un piemēri

Lai veiktu jebkurus ar automatizāciju saistītus uzdevumus, jums bieži ir jāaprēķina noteikti laika intervāli. Dažreiz tas tiek darīts, saskaitot noteiktu pulksteņa vai mašīnas ciklu periodus.

Tomēr, kaut arī tie seko noteiktā frekvencē un visbiežāk ir atkarīgi no kvarca rezonatora, veicot operācijas reālā laikā, un it īpaši, ja tie ir piesaistīti dienas laikam, tie mainās laikā. Lai atrisinātu šo problēmu, izmantojiet reālā laika pulksteni vai RTC mikroshēmas.

Kas tas ir

RTC (reālā laika pulkstenis, krievu reālā laika pulkstenis) ir mikroshēmas tips, kas paredzēts laika skaitīšanai “reālās” vienībās (sekundes, minūtes, stundas utt.).

Tie ir atkarīgi no strāvas avota, kas var būt vai nu ārējs, nomaināma akumulatora vai litija akumulatora formā, vai arī integrēts mikroshēmas apvalkā (skat. Fotoattēlu zemāk). Pulksteņa signālus laika ziņošanai var iegūt no ārēja kvarca rezonators, un retāk - no barošanas tīkla.

Nolasīšanas precizitāte ir atkarīga no iekšējā oscilatora vai ārējā kristāla oscilatora kvalitātes un iestatīšanas precizitātes. Tajā pašā laikā attiecīgi kvarca un RTC precizitāti norāda nevis hercos un procentos, bet "ppm", piemēram, ± 12 ppm, ± 50 ppm. Tas nozīmē rezerves daļās uz miljonu, tas ir, miljonos esošo daļu skaitu no kādas vidējās vērtības.

Reālā laika pulksteņus var ieviest, pamatojoties uz mikrokontrolleriem, tomēr īpašu mikroshēmu izmantošana var samazināt enerģijas patēriņu, jo lielākā daļa mikrokontrolleru pat miega režīmā (vai mazjaudas režīmā) patērē vairāk enerģijas nekā īpašas integrētās shēmas (IC). RTC var arī integrēt pašā mikrokontrollerā (tāpat kā STM32).

Tieši pateicoties datora reāllaika pulkstenim, laiks un datums pēc tā atvienošanas no tīkla neizkrīt, šajā gadījumā viņi strādā no CR2032 akumulatora, kas uzstādīts mātesplates savienotājā, tas arī baro BIOS mikroshēmu, lai tajā noteiktie iestatījumi nepazustu.

Klasifikācija

RTC mikroshēmu klasifikācija dažādiem ražotājiem var atšķirties. Visizplatītākie reāllaika pulksteņi šādiem ražotājiem kā: Maxim Integrated un STMicroelectronics. Tirgū ir mikroshēmas no citiem uzņēmumiem:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (EnerChip ™ RTC līnija, atšķirīga iezīme - iebūvēts cietvielu akumulators);

• NXP (RTC ar kalendāru, kas atbalsta I2C vai SPI protokolus)

• Zilogs;

• Epsons

• ON pusvadītājs.

Maxim Integrated izmanto galveno interfeisa veidu kā galveno RTC mikroshēmu klasifikācijas kritēriju, proti:

1. RTC mikroshēmas ar seriālo vadības interfeisu: I2C, 3 vadu, SPI.

2. ar paralēlu vadības saskarni:

• ar multipleksētu adreses / datu kopni;

• ar kopīgu adresi un datu kopnēm;

• ar 1 vadu viena vada interfeisu.

Varat arī klasificēt pēc datu prezentācijas formāta:

• Kalendārs Veidnes formā YY-MM-DD datumam un HH-MM-SS laikam, laikam un citiem to formātiem;

• Binārā Nepārtraukta laika vienību (sekunžu vai to daļu) binārā skaitītāja formā.

Atkarībā no ierīces ķēdē izmantotā mikroshēmas mērķa un tā veida, ja IC ar kalendāra atveidojumu, tas darbosies kā parasts pulkstenis, bet binārā gadījumā - tādām lietojumprogrammām kā laika periodu atskaites, piemēram, licences derīguma termiņš, garantijas periods vai ierīces kaut kā ierakstīšanai (piemēram, elektriskie skaitītāji), piemēram, Maxim Integrētajā katalogā tos sauc par “Elapsed Time Counter” - pagājušā laika skaitītājs, šādas IC piemērs ir DS1683.

Citos gadījumos reālā laika pulksteņa mikroshēmas var klasificēt pēc funkcionalitātes vai citiem parametriem:

• Iebūvēta ģeneratora klātbūtne vai arī jums jāizmanto ārējs ģenerators (kvarcs).

• Ar iebūvēta enerģijas avota klātbūtni vai iespēju izmantot ārēju akumulatoru.

• Pēc iekšējās atmiņas un saziņas protokolu ar "ārējo" pasauli veida un lieluma (aprakstīts iepriekš).

• Izmantojot fantoma (fantoma) saskarni, lai piekļūtu mikroshēmas iekšējiem reģistriem (iestatīšanai, režīmu iestatīšanai vai vērtību nolasīšanai).

• Citas funkcijas: sargsuns, trauksme, otrā izeja, jaudas kontrole, iespēja uzlādēt ārēju akumulatoru utt.

Visbeidzot, daudzi ražotāji klasificē savas ierīces pēc enerģijas patēriņa līmeņa, vidēji pašreizējais patēriņš svārstās no 200 līdz 1500 nA, bet atkarībā no konkrētā IC un ražotāja var arī iziet no šī diapazona.

Radioamatieru prakse

Reālā laika pulksteņi bieži tiek izmantoti kopā ar tādām populārām izstrādes un prototipēšanas platformām kā Arduino ģimene, kā arī, izstrādājot ierīces uz jebkura cita mikrokontrollera, kā arī Raspberry Pi ģimenes mikrodatori un tamlīdzīgi.

Mūsdienās nozare ražo moduļus ar RTC atsevišķas shēmas plates vai vairoga veidā. Šāda veida moduļu priekšrocība ir tā, ka nav nepieciešams izkliedēt dēli un atraisīt mikroshēmu, instalāciju, akumulatora turētāju utt.

Tos ir ērti izmantot gan gatavām ierīcēm, gan maketam - varat izmantot džemperus ar spraudņiem un savienotājiem, piemēram, Dupont, ja uz moduļa instalējat ķemmi, lai tos savienotu, vai arī lodēt vadus tieši pie dēļa niķiem (sk. Padomi, kā ātri montēt shēmas plates uz maizes dēļiem).

Starp arduino un mūsdienu pašmāju ražotājiem visizplatītākās ir Maxim Integrētās reālā laika pulksteņu mikroshēmas un uz tām balstīti moduļi, proti:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

To atšķirības ir parādītas tabulā zemāk.

Kā redzat, viņi visi sazinās ar mikrokontrolleri, izmantojot I2C kopni, un DS1302, izmantojot SPI, lai gan datu lapā ir teikts, ka "vienkāršs 3 vadu sērijas interfeiss, kas piemērots lielākajai daļai mikrokontrolleru". Un tas var savienot ne tikai līdz 10-13 Arduino tapāmuz kurām ir piestiprinātas tapas, ir SPI, bet tām, kas uzstādītas skicē, ķēdes būs zemākas. Šo IC datu kopumi ar visiem tehniskajiem datiem ir pievienoti rakstam.

Reāllaika mikroshēmu datu lapas:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (krievu valodā)

• DS3231

Arduino UNO atbalsta abus šos protokolus, kurus varat redzēt zemāk redzamajā diagrammā (attiecīgi SPI un I2C marķēti purpursarkanā un pelēkā krāsā).

Tāpat kā Aveņu pi.

Tas nozīmē, ka jūs varat izmantot jebkuru no šiem moduļiem no katras platformas. Moduļu ārējās atšķirības var redzēt zemāk redzamajā attēlā, taču tāfeles izkārtojums var atšķirties, apskatiet IC marķējumu.

Lai Arduino varētu strādāt ar RTC, jums nepieciešama bibliotēka, taču, tā kā tā nav standarta Arduino IDE paketē, jums tā ir jālejupielādē. Tīklā ir bibliotēkas, kas attiecas uz katru no apskatītajiem IC, un ir arī universālas bibliotēkas, kuras varat izvēlēties un kuru izvēlēties jums ērtāk.

Pievienota universālā bibliotēka - iarduino_rtc.zip. Ņemiet vērā, ka tajā IC tiek manuāli iestatīts, un attiecībā uz DS1302 - secinājumi, kuriem tas ir pievienots:

iekļaut // Pievienojiet bibliotēku
iarduino_RTC laiks (RTC_DS3231); // Izveidojiet laika objektu DS3231 IC
iarduino_RTC laiks (RTC_DS1307); // PAR DS1307
iarduino_RTC laiks (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // priekš DS1302.
// RST, CLK un DAT vietā arduino tapu numuri,
// ar kuriem ir savienoti atbilstošie pulksteņa moduļa tapas

DS1302 shēma vēlreiz atgādina, ka secinājumi var būt atšķirīgi:

Bet datu līnija DS1307 un DS3231 ir savienota tikai ar tapām A5 un A4 Arduino UNO (citus paneļa labojumus un versijas sk. Pinout).

Secinājums

Pulksteņi reāllaikā ļauj jums izveidot projektus, kuros visiem procesiem jāsākas pēc grafika. Gandrīz visos samērā sarežģītos projektos praktiskai izmantošanai ir tāda nepieciešamība, nav nozīmes tam, vai tā ir automātiska augu apūdeņošanas sistēma vai procesa kontroles sistēma ražošanā.

Sakarā ar detaļu zemo cenu un savienošanas un programmēšanas vienkāršību tagad ikviens var ieviest šādas sistēmas, pat bez padziļinātām zināšanām par elektroniku un mikrokontrolleriem. Bet tas nenozīmē, ka, tā kā ir arduino ar tai raksturīgo vienkāršību, tad nav jāpēta programmatūra un aparatūra. Gluži pretēji, zināšanas par dzelzi un koda struktūru ļaus jums veikt ātrākas un sarežģītākas programmas, kas vienlaikus aizņem mazāk vietas.