kategorier: Mikrokontrollkretsar
Antal visningar: 3195
Kommentarer till artikeln: 0

RTC Real-Time Clock Chips - Syfte, typer och exempel på användning

 

För att utföra alla uppgifter relaterade till automatisering måste du ofta räkna vissa tidsintervall. Ibland görs detta genom att räkna ett visst antal perioder av klockan eller maskincykler.

Även om de följer med en given frekvens och oftast beror på kvartsresonatorn, när de utför operationer i realtid, och särskilt om de är bundna till tiden på dagen, förändras de i tid. För att lösa problemet använder du realtidsklocka eller RTC-chips.


Vad är det här?

RTC (realtidsklocka, ryska realtidsklocka) är en typ av mikrokrets avsedd för att räkna tid i "riktiga" enheter (sekunder, minuter, timmar, etc.).

De är beroende av strömkällan, som antingen kan vara extern, i form av ett utbytbart batteri eller ett litiumbatteri, eller integrerat i mikrokretshuset (se bild nedan). Klocksignaler för tidsrapportering kan erhållas från en extern kvartsresonatoroch mindre ofta - från nätaggregatet.

Läsnoggrannheten beror på kvaliteten och inställningsnoggrannheten för den inre oscillatorn eller den externa kristalloscillatorn. Samtidigt indikeras noggrannheten för kvarts respektive RTC inte i hertz och inte i procent, utan i "ppm", till exempel ± 12 ppm, ± 50 ppm. Detta står för delar per miljon, det vill säga antalet delar per miljon av något medelvärde.

RTC Real Time Clock Chip

Realtidsklockor kan implementeras på basis av mikrokontroller, men användningen av specialchips kan minska energiförbrukningen, eftersom de flesta mikrokontroller även i viloläge (eller låg effektläge) förbrukar mer energi än speciella integrerade kretsar (IC). RTC: er kan också integreras i själva mikrokontrollern (som i STM32).

Det är tack vare realtidsklockan på din dator att tiden och datumet efter att den har kopplats från nätverket inte går av, i det här fallet fungerar de från CR2032-batteriet som är installerat i kontakten på moderkortet, det matar också BIOS-chipet så att inställningarna i det inte går vilse.

RTC-chip med inbyggt batteri

klassificering

Klassificeringen av RTC-chips kan variera från tillverkare till tillverkare. De vanligaste realtidsklockorna hos sådana tillverkare som: Maxim Integrated och STMicroelectronics. Det finns mikrochips på marknaden från andra företag:

  • Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

  • Cymbet (EnerChip ™ RTC-linje, särdrag - inbyggt fast tillståndsbatteri);

  • NXP (RTC med kalender, stödjande I2C- eller SPI-protokoll)

  • Zilog;

  • epson;

  • PÅ halvledare.

Klockmodul i realtid med DS1307-chip

Maxim Integrated använder typen av kontrollgränssnitt som huvudkriterium för klassificering av RTC-chips, nämligen:

1. RTC-chips med ett seriellt kontrollgränssnitt: I2C, 3-ledars, SPI.

2. Med ett parallellt kontrollgränssnitt:

  • med multiplexerad adress / databuss;

  • med delad adress och databussar;

  • med 1-ledars enkeltrådsgränssnitt.

Modul för realtidsklocka

Du kan också klassificera efter datapresentationsformat:

  • Kalender. I form av en mall YY-MM-DD för datum och HH-MM-SS för tid, tid och deras andra format;

  • Binary. I form av en kontinuerlig binär räknare för tidsenheter (sekunder eller deras fraktioner).

Beroende på syftet med mikrokretsen i enhetens krets och dess typ väljs, om IC med en kalenderrepresentation kommer den att fungera som en normal klocka, och i fallet med en binär, för applikationer som rapporter om tidsperioder, till exempel licensgiltighetsperiod, garantiperiod eller enheter för inspelning av något (till exempel elektriska mätare), till exempel i Maxim Integrated-katalogen kallas de "Elapsed Time Counter" - den förflutna tidräknaren, ett exempel på en sådan IC är DS1683.

I andra fall kan realtidsklockamikrokretsar klassificeras efter funktionalitet eller andra egenskaper:

  • Närvaron av en inbyggd generator eller så måste du använda en extern generator (kvarts).

  • Genom närvaron av en inbyggd strömkälla eller möjligheten att använda ett externt batteri.

  • Av typen och storleken på internminnet och kommunikationsprotokoll med den "externa" världen (beskrivs ovan).

  • Genom närvaro av ett fantomgränssnitt (fantom) för att få åtkomst till de interna registren i mikrokretsen (för inställning, inställningslägen eller läsvärden).

  • Andra funktioner: vakthund, larm, andra utgång, strömstyrning, förmågan att ladda ett externt batteri, etc.

Och slutligen klassificerar många tillverkare sina enheter enligt energiförbrukningsnivån, i genomsnitt varierar den nuvarande förbrukningen från 200 till 1500 nA, men kan också gå ur detta intervall beroende på specifik IC och tillverkare.


Amatörradioövning

Realtidsklockor används ofta i samband med så populära utvecklings- och prototyperplattformar som Arduino-familjen, och när man utvecklar enheter på andra mikrokontroller, liksom Raspberry Pi-familjens mikrodatorer och liknande.

Användning av RTC-chips i amatörradioövning

Idag producerar industrin moduler med RTC, i form av ett separat kretskort eller sköld. Fördelen med den här typen av moduler är att det inte finns något behov av att sprida brädet och att lösa av mikrokretsen, selen, batterihållaren och så vidare.

De är praktiska att använda både för färdiga enheter och i mock-ups - du kan använda hoppar med pluggar och Dupont-anslutningar, om du installerar en kam på modulen för att ansluta dem, eller löd trådarna direkt till nicklarna på brädet (se - Tips för snabb montering av kretskort på brödskivor).

Moduler med RTC

Bland de arduino och moderna hemlagade tillverkarna är de mest använda Maxim Integrated realtidsklockamikrokretsar och moduler baserade på dem, nämligen:

  • DS1302;

  • DS1307;

  • DS3231.

Deras skillnader visas i tabellen nedan.

Funktioner på DS1302, DS1307 och DS3231 chips

Som ni ser, alla kommunicerar med mikrokontrollern via I2C-bussen och DS1302 via SPI, även om databladet säger "ett enkelt 3-ledars seriellt gränssnitt som passar de flesta mikrokontroller." Och det kan inte bara ansluta till 10-13 stift av Arduinosom stiften är tilldelade är SPI, men för de andra som är installerade i skissen kommer kretsarna att vara lägre. Datashits för dessa IC: er med alla tekniska data bifogas artikeln.

Datablad för realtidschips:

Arduino UNO stöder båda dessa protokoll, som du kan se i diagrammet nedan (markerat i lila och grått för SPI respektive I2C).

Arduino uno

Som Raspberry pi.

Hallon pi

Det betyder att du kan använda någon av dessa moduler från varje plattform. Du kan se de externa skillnaderna i modulerna i illustrationen nedan, men kortets layout kan skilja sig, se IC-markeringen.

För att Arduino ska fungera med RTC behöver du ett bibliotek, men eftersom det inte finns i standard Arduino IDE-paketet måste du ladda ner det. Det finns bibliotek i nätverket för var och en av de betraktade IC: erna, och det finns universella bibliotek som du kan välja och vilket som är bekvämare för dig att bestämma.

Universellt bibliotek bifogat - iarduino_rtc.zip. Observera att IC-typen är manuellt inställd i den, och för DS1302 slutsatserna som den är ansluten till:

inkludera // Anslut biblioteket
iarduino_RTC-tid (RTC_DS3231); // Skapa ett tidsobjekt för DS3231 IC
iarduino_RTC-tid (RTC_DS1307); // FÖR DS1307
iarduino_RTC-tid (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // för DS1302.
// I stället för RST, CLK och DAT, antalet arduino-stift,
// till vilka motsvarande stift i klockmodulen är anslutna

Diagram för DS1302, återigen påminner om att slutsatserna kan vara annorlunda:

Anslutningsdiagram DS1302 till Arduino

Men datalinjen DS1307 och DS3231 ansluts bara till A5- och A4-stiften på Arduino UNO (se andra kort och versioner av kortet).

RTC till Arduino anslutningsdiagram
RTC till Arduino anslutningsdiagram

slutsats

I realtidsklockor kan du göra projekt där alla processer måste starta enligt ett schema. I nästan alla relativt komplexa projekt för praktisk användning finns det ett sådant behov; det spelar ingen roll om det är ett automatiskt vattningssystem för växter eller ett processkontrollsystem i produktion.

På grund av de låga kostnaderna för delar och enkelheten att ansluta och programmera kan vem som helst implementera sådana system utan att ens ha djupgående kunskaper inom elektronik och mikrokontroller. Men detta betyder inte att eftersom det finns arduino med dess inneboende enkelhet, så finns det inget behov av att studera programvaran och hårdvaran. Tvärtom, kunskap om järn och kodstruktur gör att du kan göra snabbare och mer komplexa program, som samtidigt tar mindre plats.

Se även på elektrohomepro.com:

  • Vad är Nextion-skärmar och hur man arbetar med dem?
  • PIC-mikrokontroller för nybörjare
  • Typer och arrangemang av AVR-mikrokontroller
  • Programmerbara mikrokontroller i JavaScript: vilken man ska välja, egenskaper ...
  • Mät temperatur och luftfuktighet på Arduino - ett urval av sätt

  •