Čipy s hodinami RTC v reálném čase - účel, typy a příklady použití

K provádění úkolů souvisejících s automatizací je často nutné počítat určité časové intervaly. Někdy se to provádí počítáním určitého počtu period hodin nebo strojních cyklů.

Přestože sledují danou frekvenci a nejčastěji závisí na křemenném rezonátoru, při provádění operací v reálném čase, a zejména pokud jsou vázány na denní dobu, se mění v čase. Chcete-li tento problém vyřešit, použijte hodiny reálného času nebo čipy RTC.

Co je to?

RTC (hodiny reálného času, ruské hodiny reálného času) je typ mikroobvodu určený pro počítání času v „reálných“ jednotkách (sekundy, minuty, hodiny atd.).

Jsou závislé na zdroji energie, který může být buď externí, ve formě výměnné baterie nebo lithiové baterie, nebo integrovaný do pouzdra mikroobvodu (viz foto níže). Hodinové signály pro hlášení času lze získat z externího zařízení křemenný rezonátora méně často - z napájecí sítě.

Přesnost čtení závisí na kvalitě a přesnosti ladění interního oscilátoru nebo externího krystalového oscilátoru. Současně je přesnost křemene a RTC uvedena nikoli v hertzech a nikoliv v procentech, ale v „ppm“, například ± 12 ppm, ± 50 ppm. To znamená počet dílů na milion, tj. Počet dílů na milion průměrné hodnoty.

Hodiny v reálném čase lze implementovat na základě mikrokontrolérů, použití speciálních čipů však může snížit spotřebu energie, protože většina mikrokontrolérů i v režimu spánku (nebo režimu s nízkým výkonem) spotřebovává více energie než speciální integrované obvody (IC). RTC lze také integrovat do samotného mikrokontroléru (jako v STM32).

Díky hodinám v reálném čase v počítači se čas a datum po odpojení od sítě nevypne, v tomto případě pracují z baterie CR2032 nainstalované v konektoru na základní desce, napájí také čip BIOS, aby nedošlo ke ztrátě nastavení v něm nastavených.

Klasifikace

Klasifikace čipů RTC se může lišit podle výrobce. Nejběžnější hodiny v reálném čase takových výrobců, jako jsou: Maxim Integrated a STMicroelectronics. Na trhu jsou mikročipy od jiných společností:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (řada EnerChip ™ RTC, charakteristická vlastnost - vestavěná polovodičová baterie);

• NXP (RTC s kalendářem, podporující I2C nebo SPI protokoly)

• Zilog;

• Epson

• ON polovodič.

Maxim Integrated používá typ řídicího rozhraní jako hlavní kritérium pro klasifikaci RTC čipů, konkrétně:

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

2. S paralelním ovládacím rozhraním:

• s multiplexovanou adresou / datovou sběrnicí;

• se sdílenou adresou a datovými sběrnicemi;

• s jedním drátovým rozhraním.

Můžete také klasifikovat podle formátu prezentace dat:

• Kalendář Ve formě šablony YY-MM-DD pro datum a HH-MM-SS pro čas, čas a jejich další formáty;

• Binární Ve formě kontinuálního binárního čítače časových jednotek (sekund nebo jejich zlomků).

V závislosti na účelu mikroobvodu v obvodu zařízení a jeho typu je vybrána, pokud IC s kalendářním znázorněním bude fungovat jako normální hodiny, a v případě binárního, pro aplikace, jako jsou zprávy o časových obdobích, například doba platnosti licence, záruční doba nebo zařízení pro záznam něčeho (například elektrické měřiče), například v katalogu Maxim Integrated se nazývají „počítadlo uplynulého času“ - počítadlo uplynulých časů, příkladem takového IC je DS1683.

V jiných případech lze mikroobvody hodin v reálném čase klasifikovat podle funkčnosti nebo jiných charakteristik:

• Přítomnost vestavěného generátoru nebo je nutné použít externí generátor (křemen).

• Přítomnost vestavěného zdroje napájení nebo možnost použití externí baterie.

• Podle typu a velikosti vnitřní paměti a komunikačních protokolů s „vnějším“ světem (viz výše).

• Přítomností fantomového (fantomového) rozhraní pro přístup k interním registrům mikroobvodu (pro nastavení, režimy nastavení nebo hodnoty čtení).

• Další funkce: hlídací pes, alarm, druhý výstup, ovládání napájení, schopnost nabíjet externí baterii atd.

A konečně, mnoho výrobců klasifikuje svá zařízení podle úrovně spotřeby energie, v průměru se současná spotřeba pohybuje v rozmezí od 200 do 1500 nA, ale může také z tohoto rozmezí vycházet v závislosti na konkrétním výrobci IC a výrobci.

Amatérská rozhlasová praxe

Hodiny v reálném čase se často používají ve spojení s tak populárními vývojovými a prototypovacími platformami, jako je rodina Arduino, a při vývoji zařízení na jakémkoli jiném mikrokontroléru, jakož i Mikropočítače Raspberry Pi a podobně.

V současné době průmysl vyrábí moduly s RTC ve formě oddělené desky s plošnými spoji nebo stínění. Výhodou tohoto typu modulů je to, že není nutné rozšiřovat desku a odvíjet mikroobvod, kabelový svazek, držák baterie atd.

Je vhodné je použít jak pro hotová zařízení, tak i pro modely - můžete použít propojky s konektory a konektory typu Dupont, pokud na modul instalujete hřeben, nebo pájíte dráty přímo na přezky na desce (viz - Tipy pro rychlou montáž desek plošných spojů na prkénko).

Mezi arduino a moderní domácí výrobce patří mezi nejčastěji používané mikroobvody Maxim Integrated Real-time clock a moduly založené na nich, jmenovitě:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Jejich rozdíly jsou uvedeny v následující tabulce.

Jak vidíte, všichni komunikují s mikrokontrolérem přes sběrnici I2C a DS1302 přes SPI, i když v datovém listu je uvedeno „jednoduché 3vodičové sériové rozhraní vhodné pro většinu mikrokontrolérů“. A může se připojit nejen na 10-13 pinů Arduinona kterých jsou piny přiřazeny, jsou SPI, ale pro ostatní nainstalované v náčrtu budou obvody nižší. K článku jsou připojeny datové listy pro tyto integrované obvody se všemi technickými údaji.

Technické listy pro čipy v reálném čase:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (v ruštině)

• DS3231

Arduino UNO podporuje oba tyto protokoly, které můžete vidět na obrázku níže (pro SPI a I2C jsou označeny fialově a šedě).

Jako Raspberry pi.

To znamená, že můžete použít kterýkoli z těchto modulů z každé platformy. Vnější rozdíly modulů můžete vidět na obrázku níže, ale rozvržení desky se může lišit, podívejte se na označení IC.

Aby Arduino mohl pracovat s RTC, potřebujete knihovnu, ale protože není ve standardním balíčku Arduino IDE, musíte si ji stáhnout. V síti jsou knihovny pro každý z uvažovaných integrovaných obvodů a existují univerzální knihovny, které si můžete vybrat a která z nich bude pro vás pohodlnější se rozhodnout.

Připojena univerzální knihovna - iarduino_rtc.zip. Všimněte si, že typ IC je v něm nastaven ručně a pro DS1302 závěry, ke kterým je připojen:

include // Připojte knihovnu
čas iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Vytvoření časového objektu pro DS3231 IC
čas iarduino_RTC (RTC_DS1307); // PRO DS1307
čas iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // pro DS1302.
// Místo RST, CLK a DAT, čísla arduino pinů,
// ke kterému jsou připojeny odpovídající kolíky hodinového modulu

Schéma pro DS1302 znovu připomíná, že závěry se mohou lišit:

Datová linka DS1307 a DS3231 se však připojuje pouze na piny A5 a A4 jednotky Arduino UNO (další revize a verze desky najdete na pinout).

Závěr

Hodiny v reálném čase vám umožňují vytvářet projekty, ve kterých musí všechny procesy začít podle plánu. Téměř v jakémkoli relativně složitém projektu pro praktické použití existuje taková potřeba, nezáleží na tom, zda se jedná o automatický zavlažovací systém pro rostliny nebo systém řízení výroby ve výrobě.

Vzhledem k nízkým nákladům na díly a jednoduchosti připojení a programování může kdokoli tyto systémy implementovat, a to i bez hluboké znalosti elektroniky a mikrokontrolérů. To však neznamená, že jelikož existuje arduino se svou vlastní jednoduchostí, není třeba studovat software a hardware. Naopak, znalost struktury železa a kódu vám umožní vytvářet rychlejší a složitější programy, které zároveň zabírají méně místa.