ชิปนาฬิกา RTC ตามเวลาจริง - วัตถุประสงค์ประเภทและตัวอย่างการใช้งาน

ในการทำงานใด ๆ ที่เกี่ยวข้องกับระบบอัตโนมัติคุณมักต้องนับช่วงเวลาที่แน่นอน บางครั้งสิ่งนี้ทำได้โดยการนับจำนวนรอบระยะเวลาของนาฬิกาหรือรอบเครื่อง

อย่างไรก็ตามแม้ว่าพวกเขาจะทำตามความถี่ที่กำหนดและส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับ resonator ผลึกเมื่อดำเนินการในเวลาจริงและโดยเฉพาะอย่างยิ่งถ้าพวกเขาจะผูกติดอยู่กับเวลาของวันพวกเขาเปลี่ยนในเวลา เพื่อแก้ปัญหานี้ให้ใช้นาฬิกาเรียลไทม์หรือชิป RTC

นี่คืออะไร

RTC (นาฬิกาเรียลไทม์, นาฬิกาเรียลไทม์ของรัสเซีย) เป็นประเภทของ microcircuit สำหรับการนับเวลาในหน่วย "ของจริง" (วินาที, นาที, ชั่วโมง, ฯลฯ )

พวกเขาจะขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานซึ่งอาจเป็นได้ทั้งภายนอกในรูปแบบของแบตเตอรี่เปลี่ยนหรือแบตเตอรี่ลิเธียมหรือสร้างขึ้นในที่อยู่อาศัย microcircuit (ดูภาพด้านล่าง) สัญญาณนาฬิกาสำหรับการรายงานเวลาสามารถรับได้จากภายนอก แร่ควอตซ์และน้อยกว่า - จากเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟ

ความแม่นยำในการอ่านขึ้นอยู่กับคุณภาพและความแม่นยำในการปรับแต่งของออสซิลเลเตอร์ภายในหรือออสซิลเลเตอร์คริสตัลภายนอก ในเวลาเดียวกันความแม่นยำของควอตซ์และ RTC ตามลำดับไม่ได้ระบุในเฮิรตซ์และไม่ได้เป็นเปอร์เซ็นต์ แต่เป็น "ppm" เช่น± 12 ppm, ± 50 ppm นี่หมายถึงส่วนต่อล้านคือจำนวนชิ้นส่วนต่อล้านของค่าเฉลี่ยบางส่วน

นาฬิกาแบบเรียลไทม์สามารถนำมาใช้บนพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์อย่างไรก็ตามการใช้ชิปพิเศษสามารถลดการใช้พลังงานเนื่องจากไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่แม้ในโหมดสลีป (หรือโหมดพลังงานต่ำ) ใช้พลังงานมากกว่าวงจรรวมพิเศษ (IC) RTCs สามารถรวมเข้ากับไมโครคอนโทรลเลอร์เอง (เช่นเดียวกับใน STM32)

ต้องขอบคุณนาฬิกาเรียลไทม์บนคอมพิวเตอร์ของคุณว่าเวลาและวันที่หลังจากที่ตัดการเชื่อมต่อจากเครือข่ายไม่ได้หลุดในกรณีนี้พวกเขาทำงานจากแบตเตอรี่ CR2032 ที่ติดตั้งในตัวเชื่อมต่อบนเมนบอร์ดมันยังป้อนชิป BIOS เพื่อให้การตั้งค่า

การจัดหมวดหมู่

การจำแนกประเภทของชิป RTC อาจแตกต่างกันไปในแต่ละผู้ผลิต นาฬิกาเรียลไทม์ที่พบบ่อยที่สุดของผู้ผลิตเช่น: Maxim Integrated และ STMicroelectronics มีไมโครชิปในตลาดจาก บริษัท อื่น:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (สาย EnerChip ™ RTC คุณสมบัติเด่น - แบตเตอรี่โซลิดสเตทในตัว);

• NXP (RTC พร้อมปฏิทินรองรับโปรโตคอล I2C หรือ SPI)

• Zilog;

• EPSON;

• ON เซมิคอนดักเตอร์

Maxim Integrated ใช้ประเภทของส่วนต่อประสานการควบคุมเป็นเกณฑ์หลักสำหรับการจำแนกประเภทของชิป RTC ได้แก่ :

1. ชิป RTC พร้อมอินเตอร์เฟสการควบคุมแบบอนุกรม: I2C, 3-wire, SPI

2. ด้วยอินเทอร์เฟซการควบคุมแบบขนาน:

• ด้วยที่อยู่มัลติบัส / บัสข้อมูล;

• ด้วยที่อยู่ที่ใช้ร่วมกันและบัสข้อมูล

• ด้วยอินเตอร์เฟสแบบสายเดี่ยว 1 เส้น

คุณสามารถจำแนกตามรูปแบบการนำเสนอข้อมูล:

• ปฏิทิน ในรูปแบบของเทมเพลต YY-MM-DD สำหรับวันที่และ HH-MM-SS สำหรับเวลาเวลาและรูปแบบอื่น ๆ

• binary ในรูปแบบของตัวนับไบนารีต่อเนื่องของหน่วยเวลา (วินาทีหรือเศษส่วน)

ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของ microcircuit ในวงจรของอุปกรณ์และชนิดของอุปกรณ์ที่เลือกถ้า IC ที่มีการแสดงปฏิทินมันจะทำหน้าที่เป็นนาฬิกาปกติและในกรณีของไบนารีหนึ่งสำหรับแอปพลิเคชันเช่นรายงานช่วงเวลาเช่นใบอนุญาตมีผลบังคับใช้ อุปกรณ์สำหรับการบันทึกบางอย่าง (ตัวอย่างเช่นเมตรไฟฟ้า) ตัวอย่างเช่นในแค็ตตาล็อก Maxim Integrated พวกเขาถูกเรียกว่า "Elapsed Time Counter" - ตัวจับเวลาเวลาที่ผ่านไปตัวอย่างของ IC เช่น DS1683

ในกรณีอื่น ๆ ไมโครวงจรนาฬิกาตามเวลาจริงสามารถจำแนกได้ตามลักษณะการทำงานหรือลักษณะอื่น ๆ :

• การมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในตัวหรือจำเป็นต้องใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายนอก (ควอตซ์)

• โดยการมีแหล่งพลังงานในตัวหรือความเป็นไปได้ของการใช้แบตเตอรี่ภายนอก

• โดยประเภทและขนาดของหน่วยความจำภายในและโปรโตคอลการสื่อสารกับโลก "ภายนอก" (อธิบายไว้ข้างต้น)

• โดยการมีอินเตอร์เฟซ phantom (phantom) สำหรับการเข้าถึงการลงทะเบียนภายในของ microcircuit (สำหรับการตั้งค่าโหมดการตั้งค่าหรือค่าการอ่าน)

• คุณสมบัติอื่น ๆ : สุนัขเฝ้าบ้าน, ปลุก, ทางออกที่สอง, การควบคุมพลังงาน, ความสามารถในการชาร์จแบตเตอรี่ภายนอก ฯลฯ

และในที่สุดผู้ผลิตหลายรายจำแนกอุปกรณ์ตามระดับการใช้พลังงานโดยเฉลี่ยปริมาณการใช้ปัจจุบันอยู่ในช่วง 200 ถึง 1500 nA แต่อาจออกนอกช่วงนี้ขึ้นอยู่กับ IC และผู้ผลิตที่เฉพาะเจาะจง

ฝึกวิทยุสมัครเล่น

นาฬิกาเรียลไทม์มักใช้ร่วมกับแพลตฟอร์มการพัฒนาและต้นแบบที่ได้รับความนิยมเช่นตระกูล Arduino และเมื่อพัฒนาอุปกรณ์บนไมโครคอนโทรลเลอร์อื่น ๆ รวมถึง ไมโครคอมพิวเตอร์ราสเบอร์รี่ Pi และชอบ.

วันนี้อุตสาหกรรมผลิตโมดูลด้วย RTC ในรูปแบบของแผงวงจรแยกหรือโล่ ข้อได้เปรียบของโมดูลประเภทนี้คือไม่จำเป็นต้องแพร่กระจายบอร์ดและคลายไมโครชิป, บังเหียน, ที่ใส่แบตเตอรี่และอื่น ๆ

สะดวกในการใช้ทั้งอุปกรณ์สำเร็จรูปและในการจำลอง - คุณสามารถใช้จัมเปอร์พร้อมปลั๊กและคอนเนคเตอร์ประเภทดูปองท์หากคุณติดตั้งหวีบนโมดูลเพื่อเชื่อมต่อหรือเชื่อมสายไฟโดยตรงกับนิคในกระดาน (ดู - เคล็ดลับสำหรับการประกอบแผงวงจรอย่างรวดเร็วบนแผงควบคุมขนมปัง).

ในบรรดาผู้ผลิตโฮมเมดอาร์ดิโนและโมเดิร์นที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ Maxim Integrated วงจรเวลาแบบเรียลไทม์และโมดูลที่อิงกับพวกเขา ได้แก่ :

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231

ความแตกต่างของพวกเขาแสดงในตารางด้านล่าง

อย่างที่คุณเห็นพวกเขาทั้งหมดสื่อสารกับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านบัส I2C และ DS1302 ผ่าน SPI แม้ว่าแผ่นข้อมูลจะบอกว่า "อินเตอร์เฟสแบบ 3 สายธรรมดาที่เหมาะสำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ส่วนใหญ่" และมันสามารถเชื่อมต่อไม่เพียง ถึง 10-13 พินของ Arduinoหมุดที่ได้รับมอบหมายคือ SPI แต่สำหรับหมุดอื่น ๆ ที่ติดตั้งในร่างวงจรจะลดลง ชุดข้อมูลสำหรับไอซีเหล่านี้พร้อมข้อมูลทางเทคนิคทั้งหมดจะแนบมากับบทความ

แผ่นข้อมูลสำหรับชิปแบบเรียลไทม์:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (ในรัสเซีย)

• DS3231

Arduino UNO รองรับโปรโตคอลทั้งสองซึ่งคุณสามารถดูได้ในแผนภาพด้านล่าง (ทำเครื่องหมายเป็นสีม่วงและสีเทาสำหรับ SPI และ I2C ตามลำดับ)

เช่นเดียวกับราสเบอร์รี่ปี่

ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถใช้โมดูลเหล่านี้จากแต่ละแพลตฟอร์ม คุณสามารถดูความแตกต่างภายนอกของโมดูลในภาพประกอบด้านล่าง แต่เค้าโครงของบอร์ดอาจแตกต่างกันดูที่เครื่องหมาย IC

เพื่อให้ Arduino ทำงานกับ RTC คุณต้องมีไลบรารี แต่เนื่องจากมันไม่ได้อยู่ในแพ็คเกจ Arduino IDE มาตรฐานคุณจึงต้องดาวน์โหลด มีห้องสมุดในเครือข่ายสำหรับไอซีที่พิจารณาแต่ละอันและมีไลบรารีสากลที่คุณสามารถเลือกได้และไลบรารีใดจะสะดวกกว่าสำหรับคุณในการตัดสินใจ

แนบไลบรารีสากล - iarduino_rtc.zip. โปรดทราบว่ามีการตั้งค่าชนิด IC ด้วยตนเองและสำหรับ DS1302 ข้อสรุปที่เชื่อมต่อ:

รวม // เชื่อมต่อไลบรารี
เวลาของ iarduino_RTC (RTC_DS3231); // สร้างวัตถุเวลาสำหรับ IC DS3231
เวลาของ iarduino_RTC (RTC_DS1307); // สำหรับ DS1307
เวลาของ iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // สำหรับ DS1302
// แทน RST, CLK และ DAT ตัวเลขของพินอาร์ดิโน
// ซึ่งหมุดที่สอดคล้องกันของโมดูลนาฬิกาเชื่อมต่ออยู่

ไดอะแกรมสำหรับ DS1302 จำได้อีกครั้งว่าข้อสรุปอาจแตกต่างกัน:

แต่สายข้อมูล DS1307 และ DS3231 เชื่อมต่อกับหมุด A5 และ A4 ของ Arduino UNO เท่านั้น (สำหรับบอร์ดรุ่นและเวอร์ชั่นอื่น ๆ ดู pinout)

ข้อสรุป

นาฬิกาเรียลไทม์ช่วยให้คุณสามารถสร้างโครงการที่กระบวนการใด ๆ จะต้องเริ่มตามกำหนดเวลา ในเกือบทุกโครงการที่มีความซับซ้อนสำหรับการใช้งานจริงมีความต้องการเช่นนั้นมันไม่สำคัญว่าจะเป็นระบบรดน้ำอัตโนมัติสำหรับพืชหรือระบบควบคุมกระบวนการในการผลิต

เนื่องจากชิ้นส่วนมีราคาถูกและความง่ายในการเชื่อมต่อและตั้งโปรแกรมทำให้ทุกคนสามารถใช้ระบบดังกล่าวได้แม้จะไม่มีความรู้เชิงลึกเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และไมโครคอนโทรลเลอร์ แต่นี่ไม่ได้หมายความว่าเนื่องจากอาร์ดิโนมีความเรียบง่ายโดยธรรมชาติจึงไม่จำเป็นต้องศึกษาซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ ในทางตรงกันข้ามความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างเหล็กและรหัสจะช่วยให้คุณสร้างโปรแกรมที่รวดเร็วและซับซ้อนยิ่งขึ้นซึ่งในขณะเดียวกันก็ใช้พื้นที่น้อยลง