RTC-realtidsurchips - Formål, typer og eksempler på brug

For at udføre alle opgaver, der er relateret til automatisering, skal du ofte tælle bestemte tidsintervaller. Nogle gange gøres dette ved at tælle et bestemt antal perioder af uret eller maskincyklusserne.

Selvom de følger med på en given frekvens og ofte afhænger af kvartsresonatoren, når de udfører operationer i realtid, og især hvis de er bundet til tidspunktet på dagen, skifter de i tid. For at løse dette problem skal du bruge realtidsur eller RTC-chips.

Hvad er dette?

RTC (realtid ur, russisk realtid ur) er en type mikrokredsløb beregnet til at tælle tid i "reelle" enheder (sekunder, minutter, timer osv.).

De er afhængige af strømkilden, der enten kan være ekstern, i form af et udskifteligt batteri eller et lithiumbatteri eller integreret i mikrokredsløbshuset (se foto nedenfor). Ursignaler til tidsrapportering kan fås fra en ekstern kvartsresonatorog sjældnere - fra strømforsyningsnetværket.

Aflæsningsnøjagtighed afhænger af kvaliteten og indstillingsnøjagtigheden af ​​den interne oscillator eller den eksterne krystaloscillator. Samtidig er nøjagtigheden af ​​henholdsvis kvarts og RTC angivet ikke i hertz og ikke i procent, men i "ppm", for eksempel ± 12 ppm, ± 50 ppm. Dette udgør for dele pr. Million, det vil sige antallet af dele pr. Million af en vis gennemsnitlig værdi.

Realtidsur kan implementeres på basis af mikrokontrollere, men brugen af ​​specielle chips kan reducere strømforbruget, da de fleste mikrokontrollere endda i dvaletilstand (eller lav strømtilstand) bruger mere strøm end specielle integrerede kredsløb (IC'er). RTC'er kan også integreres i selve mikrokontrolleren (som i STM32).

Det er takket være realtidsuret på din computer, at klokkeslættet og datoen efter, at det er frakoblet netværket ikke går af, i dette tilfælde fungerer de fra CR2032-batteriet, der er installeret i stikket på bundkortet, det føder også BIOS-chippen, så indstillingerne deri ikke går tabt.

klassifikation

Klassificeringen af ​​RTC-chips kan variere fra producent til producent. De mest almindelige realtidsur fra sådanne producenter som: Maxim Integrated og STMicroelectronics. Der er mikrochips på markedet fra andre virksomheder:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (EnerChip ™ RTC-linje, særpræg - indbygget solid state-batteri);

• NXP (RTC med kalender, der understøtter I2C eller SPI-protokoller)

• Zilog;

• epson;

• TIL halvleder.

Maxim Integrated bruger typen af ​​kontrolgrænseflade som hovedkriteriet for klassificering af RTC-chips, nemlig:

1. RTC-chips med en seriel kontrolgrænseflade: I2C, 3-leder, SPI.

2. Med en parallel kontrolgrænseflade:

• med multiplekset adresse / databus;

• med delt adresse og databusser;

• med 1-leder enkeltråds interface.

Du kan også klassificere efter datapræsentationsformat:

• Kalender. I form af en skabelon YY-MM-DD for dato og HH-MM-SS for tid, tid og deres andre formater;

• Binary. I form af en kontinuerlig binær tæller for tidsenheder (sekunder eller deres fraktioner).

Afhængigt af formålet med mikrokredsløbet i enhedens kredsløb og dens type er valgt, hvis IC med en kalenderrepræsentation, vil den fungere som et normalt ur, og i tilfælde af et binært, til applikationer som rapporter om tidsperioder, for eksempel licensgyldighedsperiode, garantiperiode eller enheder til optagelse af noget (for eksempel elektriske målere), for eksempel i Maxim Integrated-kataloget kaldes de "Elapsed Time Counter" - den forløbne tidstæller, et eksempel på en sådan IC er DS1683.

I andre tilfælde kan realtidsmikrokredsløb klassificeres efter funktionalitet eller andre egenskaber:

• Tilstedeværelsen af ​​en indbygget generator, eller det er nødvendigt at bruge en ekstern generator (kvarts).

• Ved tilstedeværelsen af ​​en indbygget strømkilde eller muligheden for at bruge et eksternt batteri.

• Af typen og størrelsen på den interne hukommelse og kommunikationsprotokoller med den "eksterne" verden (beskrevet ovenfor).

• Ved tilstedeværelsen af ​​et fantom (fantom) interface til at få adgang til de interne registre i mikrokredsløbet (til indstilling, indstillingstilstande eller læse værdier).

• Andre funktioner: vagthund, alarm, anden udgang, strømstyring, evnen til at oplade et eksternt batteri osv.

Og endelig klassificerer mange producenter deres enheder i henhold til energiforbruget i gennemsnit, det aktuelle forbrug varierer fra 200 til 1500 nA, men kan også gå ud af dette interval afhængigt af den specifikke IC og producent.

Amatørradio

Realtids-ure bruges ofte i forbindelse med så populære udviklings- og prototyperplatforme som Arduino-familien, og når der udvikles enheder på andre mikrokontrollere, såvel som Raspberry Pi-familiemikrocomputere og lignende.

I dag fremstiller industrien moduler med RTC i form af et separat kredsløbskort eller skjold. Fordelen ved denne type moduler er, at der ikke er behov for at sprede tavlen og lodde mikrokredsløbet, seletøjet, batteriholderen og så videre.

De er praktiske at bruge både til færdige enheder og i mock-ups - du kan bruge jumpere med stik og Dupont-stik, hvis du installerer en kam på modulet til at forbinde dem eller lodde ledningerne direkte på nikkelene på brættet (se - Tip til hurtig samling af kredsløb på brødbrædder).

Blandt de arduino og moderne hjemmelavede producenter er de mest anvendte Maxim Integrated real-time urmikrokredsløb og moduler baseret på dem, nemlig:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Deres forskelle er vist i nedenstående tabel.

Som du kan se, kommunikerer de alle med mikrokontrolleren via I2C-bussen og DS1302 via SPI, selvom databladet siger "en simpel 3-leder seriel grænseflade, der er velegnet til de fleste mikrokontrollere." Og det kan ikke kun forbinde til 10-13 pins Arduinosom benene er tildelt er SPI, men for de andre, der er installeret i skitsen, vil kredsløbene være lavere. Datasæt til disse IC'er med alle tekniske data er knyttet til artiklen.

Datablad til realtidschips:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (på russisk)

• DS3231

Arduino UNO understøtter begge disse protokoller, som du kan se i nedenstående diagram (markeret i henholdsvis lilla og gråt for henholdsvis SPI og I2C).

Som hindbærpi.

Dette betyder, at du kan bruge et af disse moduler fra hver platform. Du kan se de eksterne forskelle i modulerne på illustrationen herunder, men kortets layout kan variere, se på IC-markeringen.

For at Arduino skal arbejde med RTC, har du brug for et bibliotek, men da det ikke findes i standard Arduino IDE-pakken, skal du downloade det. Der er biblioteker på netværket for hver af de betragtede IC'er, og der er universelle biblioteker, som du kan vælge, og hvilken der vil være mere praktisk for dig at beslutte.

Universalbibliotek vedhæftet - iarduino_rtc.zip. Bemærk, at IC-typen er manuelt indstillet i den, og for DS1302 de konklusioner, som den er forbundet til:

inkluderer // Tilslut biblioteket
iarduino_RTC-tid (RTC_DS3231); // Opret et tidsobjekt til DS3231 IC
iarduino_RTC-tid (RTC_DS1307); // FOR DS1307
iarduino_RTC-tid (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // til DS1302.
// I stedet for RST, CLK og DAT, antallet af arduino-stifter,
// som de tilsvarende stifter på urmodulet er forbundet til

Diagram til DS1302, husk endnu en gang, at konklusionerne kan være forskellige:

Men datalinjen DS1307 og DS3231 forbinder kun A5- og A4-stifterne på Arduino UNO (for andre revisioner og versioner af tavlen, se pinout).

konklusion

Realtidsur giver dig mulighed for at lave projekter, hvor alle processer skal starte efter en tidsplan. I næsten ethvert relativt komplekst projekt til praktisk brug er der et sådant behov; det betyder ikke noget, om det er et automatisk vandingssystem til planter eller et processtyringssystem i produktion.

På grund af de lave omkostninger ved dele og enkelheden ved tilslutning og programmering kan enhver nu implementere sådanne systemer, selv uden indgående kendskab til elektronik og mikrokontrollere. Men dette betyder ikke, at da der er arduino med dens iboende enkelhed, så er der ikke behov for at studere softwaren og hardware. Tværtimod vil viden om jern- og kodestruktur give dig mulighed for at lave hurtigere og mere komplekse programmer, der samtidig tager mindre plads.