Xips de rellotge en temps real RTC - Finalitat, tipus i exemples d’ús

Per realitzar qualsevol tasca relacionada amb l’automatització, sovint cal comptar certs intervals de temps. De vegades es fa comptant un cert nombre de períodes del cicle o del cicle de la màquina.

Tot i això, tot i que segueixen amb una freqüència determinada i sovint depenen del ressonador de quars, quan realitzen operacions en temps real, i sobretot si estan lligades a l’hora del dia, canvien en el temps. Per resoldre aquest problema, utilitzeu xips de rellotge o RTC en temps real.

Què és això

El RTC (rellotge en temps real, rellotge en temps real rus) és un tipus de microcircuit destinat a comptar el temps en unitats “reals” (segons, minuts, hores, etc.).

Depenen de la font d’energia, que pot ser externa, en forma de bateria substituïble o de liti, o integrada a la carcassa del microcircuit (vegeu la foto inferior). Els senyals de rellotge per informar de temps es poden obtenir d’un extern ressonador de quarsi menys sovint: de la xarxa d’alimentació.

La precisió de lectura depèn de la qualitat i la precisió d’afinació de l’oscil·lador intern o l’oscil·lador extern de cristall. Al mateix temps, la precisió del quars i RTC, respectivament, està indicada no en hertz i no en percentatge, sinó en "ppm", per exemple ± 12 ppm, ± 50 ppm. Això representa el nombre de parts per milió, és a dir, el nombre de parts per milió d'algun valor mitjà.

Els rellotges en temps real es poden implementar sobre la base de microcontroladors, no obstant això, l’ús de xips especials pot reduir el consum d’energia, ja que la majoria de microcontroladors fins i tot en mode de suspensió (o mode de poca potència) consumeixen més energia que els circuits integrats especials (ICs). Les RTC també es poden integrar en el propi microcontrolador (com en STM32).

És gràcies al rellotge en temps real del vostre ordinador que l’hora i la data després d’haver-se desconnectat de la xarxa no es descarreguen, en aquest cas funcionen des de la bateria CR2032 instal·lada al connector de la placa base, també alimenta el xip BIOS perquè la configuració establerta en aquest no es perdi.

Classificació

La classificació dels xips RTC pot variar de fabricant a fabricant. Els rellotges en temps real més comuns de fabricants com: Maxim Integrated i STMicroelectronics. Hi ha microxips al mercat d'altres empreses:

• Corporació Intersil (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (línia EnerChip ™ RTC, característica distintiva: bateria d’estat sòlid incorporat);

• NXP (RTC amb calendari, suport de protocols I2C o SPI)

• Zilog;

• Epson

• ON semiconductor.

Maxim Integrated utilitza el tipus d'interfície de control com a criteri principal per a la classificació de xips RTC, a saber:

Xips RTC amb interfície de control en sèrie: I2C, 3-wire, SPI.

2. Amb una interfície de control paral·lela:

• amb adreça / bus de dades multiplexades;

• amb busos d'adreces i dades compartides;

• amb interfície d'un sol fil.

També es pot classificar segons el format de presentació de dades:

• Calendari En forma de plantilla YY-MM-DD per a la data i HH-MM-SS per a temps, hora i els seus altres formats;

• Binari En forma de comptador binari continu d'unitats de temps (segons o fraccions).

Segons el propòsit del microcircuit al circuit del dispositiu i el seu tipus està seleccionat, si l’IC amb representació del calendari, funcionarà com a rellotge normal i, en el cas d’un binari, per a aplicacions com ara informes de períodes de temps, per exemple, període de validesa de la llicència, període de garantia o els dispositius per enregistrar alguna cosa (per exemple, comptadors elèctrics), per exemple, al catàleg de Maxim Integrated s'anomenen "Contador de temps perdut". El comptador de temps transcorregut, un exemple d'aquest IC és DS1683.

En altres casos, els microcircuits de rellotge en temps real es poden classificar per funcionalitats o altres característiques:

• Presència d’un generador incorporat o cal utilitzar un generador extern (quars).

• Per la presència d’una font d’energia incorporada o la possibilitat d’utilitzar una bateria externa.

• Pel tipus i la mida de la memòria interna i els protocols de comunicació amb el món "extern" (descrit anteriorment).

• Per la presència d'una interfície fantasma (fantasma) per accedir als registres interns del microcircuit (per configurar, configurar modes o llegir valors).

• Altres funcions: vigilant, alarma, segona sortida, control de potència, la capacitat de carregar una bateria externa, etc.

I, finalment, molts fabricants classifiquen els seus dispositius segons el nivell de consum d’energia, de mitjana, el consum actual oscil·la entre 200 i 1500 nA, però també poden sortir d’aquest rang depenent de la CI i del fabricant específics.

Pràctica de ràdio amateur

Els rellotges en temps real s’utilitzen sovint conjuntament amb plataformes de desenvolupament i prototipat tan populars com la família Arduino, i per desenvolupar dispositius en qualsevol altre microcontrolador, així com Microordinadors de la família Raspberry Pi i similars.

Avui en dia, la indústria produeix mòduls amb RTC, en forma de placa de circuit o blindatge independent. L’avantatge d’aquest tipus de mòduls és que no cal estendre la placa i vendre el microcircuit, l’arnès, el suport de la bateria, etc.

Són còmodes d’utilitzar tant per a dispositius preparats com per a maquetes: podeu utilitzar saltadors amb endolls i connectors tipus Dupont, si instal·leu un pentinat al mòdul per connectar-los, o bé soldeu els cables directament als nickles de la placa (vegeu - Consells per muntar ràpidament plaques de circuit a taulers de taula).

Entre els fabricants artesanals arduino i moderns, els més utilitzats són els microcircuits de rellotge integrats en temps real i els mòduls basats en ells, a saber:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Les seves diferències es mostren a la taula següent.

Com veieu, tots ells es comuniquen amb el microcontrolador mitjançant el bus I2C, i el DS1302 via SPI, tot i que el full de dades diu "una interfície sèrie senzilla de tres fils adequada per a la majoria de microcontroladors". I no només es pot connectar a 10-13 pins d'Arduinosobre la qual s’assignen els pins són SPI, però als altres instal·lats a l’esbós, els circuits seran més baixos. Els fitxers de dades d’aquests CI amb totes les dades tècniques s’adjunten a l’article.

Fulls de dades de xips en temps real:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (en rus)

• DS3231

Arduino UNO admet tots dos protocols, que podeu veure al diagrama següent (marcats en morat i gris per SPI i I2C, respectivament).

Com el gerd pi.

Això significa que podeu utilitzar qualsevol d’aquests mòduls des de cada plataforma. Podeu veure les diferències externes dels mòduls a la il·lustració següent, però la disposició del tauler pot diferir, mireu el marcatge IC.

Per tal que Arduino funcioni amb RTC, necessiteu una biblioteca, però com que no es troba en el paquet estàndard Arduino IDE, cal descarregar-la. Hi ha biblioteques a la xarxa per a cadascun dels CI considerats, i hi ha biblioteques universals que podeu triar i quina serà més convenient per a vosaltres.

Biblioteca universal adjunta - iarduino_rtc.zip. Tingueu en compte que el tipus IC s'hi estableix manualment i, per al DS1302, les conclusions a les quals està connectat:

include // Connecta la biblioteca
temps iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Creeu un objecte de temps per a la IC DS3231
temps iarduino_RTC (RTC_DS1307); // PER DS1307
temps iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // per DS1302.
// En lloc de RST, CLK i DAT, els nombres dels pins arduino,
// als quals es connecten els pins corresponents del mòdul de rellotge

El diagrama de DS1302, recorda una vegada més que les conclusions poden ser diferents:

Però la línia de dades DS1307 i DS3231 només es connecta als pins A5 i A4 de l'Arduino UNO (per a altres revisions i versions del tauler, vegeu el pinzell).

Conclusió

Els rellotges en temps real us permeten realitzar projectes en què qualsevol procés ha de començar en un calendari. En pràcticament qualsevol projecte d’ús pràctic relativament complex hi ha tal necessitat; no importa si es tracta d’un sistema de reg automàtic per a plantes o un sistema de control de processos en producció.

A causa del baix cost de les peces i la senzillesa de connectar-se i programar-se, qualsevol persona pot implementar aquests sistemes, fins i tot sense conèixer en profunditat l'electrònica i els microcontroladors. Però això no vol dir que, ja que existeix arduino amb la seva senzillesa inherent, no cal estudiar el programari i el maquinari. Per contra, el coneixement de l'estructura de ferro i de codi us permetrà realitzar programes més ràpids i complexos, que al mateix temps ocupen menys espai.