RTC Real-Time Clock Chips - الغرض ، أنواع وأمثلة الاستخدام

لأداء أي مهام متعلقة بالأتمتة ، تحتاج غالبًا إلى حساب فترات زمنية معينة. يتم ذلك في بعض الأحيان عن طريق حساب عدد معين من فترات الساعة أو دورات الماكينة.

ومع ذلك ، على الرغم من أنها تتبع بتردد معين وتعتمد غالبًا على مرنان الكوارتز ، إلا أنه عند إجراء العمليات في الوقت الفعلي ، وخاصة إذا كانت مرتبطة بالوقت من اليوم ، فإنها تتغير في الوقت المناسب. لحل هذه المشكلة ، استخدم ساعة الوقت الحقيقي أو شرائح RTC.

ما هذا

RTC (ساعة في الوقت الفعلي وساعة في الوقت الحقيقي الروسي) هي نوع من الدوائر الصغيرة المخصصة لحساب الوقت بالوحدات "الحقيقية" (بالثواني والدقائق والساعات وما إلى ذلك).

تعتمد على مصدر الطاقة ، والذي يمكن أن يكون إما خارجيًا ، في شكل بطارية قابلة للاستبدال أو بطارية ليثيوم أو مدمجة في غلاف الدائرة المصغرة (انظر الصورة أدناه). يمكن الحصول على إشارات الساعة لتقرير الوقت من الخارج مرنان الكوارتز، وأقل في كثير من الأحيان - من شبكة إمدادات الطاقة.

تعتمد دقة القراءة على جودة وضبط المذبذب الداخلي أو مذبذب البلورة الخارجية. في الوقت نفسه ، يتم الإشارة إلى دقة الكوارتز و RTC ، على التوالي ، ليس بالهرتز وليس بالنسب المئوية ، ولكن في "جزء في المليون" ، على سبيل المثال ± 12 جزء في المليون ، ± 50 جزء في المليون. هذا يعني أن الأجزاء لكل مليون ، أي عدد الأجزاء لكل مليون من متوسط ​​القيمة.

يمكن تنفيذ الساعات في الوقت الفعلي على أساس المتحكمات الدقيقة ، ومع ذلك ، فإن استخدام الرقائق الخاصة يمكن أن يقلل من استهلاك الطاقة ، لأن معظم المتحكمات الدقيقة حتى في وضع السكون (أو وضع الطاقة المنخفضة) تستهلك طاقة أكبر من الدوائر المتكاملة الخاصة (ICs). يمكن أيضًا دمج RTCs في متحكم نفسه (كما في STM32).

بفضل ساعة الوقت الفعلي على جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، لا ينطلق الوقت والتاريخ بعد فصله عن الشبكة ، وفي هذه الحالة يعملان من بطارية CR2032 المثبتة في الموصل على اللوحة الأم ، كما أنه يغذي رقاقة BIOS حتى لا تضيع الإعدادات التي تم ضبطها فيه.

تصنيف

قد يختلف تصنيف رقائق RTC من مصنع لآخر. الساعات الأكثر شيوعًا في الوقت الفعلي لمصنعين مثل: Maxim Integrated و STMicroelectronics. هناك شرائح في السوق من شركات أخرى:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics) ؛

• Cymbet (خط EnerChip ™ RTC ، ميزة مميزة - بطارية مدمجة في الحالة الصلبة) ؛

• NXP (RTC مع التقويم ، ودعم بروتوكولات I2C أو SPI)

• زيلوج.

• إبسون.

• على أشباه الموصلات.

يستخدم Maxim Integrated نوع واجهة التحكم كمعيار رئيسي لتصنيف رقائق RTC ، وهي:

1. رقائق RTC مع واجهة التحكم التسلسلي: I2C ، 3 الأسلاك ، SPI.

2. مع واجهة التحكم الموازية:

• مع ناقل العنوان / البيانات المتعدد ؛

• مع العناوين المشتركة وحافلات البيانات ؛

• مع 1 سلك واحد واجهة.

يمكنك أيضًا التصنيف حسب تنسيق عرض البيانات:

• التقويم. في شكل قالب YY-MM-DD للتاريخ و HH-MM-SS للوقت والوقت وغيرها من الأشكال ؛

• ثنائي. في شكل عداد ثنائي مستمر للوحدات الزمنية (ثواني أو كسورها).

اعتمادًا على الغرض من الدائرة الدقيقة في دائرة الجهاز ونوعه ، إذا كان IC مع تمثيل تقويم ، فسوف يعمل كساعة عادية ، وفي حالة الساعة الثنائية ، لتطبيقات مثل تقارير الفترات الزمنية ، على سبيل المثال ، فترة صلاحية الترخيص أو فترة الضمان أو أجهزة لتسجيل شيء ما (على سبيل المثال ، عدادات الكهرباء) ، على سبيل المثال ، في كتالوج مكسيم المتكامل يطلق عليها "عداد الوقت المنقضي" - عداد الوقت المنقضي ، ومثال على مثل IC هو DS1683.

في حالات أخرى ، يمكن تصنيف الدوائر الدقيقة على مدار الساعة في الوقت الفعلي حسب الوظيفة أو غيرها من الخصائص:

• وجود مولد مدمج أو أنه من الضروري استخدام مولد خارجي (الكوارتز).

• من خلال وجود مصدر طاقة مدمج أو إمكانية استخدام بطارية خارجية.

• حسب نوع وحجم الذاكرة الداخلية وبروتوكولات الاتصال مع العالم "الخارجي" (المذكورة أعلاه).

• من خلال وجود واجهة فانتوم (فانتوم) للوصول إلى السجلات الداخلية للدائرة الصغيرة (لإعداد أو ضبط أوضاع أو قراءة القيم).

• وظائف أخرى: الوكالة الدولية للطاقة ، والتنبيه ، والمخرج الثاني ، والتحكم في الطاقة ، والقدرة على شحن بطارية خارجية ، الخ

وأخيرًا ، يصنف العديد من المصنّعين أجهزتهم وفقًا لمستوى استهلاك الطاقة ، في المتوسط ​​، يتراوح الاستهلاك الحالي من 200 إلى 1500 نيوتن متر مكعب ، ولكن قد يخرج أيضًا عن هذا النطاق اعتمادًا على IC والشركة المصنعة المحددة.

ممارسة الراديو الهواة

غالبًا ما تستخدم ساعات الوقت الفعلي جنبًا إلى جنب مع منصات التطوير والنماذج الأولية الشائعة مثل عائلة Arduino ، وعند تطوير الأجهزة على أي متحكم دقيق آخر ، وكذلك أجهزة الكمبيوتر الصغيرة التوت الأسرة بي وما شابه ذلك.

اليوم ، تنتج الصناعة وحدات مع RTC ، في شكل لوحة دائرة منفصلة أو درع. تكمن ميزة هذا النوع من الوحدات في أنه لا توجد حاجة لنشر اللوحة وإلغاء تجويف الدائرة الصغيرة ، والتسخير ، وحامل البطارية ، وما إلى ذلك.

إنها ملائمة للاستخدام على حد سواء للأجهزة الجاهزة وللنماذج المقلدة - يمكنك استخدام وصلات العبور مع المقابس والموصلات مثل Dupont ، إذا قمت بتثبيت مشط على الوحدة لتوصيلها أو لحام الأسلاك مباشرة بالنيكل على اللوحة (انظر - نصائح لتجميع لوحات الدوائر بسرعة على اللوحات).

من بين الشركات المصنعة لاردوينو والمنزلية الحديثة ، الأكثر استخدامًا على نطاق واسع هي وحدات مكسيم المدمجة والدوائر الدقيقة على مدار الساعة في الوقت الحقيقي ، وهي:

• DS1302.

• DS1307.

• DS3231.

وتظهر اختلافاتهم في الجدول أدناه.

كما ترون ، كلهم ​​يتواصلون مع المتحكم الدقيق عبر ناقل I2C ، و DS1302 عبر SPI ، على الرغم من أن ورقة البيانات تقول "واجهة تسلسلية بسيطة من 3 أسلاك مناسبة لمعظم المتحكمات الدقيقة". ويمكن الاتصال ليس فقط إلى 10-13 دبابيس من اردوينويتم تعيين المسامير على أنها SPI ، ولكن بالنسبة للأجزاء الأخرى المثبتة في المخطط ، ستكون الدوائر أقل. يتم إرفاق مجموعات البيانات لهذه الشهادات المرحلية التي تحتوي على جميع البيانات الفنية بالمقال.

أوراق البيانات الخاصة بشرائح الوقت الفعلي:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (بالروسية)

• DS3231

يدعم Arduino UNO كلا هذين البروتوكولين ، والذي يمكنك رؤيته في الرسم البياني أدناه (باللون الأرجواني والرمادي لـ SPI و I2C ، على التوالي).

مثل التوت بي.

هذا يعني أنه يمكنك استخدام أي من هذه الوحدات من كل منصة. يمكنك رؤية الاختلافات الخارجية للوحدات النمطية في الرسم التوضيحي أدناه ، ولكن قد يختلف تخطيط اللوحة ، انظر إلى علامة IC.

لكي يعمل Arduino مع RTC ، فأنت بحاجة إلى مكتبة ، لكن بما أنها ليست في حزمة Arduino IDE القياسية ، فأنت بحاجة إلى تنزيلها. هناك مكتبات على الشبكة لكل من ICs المدروسة ، وهناك مكتبات عالمية عليك اختيارها وأي منها سيكون أكثر ملاءمة لاتخاذ قرار.

مكتبة عامة مرفقة - iarduino_rtc.zip. لاحظ أنه تم تعيين نوع IC يدويًا فيه ، وبالنسبة إلى DS1302 ، فإن الاستنتاجات التي يتصل بها:

تشمل // توصيل المكتبة
وقت iarduino_RTC (RTC_DS3231) ؛ / / قم بإنشاء كائن وقت لـ DS3231 IC
وقت iarduino_RTC (RTC_DS1307) ؛ / / ل DS1307
وقت iarduino_RTC (RTC_DS1302 ، RST ، CLK ، DAT) ؛ / / ل DS1302.
/ بدلاً من RST و CLK و DAT ، فإن أعداد دبابيس اردوينو ،
/ / التي تتصل بها المسامير من وحدة الساعة

رسم تخطيطي لـ DS1302 ، أذكر مرة أخرى أن الاستنتاجات قد تكون مختلفة:

لكن خط البيانات DS1307 و DS3231 يتصل فقط بدبابيس A5 و A4 من Arduino UNO (للاطلاع على المراجعات والإصدارات الأخرى من اللوحة ، انظر pinout).

استنتاج

تتيح لك الساعات في الوقت الفعلي تنفيذ مشاريع يجب أن تبدأ فيها أي عمليات وفقًا لجدول زمني. في أي مشروع معقد نسبيًا للاستخدام العملي ، هناك حاجة كبيرة ؛ لا يهم ما إذا كان نظام ري تلقائي للنباتات أو نظام للتحكم في العمليات قيد الإنتاج.

نظرًا لانخفاض تكلفة الأجزاء وبساطة الاتصال والبرمجة ، يمكن لأي شخص الآن تنفيذ مثل هذه الأنظمة دون حتى معرفة متعمقة في مجال الالكترونيات وأجهزة التحكم الدقيقة. ولكن هذا لا يعني أنه بما أن هناك اردوينو بساطته المتأصلة ، فلا داعي لدراسة البرنامج والأجهزة. على العكس من ذلك ، فإن معرفة بنية الحديد والرمز سوف تتيح لك عمل برامج أسرع وأكثر تعقيدًا ، وفي نفس الوقت تشغل مساحة أقل.