Chips de reloj en tiempo real RTC - Propósito, tipos y ejemplos de uso

Para realizar cualquier tarea relacionada con la automatización, a menudo necesita contar ciertos intervalos de tiempo. Algunas veces esto se hace contando un cierto número de períodos del reloj o ciclos de la máquina.

Sin embargo, aunque siguen a una frecuencia dada y con mayor frecuencia dependen del resonador de cuarzo, cuando realizan operaciones en tiempo real, y especialmente si están vinculados a la hora del día, cambian en el tiempo. Para resolver este problema, use chips de reloj en tiempo real o RTC.

Que es esto

RTC (reloj en tiempo real, reloj ruso en tiempo real) es un tipo de microcircuito destinado a contar el tiempo en unidades "reales" (segundos, minutos, horas, etc.).

Dependen de la fuente de alimentación, que puede ser externa, en forma de una batería reemplazable o una batería de litio, o integrada en la carcasa del microcircuito (ver foto a continuación). Las señales de reloj para informes de tiempo se pueden obtener de un dispositivo externo resonador de cuarzo, y con menos frecuencia, de la red de suministro de energía.

La precisión de lectura depende de la calidad y la precisión de sintonización del oscilador interno o del oscilador de cristal externo. Al mismo tiempo, la precisión de cuarzo y RTC, respectivamente, se indica no en hertzios y no en porcentaje, sino en "ppm", por ejemplo ± 12 ppm, ± 50 ppm. Esto significa Partes por millón, es decir, el número de partes por millón de algún valor promedio.

Los relojes en tiempo real se pueden implementar sobre la base de microcontroladores, sin embargo, el uso de chips especiales puede reducir el consumo de energía, ya que la mayoría de los microcontroladores, incluso en modo de reposo (o modo de baja potencia) consumen más energía que los circuitos integrados especiales (IC). Los RTC también se pueden integrar en el microcontrolador (como en STM32).

Es gracias al reloj en tiempo real de su computadora que la hora y la fecha después de que se desconecta de la red no se apaga, en este caso funcionan con la batería CR2032 instalada en el conector de la placa base, también alimenta el chip BIOS para que la configuración establecida en ella no se pierda.

Clasificación

La clasificación de los chips RTC puede variar de un fabricante a otro. Los relojes en tiempo real más comunes de fabricantes como: Maxim Integrated y STMicroelectronics. Hay microchips en el mercado de otras compañías:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (línea EnerChip ™ RTC, característica distintiva - batería de estado sólido incorporada);

• NXP (RTC con calendario, compatible con los protocolos I2C o SPI)

• Zilog

• Epson

• EN semiconductor.

Maxim Integrated utiliza el tipo de interfaz de control como criterio principal para la clasificación de chips RTC, a saber:

1. Chips RTC con una interfaz de control en serie: I2C, 3 hilos, SPI.

2. Con una interfaz de control en paralelo:

• con dirección multiplexada / bus de datos;

• con dirección compartida y buses de datos;

• con interfaz de 1 cable de un solo cable.

También puede clasificar por formato de presentación de datos:

• Calendario En forma de plantilla AA-MM-DD para fecha y HH-MM-SS para hora, hora y sus otros formatos;

• Binario En forma de un contador binario continuo de unidades de tiempo (segundos o sus fracciones).

Dependiendo del propósito del microcircuito en el circuito del dispositivo y su tipo seleccionado, si el IC con una representación de calendario, funcionará como un reloj normal, y en el caso de uno binario, para aplicaciones como informes de períodos de tiempo, por ejemplo, período de validez de la licencia, período de garantía o dispositivos para grabar algo (por ejemplo, medidores eléctricos), por ejemplo, en el catálogo de Maxim Integrated se denominan "Contador de tiempo transcurrido": el contador de tiempo transcurrido, un ejemplo de un IC de este tipo es DS1683.

En otros casos, los microcircuitos de reloj en tiempo real se pueden clasificar por funcionalidad u otras características:

• La presencia de un generador incorporado o es necesario utilizar un generador externo (cuarzo).

• Por la presencia de una fuente de alimentación incorporada o la posibilidad de usar una batería externa.

• Por el tipo y tamaño de la memoria interna y los protocolos de comunicación con el mundo "externo" (descrito anteriormente).

• Por la presencia de una interfaz fantasma (fantasma) para acceder a los registros internos del microcircuito (para configurar, configurar modos o leer valores).

• Otras funciones: vigilancia, alarma, segunda salida, control de potencia, la capacidad de cargar una batería externa, etc.

Y finalmente, muchos fabricantes clasifican sus dispositivos de acuerdo con el nivel de consumo de energía, en promedio, el consumo actual oscila entre 200 y 1500 nA, pero también puede salir de este rango dependiendo del IC y el fabricante específicos.

Práctica de radioaficionados

Los relojes en tiempo real a menudo se utilizan junto con plataformas de desarrollo y creación de prototipos tan populares como la familia Arduino, y al desarrollar dispositivos en cualquier otro microcontrolador, así como Microcomputadoras de la familia Raspberry Pi y similares.

Hoy, la industria produce módulos con RTC, en forma de una placa de circuito o blindaje separado. La ventaja de este tipo de módulos es que no es necesario extender la placa y soldar el microcircuito, el arnés, el soporte de la batería, etc.

Son convenientes para usar tanto para dispositivos confeccionados como en maquetas: puede usar puentes con enchufes y conectores tipo Dupont, si instala un peine en el módulo para conectarlos o suelda los cables directamente a los níquel en la placa (consulte - Consejos para ensamblar rápidamente placas de circuito en placas de prueba).

Entre los fabricantes caseros modernos y arduino, los más utilizados son los microcircuitos de reloj en tiempo real Maxim Integrated y los módulos basados ​​en ellos, a saber:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Sus diferencias se muestran en la tabla a continuación.

Como puede ver, todos se comunican con el microcontrolador a través del bus I2C y el DS1302 a través de SPI, aunque la hoja de datos dice "una interfaz serial simple de 3 hilos adecuada para la mayoría de los microcontroladores". Y se puede conectar no solo a 10-13 pines de Arduinoen los que se asignan los pines son SPI, pero para los demás instalados en el boceto, los circuitos serán más bajos. Se adjuntan datos de estos IC con todos los datos técnicos al artículo.

Hojas de datos para chips en tiempo real:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (en ruso)

• DS3231

Arduino UNO admite ambos protocolos, que puede ver en el diagrama a continuación (marcado en púrpura y gris para SPI e I2C, respectivamente).

Como la frambuesa pi.

Esto significa que puede usar cualquiera de estos módulos desde cada plataforma. Puede ver las diferencias externas de los módulos en la siguiente ilustración, pero el diseño de la placa puede diferir, observe la marca de IC.

Para que Arduino funcione con RTC, necesita una biblioteca, pero como no está en el paquete IDE de Arduino estándar, debe descargarla. Hay bibliotecas en la red para cada uno de los circuitos integrados considerados, y hay bibliotecas universales que puede elegir y cuál será más conveniente para que decida.

Biblioteca universal adjunta - iarduino_rtc.zip. Tenga en cuenta que el tipo de IC se configura manualmente en él, y para el DS1302 las conclusiones a las que está conectado:

incluir // Conectar la biblioteca
hora iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Crear un objeto de tiempo para el DS3231 IC
hora iarduino_RTC (RTC_DS1307); // PARA DS1307
hora iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // para DS1302.
// En lugar de RST, CLK y DAT, los números de los pines arduino,
// al que están conectados los pines correspondientes del módulo de reloj

Diagrama para DS1302, una vez más recuerde que las conclusiones pueden ser diferentes:

Pero la línea de datos DS1307 y DS3231 está conectada solo a los pines A5 y A4 Arduino UNO (para otras revisiones y versiones de la placa, ver pinout).

Conclusión

Los relojes en tiempo real le permiten realizar proyectos en los que cualquier proceso debe comenzar según un cronograma. En casi cualquier proyecto relativamente complejo para uso práctico existe tal necesidad; no importa si se trata de un sistema de riego automático para plantas o un sistema de control de procesos en producción.

Debido al bajo costo de las piezas y la simplicidad de la conexión y la programación, ahora cualquiera puede implementar dichos sistemas, incluso sin un conocimiento profundo de la electrónica y los microcontroladores. Pero esto no significa que, dado que hay arduino con su simplicidad inherente, no hay necesidad de estudiar el software y el hardware. Por el contrario, el conocimiento de la estructura de hierro y código le permitirá crear programas más rápidos y complejos, que al mismo tiempo ocupan menos espacio.