Chip orologio RTC in tempo reale - Scopo, tipi ed esempi di utilizzo

Per eseguire qualsiasi attività relativa all'automazione, è spesso necessario contare determinati intervalli di tempo. A volte questo viene fatto contando un certo numero di periodi dell'orologio o dei cicli della macchina.

Tuttavia, sebbene seguano a una determinata frequenza e molto spesso dipendono dal risonatore al quarzo, quando eseguono operazioni in tempo reale e soprattutto se sono legate all'ora del giorno, si spostano nel tempo. Per risolvere questo problema, utilizzare l'orologio in tempo reale o i chip RTC.

Cos'è questo?

RTC (orologio in tempo reale, orologio in tempo reale russo) è un tipo di microcircuito destinato al conteggio del tempo in unità "reali" (secondi, minuti, ore, ecc.).

Dipendono dalla fonte di alimentazione, che può essere esterna, sotto forma di una batteria sostituibile o di una batteria al litio, oppure integrata nella custodia del microcircuito (vedi foto sotto). I segnali di clock per la segnalazione del tempo possono essere ottenuti da un esterno risonatore al quarzoe meno spesso - dalla rete di alimentazione.

L'accuratezza della lettura dipende dalla qualità e dalla precisione dell'accordatore dell'oscillatore interno o dell'oscillatore a cristallo esterno. Allo stesso tempo, la precisione di quarzo e RTC, rispettivamente, è indicata non in hertz e non in percentuale, ma in "ppm", ad esempio ± 12 ppm, ± 50 ppm. Ciò significa Parti per milione, ovvero il numero di parti per milione di un valore medio.

Gli orologi in tempo reale possono essere implementati sulla base di microcontrollori, tuttavia l'uso di chip speciali può ridurre il consumo energetico, poiché la maggior parte dei microcontrollori anche in modalità di sospensione (o modalità a bassa potenza) consuma più energia rispetto ai circuiti integrati speciali (CI). Gli RTC possono anche essere integrati nel microcontrollore stesso (come in STM32).

È grazie all'orologio in tempo reale sul tuo computer che l'ora e la data dopo la sua disconnessione dalla rete non scendono, in questo caso funzionano dalla batteria CR2032 installata nel connettore sulla scheda madre, alimenta anche il chip BIOS in modo da non perdere le impostazioni in essa contenute.

classificazione

La classificazione dei chip RTC può variare da produttore a produttore. Gli orologi in tempo reale più comuni di produttori come: Maxim Integrated e STMicroelectronics. Esistono microchip sul mercato di altre società:

• Intersil Corporation (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (linea EnerChip ™ RTC, caratteristica distintiva - batteria integrata a stato solido);

• NXP (RTC con calendario, supporto dei protocolli I2C o SPI)

• Zilog;

• epson;

• ON semiconduttore.

Maxim Integrated utilizza il tipo di interfaccia di controllo come criterio principale per la classificazione dei chip RTC, ovvero:

1. Chip RTC con interfaccia di controllo seriale: I2C, 3 fili, SPI.

2. Con un'interfaccia di controllo parallela:

• con indirizzo multiplex / bus dati;

• con indirizzo condiviso e bus dati;

• con interfaccia a filo singolo a 1 filo.

Puoi anche classificare in base al formato di presentazione dei dati:

• Calendario. Sotto forma di un modello AA-MM-GG per data e HH-MM-SS per ora, ora e altri formati;

• Binary. Sotto forma di un contatore binario continuo di unità di tempo (secondi o loro frazioni).

A seconda dello scopo del microcircuito nel circuito del dispositivo e viene selezionato il suo tipo, se l'IC con una rappresentazione del calendario, funzionerà come un normale orologio e, nel caso di un binario, per applicazioni come rapporti di periodi di tempo, ad esempio periodo di validità della licenza, periodo di garanzia o dispositivi per la registrazione di qualcosa (ad esempio contatori elettrici), ad esempio, nel catalogo Maxim Integrated sono chiamati "Contatore del tempo trascorso" - il contatore del tempo trascorso, un esempio di tale IC è DS1683.

In altri casi, i microcircuiti dell'orologio in tempo reale possono essere classificati in base alla funzionalità o ad altre caratteristiche:

• La presenza di un generatore incorporato o è necessario utilizzare un generatore esterno (quarzo).

• Dalla presenza di una fonte di alimentazione integrata o dalla possibilità di utilizzare una batteria esterna.

• Per tipo e dimensioni della memoria interna e protocolli di comunicazione con il mondo "esterno" (descritto sopra).

• Dalla presenza di un'interfaccia phantom (phantom) per l'accesso ai registri interni del microcircuito (per l'impostazione, l'impostazione delle modalità o la lettura dei valori).

• Altre funzioni: cane da guardia, allarme, seconda uscita, controllo dell'alimentazione, possibilità di caricare una batteria esterna, ecc.

E infine, molti produttori classificano i loro dispositivi in ​​base al livello di consumo energetico, in media, il consumo attuale varia da 200 a 1500 nA, ma può anche uscire da questa gamma a seconda dell'IC e del produttore specifici.

Pratica radiofonica amatoriale

Gli orologi in tempo reale vengono spesso utilizzati insieme a piattaforme di sviluppo e prototipazione popolari come la famiglia Arduino e quando si sviluppano dispositivi su qualsiasi altro microcontrollore, nonché Microcomputer della famiglia Raspberry Pi e simili.

Oggi l'industria produce moduli con RTC, sotto forma di un circuito separato o di uno schermo. Il vantaggio di questo tipo di moduli è che non è necessario distribuire la scheda e dissaldare il microcircuito, il cablaggio, il portabatteria e così via.

Sono comodi da utilizzare sia per dispositivi già pronti che per i modelli: puoi usare ponticelli con spine e connettori come Dupont, se installi un pettine sul modulo per collegarli o saldare i fili direttamente ai nick sulla scheda (vedi - Suggerimenti per il montaggio rapido di circuiti stampati su breadboard).

Tra i produttori di arduino e moderni fatti in casa, i più utilizzati sono i microcircuiti e i moduli di clock in tempo reale Maxim Integrated basati su di essi, ovvero:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Le loro differenze sono mostrate nella tabella seguente.

Come puoi vedere, tutti comunicano con il microcontrollore tramite il bus I2C e DS1302 tramite SPI, sebbene il foglio dati indichi "una semplice interfaccia seriale a 3 fili adatta alla maggior parte dei microcontrollori". E può connettersi non solo a 10-13 pin di Arduinosu cui sono assegnati i pin sono SPI, ma agli altri installati nello schizzo, i circuiti saranno più bassi. I datashit per questi circuiti integrati con tutti i dati tecnici sono allegati all'articolo.

Schede tecniche per chip in tempo reale:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (in russo)

• DS3231

Arduino UNO supporta entrambi questi protocolli, che puoi vedere nel diagramma seguente (contrassegnato rispettivamente in viola e grigio per SPI e I2C).

Come il Raspberry pi.

Ciò significa che è possibile utilizzare uno di questi moduli da ciascuna piattaforma. Puoi vedere le differenze esterne dei moduli nella figura sotto, ma il layout della scheda può differire, guarda il marchio IC.

Affinché Arduino funzioni con RTC, è necessaria una libreria, ma poiché non si trova nel pacchetto IDE Arduino standard, è necessario scaricarlo. Ci sono librerie sulla rete per ciascuno dei CI considerati, e ci sono librerie universali che devi scegliere e quale sarà più conveniente decidere.

Biblioteca universale allegata - iarduino_rtc.zip. Si noti che il tipo di IC è impostato manualmente in esso e per DS1302 le conclusioni a cui è collegato:

include // Collega la libreria
ora iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Crea un oggetto time per l'IC DS3231
ora iarduino_RTC (RTC_DS1307); // PER DS1307
iarduino_RTC time (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // per DS1302.
// Invece di RST, CLK e DAT, i numeri dei pin di Arduino,
// a cui sono collegati i pin corrispondenti del modulo orologio

Il diagramma per DS1302, ricorda ancora una volta che le conclusioni possono essere diverse:

Ma la linea dati DS1307 e DS3231 si collega solo ai pin A5 e A4 di Arduino UNO (per altre revisioni e versioni della scheda, vedere la piedinatura).

conclusione

Gli orologi in tempo reale ti consentono di realizzare progetti in cui tutti i processi devono iniziare secondo una pianificazione. In quasi tutti i progetti relativamente complessi per uso pratico, esiste una tale necessità; non importa se si tratta di un sistema di irrigazione automatico per le piante o di un sistema di controllo del processo in produzione.

A causa del basso costo delle parti e della semplicità di connessione e programmazione, chiunque può ora implementare tali sistemi senza avere una conoscenza approfondita dell'elettronica e dei microcontrollori. Ma ciò non significa che, poiché esiste arduino con la sua intrinseca semplicità, non è necessario studiare il software e l'hardware. Al contrario, la conoscenza della struttura del ferro e del codice ti consentirà di creare programmi più veloci e complessi, che allo stesso tempo occupano meno spazio.