Chips de relógio em tempo real RTC - Finalidade, tipos e exemplos de uso

Para executar qualquer tarefa relacionada à automação, você geralmente precisa contar determinados intervalos de tempo. Às vezes, isso é feito contando um certo número de períodos do relógio ou dos ciclos da máquina.

No entanto, embora eles sigam em uma determinada frequência e dependam com mais freqüência do ressonador de quartzo, ao executar operações em tempo real, e especialmente se estiverem vinculados à hora do dia, eles mudam no tempo. Para resolver esse problema, use chips de relógio ou RTC em tempo real.

O que é isso

RTC (relógio em tempo real, relógio em tempo real russo) é um tipo de microcircuito destinado a contar o tempo em unidades "reais" (segundos, minutos, horas, etc.).

Eles dependem da fonte de energia, que pode ser externa, na forma de uma bateria substituível ou de lítio, ou integrada ao compartimento do microcircuito (veja a foto abaixo). Sinais de relógio para relatórios de tempo podem ser obtidos de um ressonador de quartzoe com menos frequência - da rede de fornecimento de energia.

A precisão da leitura depende da qualidade e da precisão do ajuste do oscilador interno ou do oscilador de cristal externo. Ao mesmo tempo, a precisão do quartzo e do RTC, respectivamente, é indicada não em hertz e não em porcentagem, mas em "ppm", por exemplo ± 12 ppm, ± 50 ppm. Isso significa peças por milhão, ou seja, o número de peças por milhão de algum valor médio.

Relógios em tempo real podem ser implementados com base em microcontroladores, no entanto, o uso de chips especiais pode reduzir o consumo de energia, uma vez que a maioria dos microcontroladores, mesmo no modo de suspensão (ou modo de baixa energia), consome mais energia do que os circuitos integrados especiais (ICs). Os RTCs também podem ser integrados ao próprio microcontrolador (como no STM32).

É graças ao relógio em tempo real no seu computador que a hora e a data após a desconexão da rede não se apagam; nesse caso, elas funcionam com a bateria CR2032 instalada no conector da placa-mãe, também alimentam o chip da BIOS para que as configurações definidas não sejam perdidas.

Classificação

A classificação dos chips RTC pode variar de fabricante para fabricante. Os relógios mais comuns em tempo real de fabricantes como: Maxim Integrated e STMicroelectronics. Existem microchips no mercado de outras empresas:

• Corporação Intersil (DC Renesas Electronics);

• Prato (linha EnerChip ™ RTC, característica distintiva - bateria de estado sólido incorporada);

• NXP (RTC com calendário, suportando protocolos I2C ou SPI)

• Zilog;

• Epson

• Semicondutor ON.

A Maxim Integrated usa o tipo de interface de controle como critério principal para a classificação de chips RTC, a saber:

1. Chips RTC com uma interface de controle serial: I2C, 3 fios, SPI.

2. Com uma interface de controle paralela:

• com endereço multiplexado / barramento de dados;

• com endereço compartilhado e barramentos de dados;

• com interface de um fio e um fio.

Você também pode classificar por formato de apresentação de dados:

• Calendário Sob a forma de um modelo AA-MM-DD para data e HH-MM-SS para hora, hora e seus outros formatos;

• Binário Na forma de um contador binário contínuo de unidades de tempo (segundos ou suas frações).

Dependendo da finalidade do microcircuito no circuito do dispositivo e seu tipo é selecionado, se o IC com uma representação de calendário, ele funcionará como um relógio normal e, no caso de um binário, para aplicativos como relatórios de períodos de tempo, por exemplo, período de validade da licença, período de garantia ou dispositivos para gravar algo (por exemplo, medidores elétricos), por exemplo, no catálogo Maxim Integrated, eles são chamados de "Contador de tempo decorrido" - o contador de tempo decorrido, um exemplo desse IC é o DS1683.

Em outros casos, os microcircuitos de relógio em tempo real podem ser classificados por funcionalidade ou outras características:

• A presença de um gerador embutido ou é necessário o uso de um gerador externo (quartzo).

• Pela presença de uma fonte de energia embutida ou pela possibilidade de usar uma bateria externa.

• Pelo tipo e tamanho da memória interna e dos protocolos de comunicação com o mundo "externo" (descrito acima).

• Pela presença de uma interface fantasma (fantasma) para acessar os registros internos do microcircuito (para configuração, modos de configuração ou valores de leitura).

• Outras funções: cão de guarda, alarme, segunda saída, controle de energia, capacidade de carregar uma bateria externa, etc.

E, finalmente, muitos fabricantes classificam seus dispositivos de acordo com o nível de consumo de energia, em média, o consumo atual varia de 200 a 1500 nA, mas também pode sair dessa faixa, dependendo do IC e do fabricante específicos.

Prática de rádio amador

Os relógios em tempo real são frequentemente usados ​​em conjunto com plataformas populares de desenvolvimento e prototipagem, como a família Arduino, e no desenvolvimento de dispositivos em quaisquer outros microcontroladores, bem como Microcomputadores da família Raspberry Pi e similares.

Hoje, a indústria produz módulos com RTC, na forma de uma placa ou blindagem separada. A vantagem desse tipo de módulo é que não há necessidade de espalhar a placa e dessoldar o microcircuito, o chicote, o suporte da bateria e assim por diante.

Eles são convenientes de usar tanto em dispositivos prontos quanto em maquetes - você pode usar jumpers com plugues e conectores como a Dupont, se instalar um pente no módulo para conectá-los ou soldar os fios diretamente nas peças na placa (consulte - Dicas para montar rapidamente placas de circuitos em tábuas de pão).

Entre os fabricantes caseiros modernos e de arduino, os mais utilizados são os microcircuitos e módulos de relógio em tempo real Maxim Integrated baseados neles, a saber:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Suas diferenças são mostradas na tabela abaixo.

Como você pode ver, todos eles se comunicam com o microcontrolador via barramento I2C e o DS1302 via SPI, embora a folha de dados diga "uma interface serial simples de 3 fios adequada para a maioria dos microcontroladores". E pode conectar não apenas para 10-13 pinos do Arduinoem que os pinos são atribuídos são SPI, mas para os outros instalados no esboço, os circuitos serão mais baixos. Datashits para esses ICs com todos os dados técnicos estão anexados ao artigo.

Folhas de dados para chips em tempo real:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (em russo)

• DS3231

O Arduino UNO suporta esses dois protocolos, que você pode ver no diagrama abaixo (marcado em roxo e cinza para SPI e I2C, respectivamente).

Como o pi framboesa.

Isso significa que você pode usar qualquer um desses módulos em cada plataforma. Você pode ver as diferenças externas dos módulos na ilustração abaixo, mas o layout da placa pode ser diferente, observe a marcação IC.

Para que o Arduino funcione com o RTC, você precisa de uma biblioteca, mas como não está no pacote IDE do Arduino padrão, é necessário fazer o download. Existem bibliotecas na rede para cada um dos ICs considerados e existem bibliotecas universais que você deve escolher e qual será mais conveniente para decidir.

Biblioteca universal anexada - iarduino_rtc.zip. Observe que o tipo de IC é definido manualmente e, para o DS1302, as conclusões às quais ele está conectado:

include // Conecta a biblioteca
tempo iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Crie um objeto de tempo para o DS3231 IC
tempo iarduino_RTC (RTC_DS1307); // PARA DS1307
tempo iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // para DS1302.
// Em vez de RST, CLK e DAT, os números dos pinos do arduino,
// ao qual os pinos correspondentes do módulo de relógio estão conectados

Diagrama para o DS1302, lembre-se novamente que as conclusões podem ser diferentes:

Mas a linha de dados DS1307 e DS3231 se conecta apenas aos pinos A5 e A4 do Arduino UNO (para outras revisões e versões da placa, consulte a pinagem).

Conclusão

Os relógios em tempo real permitem criar projetos nos quais qualquer processo deve iniciar em um cronograma. Em quase qualquer projeto relativamente complexo para uso prático, existe essa necessidade; não importa se é um sistema de irrigação automático para plantas ou um sistema de controle de processo na produção.

Devido ao baixo custo das peças e à simplicidade de conexão e programação, agora qualquer pessoa pode implementar esses sistemas sem ter um conhecimento profundo em eletrônica e microcontroladores. Mas isso não significa que, como existe um arduino com sua simplicidade inerente, não é necessário estudar o software e o hardware. Pelo contrário, o conhecimento da estrutura de ferro e código permitirá criar programas mais rápidos e mais complexos, que ao mesmo tempo ocupam menos espaço.