Chip đồng hồ thời gian thực RTC - Mục đích, loại và ví dụ sử dụng

Để thực hiện bất kỳ nhiệm vụ nào liên quan đến tự động hóa, bạn thường cần phải đếm các khoảng thời gian nhất định. Đôi khi điều này được thực hiện bằng cách đếm một số chu kỳ nhất định của đồng hồ hoặc chu kỳ máy.

Tuy nhiên, mặc dù chúng tuân theo một tần số nhất định và thường phụ thuộc vào bộ cộng hưởng thạch anh, khi thực hiện các thao tác trong thời gian thực và đặc biệt nếu chúng được gắn với thời gian trong ngày, chúng sẽ thay đổi theo thời gian. Để giải quyết vấn đề này, sử dụng chip đồng hồ thời gian thực hoặc chip RTC.

Cái gì đây

RTC (đồng hồ thời gian thực, đồng hồ thời gian thực của Nga) là một loại microcircuit dành cho việc đếm thời gian trong các đơn vị real real (giây, phút, giờ, v.v.).

Chúng phụ thuộc vào nguồn năng lượng, có thể ở bên ngoài, dưới dạng pin có thể thay thế hoặc pin lithium, hoặc được tích hợp vào vỏ vi mạch (xem ảnh bên dưới). Tín hiệu đồng hồ để báo cáo thời gian có thể được lấy từ bên ngoài cộng hưởng thạch anhvà ít thường xuyên hơn - từ mạng lưới cung cấp điện.

Độ chính xác đọc phụ thuộc vào chất lượng và độ chính xác điều chỉnh của bộ dao động bên trong hoặc bộ dao động tinh thể bên ngoài. Đồng thời, độ chính xác của thạch anh và RTC, tương ứng, được biểu thị không phải bằng hertz và không tính theo tỷ lệ phần trăm, mà là "ppm", ví dụ: ± 12 ppm, ± 50 ppm. Chữ này là viết tắt của Phần mỗi triệu, nghĩa là số phần trên một triệu giá trị trung bình.

Đồng hồ thời gian thực có thể được thực hiện trên cơ sở vi điều khiển, tuy nhiên, việc sử dụng chip đặc biệt có thể giảm mức tiêu thụ điện, vì hầu hết các bộ vi điều khiển ngay cả ở chế độ ngủ (hoặc chế độ năng lượng thấp) đều tiêu thụ nhiều điện hơn so với mạch tích hợp đặc biệt (IC). RTC cũng có thể được tích hợp vào chính vi điều khiển (như trong STM32).

Nhờ đồng hồ thời gian thực trên máy tính của bạn mà thời gian và ngày sau khi ngắt kết nối mạng không tắt, trong trường hợp này, chúng hoạt động từ pin CR2032 được cài đặt trong đầu nối trên bo mạch chủ, nó cũng cung cấp cho chip BIOS để các cài đặt được đặt trong nó không bị mất.

Phân loại

Việc phân loại chip RTC có thể khác nhau tùy theo nhà sản xuất. Đồng hồ thời gian thực phổ biến nhất của các nhà sản xuất như: Maxim Integration và STMicroelectronics. Có các vi mạch trên thị trường từ các công ty khác:

• Tập đoàn Intersil (Điện tử DC Renesas);

• Cymbet (dòng EnerChip ™ RTC, tính năng đặc biệt - pin trạng thái rắn tích hợp);

• NXP (RTC có lịch, hỗ trợ các giao thức I2C hoặc SPI)

• Zilog;

• Epson

• ON bán dẫn.

Maxim Integration sử dụng loại giao diện điều khiển làm tiêu chí chính để phân loại chip RTC, cụ thể là:

1. Chip RTC có giao diện điều khiển nối tiếp: I2C, 3 dây, SPI.

2. Với giao diện điều khiển song song:

• với nhiều địa chỉ / bus dữ liệu;

• với địa chỉ dùng chung và xe buýt dữ liệu;

• với giao diện 1 dây đơn.

Bạn cũng có thể phân loại theo định dạng trình bày dữ liệu:

• Lịch Ở dạng mẫu YY-MM-DD cho ngày và HH-MM-SS cho thời gian, thời gian và các định dạng khác của chúng;

• Nhị phân Ở dạng bộ đếm nhị phân liên tục của các đơn vị thời gian (giây hoặc phân số của chúng).

Tùy thuộc vào mục đích của vi mạch trong mạch của thiết bị và loại được chọn, nếu IC có biểu diễn lịch, nó sẽ hoạt động như một đồng hồ bình thường và trong trường hợp nhị phân, cho các ứng dụng như báo cáo về khoảng thời gian, ví dụ: thời hạn hiệu lực của giấy phép, thời gian bảo hành hoặc các thiết bị để ghi một cái gì đó (ví dụ, đồng hồ đo điện), ví dụ, trong danh mục Maxim Integration, chúng được gọi là Bộ đếm thời gian đã trôi qua - bộ đếm thời gian đã trôi qua, một ví dụ về IC như vậy là DS1683.

Trong các trường hợp khác, vi mạch đồng hồ thời gian thực có thể được phân loại theo chức năng hoặc các đặc điểm khác:

• Sự hiện diện của một máy phát tích hợp hoặc cần phải sử dụng một máy phát bên ngoài (thạch anh).

• Bởi sự hiện diện của một nguồn năng lượng tích hợp hoặc khả năng sử dụng pin bên ngoài.

• Theo loại và kích thước của bộ nhớ trong và giao thức giao tiếp với thế giới "bên ngoài" (mô tả ở trên).

• Bằng sự hiện diện của giao diện ảo (ảo) để truy cập vào các thanh ghi bên trong của vi mạch (để cài đặt, cài đặt chế độ hoặc đọc giá trị).

• Các chức năng khác: watchdog, báo động, thoát thứ hai, kiểm soát năng lượng, khả năng sạc pin bên ngoài, v.v.

Và cuối cùng, nhiều nhà sản xuất phân loại thiết bị của họ theo mức độ tiêu thụ năng lượng, trung bình, mức tiêu thụ hiện tại dao động từ 200 đến 1500 nA, nhưng cũng có thể vượt ra khỏi phạm vi này tùy thuộc vào IC và nhà sản xuất cụ thể.

Thực hành radio nghiệp dư

Đồng hồ thời gian thực thường được sử dụng cùng với các nền tảng phát triển và tạo mẫu phổ biến như họ Arduino và khi phát triển thiết bị trên bất kỳ bộ vi điều khiển nào khác, cũng như Máy vi tính gia đình Raspberry Pi và tương tự.

Ngày nay, ngành công nghiệp sản xuất các mô-đun với RTC, dưới dạng một bảng mạch hoặc tấm chắn riêng biệt. Ưu điểm của loại mô-đun này là không cần phải trải bảng và hàn lại vi mạch, dây nịt, giá đỡ pin, v.v.

Chúng thuận tiện khi sử dụng cả cho các thiết bị được chế tạo sẵn và trong các mô hình giả - bạn có thể sử dụng bộ nhảy với phích cắm và đầu nối như Dupont, nếu bạn cài đặt một chiếc lược trên mô-đun để kết nối chúng, hoặc hàn dây trực tiếp vào các biệt danh trên bảng (xem - Mẹo để nhanh chóng lắp ráp bảng mạch trên bảng mạch).

Trong số các nhà sản xuất arduino và tự chế hiện đại, được sử dụng rộng rãi nhất là các vi mạch và mô-đun đồng hồ thời gian thực Maxim Tích hợp dựa trên chúng, cụ thể là:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

Sự khác biệt của chúng được thể hiện trong bảng dưới đây.

Như bạn có thể thấy, tất cả chúng đều giao tiếp với vi điều khiển thông qua bus I2C và DS1302 qua SPI, mặc dù bảng dữ liệu nói "giao diện nối tiếp 3 dây đơn giản phù hợp với hầu hết các bộ vi điều khiển." Và nó có thể kết nối không chỉ đến 10-13 chân của Arduinotrên đó các chân được gán là SPI, nhưng với các chân khác được cài đặt trong bản phác thảo, các mạch sẽ thấp hơn. Dữ liệu cho các IC này với tất cả các dữ liệu kỹ thuật được đính kèm vào bài viết.

Bảng dữ liệu cho chip thời gian thực:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (bằng tiếng Nga)

• DS3231

Arduino UNO hỗ trợ cả hai giao thức này, bạn có thể thấy trong sơ đồ bên dưới (được đánh dấu màu tím và xám tương ứng cho SPI và I2C).

Giống như Raspberry pi.

Điều này có nghĩa là bạn có thể sử dụng bất kỳ mô-đun nào trong số các mô-đun này từ mỗi nền tảng. Bạn có thể thấy sự khác biệt bên ngoài của các mô-đun trong hình minh họa bên dưới, nhưng bố cục của bảng có thể khác nhau, hãy nhìn vào dấu IC.

Để Arduino hoạt động với RTC, bạn cần một thư viện, nhưng vì nó không nằm trong gói Arduino IDE tiêu chuẩn, nên bạn cần tải xuống. Có các thư viện trên mạng cho mỗi IC được xem xét và có các thư viện chung mà bạn nên chọn và cái nào sẽ thuận tiện hơn.

Thư viện phổ quát kèm theo - iarduino_rtc.zip. Lưu ý rằng loại IC được đặt thủ công trong đó và đối với DS1302, các kết luận mà nó được kết nối:

bao gồm // Kết nối thư viện
thời gian iarduino_RTC (RTC_DS3231); // Tạo một đối tượng thời gian cho IC DS3231
thời gian iarduino_RTC (RTC_DS1307); // CHO DS1307
thời gian iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // cho DS1302.
// Thay vì RST, CLK và DAT, số lượng của các chân arduino,
// mà các chân tương ứng của mô-đun đồng hồ được kết nối

Sơ đồ cho DS1302, một lần nữa nhắc lại rằng các kết luận có thể khác nhau:

Nhưng dòng dữ liệu DS1307 và DS3231 chỉ kết nối với các chân A5 và A4 của Arduino UNO (đối với các phiên bản và phiên bản khác của bảng, xem sơ đồ chân).

Kết luận

Đồng hồ thời gian thực cho phép bạn thực hiện các dự án trong đó bất kỳ quy trình nào phải bắt đầu theo lịch trình. Trong hầu hết mọi dự án tương đối phức tạp để sử dụng thực tế, đều có nhu cầu như vậy, dù đó là hệ thống tưới tự động cho các nhà máy hay hệ thống kiểm soát quá trình trong sản xuất.

Do chi phí thấp của các bộ phận và sự đơn giản của kết nối và lập trình, giờ đây bất kỳ ai cũng có thể thực hiện các hệ thống như vậy mà không cần có kiến ​​thức chuyên sâu về điện tử và vi điều khiển. Nhưng điều này không có nghĩa là vì có arduino với sự đơn giản vốn có của nó, nên không cần phải nghiên cứu phần mềm và phần cứng. Ngược lại, kiến ​​thức về cấu trúc mã và sắt sẽ cho phép bạn thực hiện các chương trình nhanh hơn và phức tạp hơn, đồng thời chiếm ít không gian hơn.