שבבי שעון RTC בזמן אמת - מטרה, סוגים ודוגמאות לשימוש

כדי לבצע משימות הקשורות לאוטומציה, לעיתים קרובות עליך לספור פרקי זמן מסוימים. לפעמים זה נעשה על ידי ספירת מספר מסוים של תקופות בשעון או במחזורי מכונה.

עם זאת, למרות שהם עוקבים בתדירות נתונה ולרוב תלויים במהוד קוורץ, בעת ביצוע פעולות בזמן אמת, ובמיוחד אם הם קשורים לשעה ביום, הם משתנים בזמן. כדי לפתור בעיה זו, השתמשו בשבבי שעון או RTC בזמן אמת.

מה זה

RTC (שעון זמן אמיתי, שעון רוסי בזמן אמת) הוא סוג של מיקרו מעגלים המיועדים לספירת זמן ביחידות "אמיתיות" (שניות, דקות, שעות וכו ').

הם תלויים במקור החשמל, שיכול להיות חיצוני, בצורה של סוללה להחלפה או סוללת ליתיום, או משולבים בתוך בית המיקרו-מעגלים (ראו תמונה למטה). ניתן לקבל אותות שעון לדיווח בזמן מחיצוני מהוד קוורץופחות לעיתים קרובות - מרשת אספקת החשמל.

דיוק הקריאה תלוי באיכות ובדיוק הכוונון של המתנד הפנימי או מתנד הקריסטל החיצוני. במקביל, הדיוק של קוורץ ו- RTC, בהתאמה, מצוין לא בהרץ ולא באחוזים, אלא ב"ספ"מ ", למשל ± 12 עמודים לדקה, ± 50 עמודים לדקה. זה עומד על חלקים למיליון, כלומר מספר החלקים למיליון בערך ממוצע כלשהו.

ניתן ליישם שעונים בזמן אמת על בסיס בקרי מיקרו, עם זאת, השימוש בשבבים מיוחדים יכול להפחית את צריכת החשמל, מכיוון שרוב המיקרו-בקרים אפילו במצב שינה (או במצב הספק נמוך) צורכים יותר כוח מאשר מעגלים משולבים מיוחדים (IC). ניתן לשלב RTCs גם במיקרו-בקר עצמו (כמו ב- STM32).

בזכות השעון בזמן אמת במחשב שלך שהשעה והתאריך אחרי שהוא מנותק מהרשת לא יורדים, במקרה זה הם עובדים מהסוללה CR2032 המותקנת במחבר בלוח האם, זה גם מזין את שבב ה- BIOS כך שההגדרות שנקבעו בו לא ילכו לאיבוד.

סיווג

הסיווג של שבבי RTC עשוי להשתנות מיצרן ליצרן. השעונים הנפוצים ביותר בזמן אמת של יצרנים כמו: Maxim Integrated ו- STMicroelectronics. ישנם מיקרו-שבבים בשוק מחברות אחרות:

• חברת אינטרסיל (DC Renesas Electronics);

• Cymbet (קו EnerChip ™ RTC, תכונה ייחודית - סוללה מובנית במצב מוצק);

• NXP (RTC עם לוח שנה, תומך בפרוטוקולי I2C או SPI)

• זילוג;

• אפסון

• על מוליכים למחצה.

Maxim Integrated משתמש בסוג ממשק הבקרה כקריטריון העיקרי לסיווג של שבבי RTC, כלומר:

1. שבבי RTC עם ממשק שליטה סידורי: I2C, תלת-תילי, SPI.

2. עם ממשק שליטה מקביל:

• עם כתובת נתונים / אוטובוס רב-תכליתיים;

• עם כתובת משותפת ואוטובוסים נתונים;

• עם ממשק חד חוט יחיד.

ניתן גם לסווג לפי פורמט מצגת נתונים:

• לוח שנה בצורה של תבנית YY-MM-DD לתאריך ו- HH-MM-SS לזמן, זמן ושאר הפורמטים שלהם;

• בינארי בצורה של מונה בינארי רציף של יחידות זמן (שניות או שברים שלהם).

בהתאם למטרת המיקרו-מעגל במעגל המכשיר וסוגו נבחר, אם ה- IC עם ייצוג לוח שנה, הוא יתפקד כשעון רגיל, ובמקרה של בינארי, ליישומים כמו דוחות על תקופות זמן, למשל, תקופת תוקף רישיון, תקופת אחריות או מכשירים להקלטה של ​​משהו (לדוגמא, מוני חשמל), למשל, בקטלוג Maxim Integrated הם נקראים "מונה זמן חלף" - מונה הזמן שחלף, דוגמה ל IC כזה הוא DS1683.

במקרים אחרים, ניתן לסווג מעגלי מיקרו-שעון בזמן אמת לפי פונקציונליות או מאפיינים אחרים:

• נוכחות של גנרטור מובנה או שיש צורך להשתמש בגנרטור חיצוני (קוורץ).

• על ידי נוכחות של מקור כוח מובנה או אפשרות להשתמש בסוללה חיצונית.

• לפי סוג וגודל הזיכרון הפנימי ופרוטוקולי התקשורת עם העולם ה"חיצוני "(שתואר לעיל).

• על ידי נוכחות ממשק פנטום (פנטום) לגישה לרישומים הפנימיים של מעגל המיקרו (להגדרה, הגדרת מצבים או קריאת ערכים).

• פונקציות נוספות: כלב שמירה, אזעקה, יציאה שנייה, בקרת חשמל, יכולת לטעון מצבר חיצוני וכו '.

ולבסוף, יצרנים רבים מסווגים את המכשירים שלהם לפי רמת צריכת האנרגיה, בממוצע, הצריכה הנוכחית נעה בין 200 ל 1500 נ"א, אך עשויה גם לצאת מהטווח הזה תלוי ב- IC וליצרן הספציפי.

תרגול רדיו חובב

לעתים קרובות משתמשים בשעונים בזמן אמת בשילוב עם פלטפורמות פיתוח ופיתוח-טיפוס פופולריות כמו משפחת ארדואינו, וכאשר מפתחים מכשירים בכל בקרי מיקרו אחרים, כמו גם מחשבי מיקרו-פטל Pi וכדומה.

כיום התעשייה מייצרת מודולים עם RTC, בצורה של מעגל או מגן נפרדים. היתרון במודולים מסוג זה הוא בכך שאין צורך לפרוס את הלוח ולהסיר את הלחמת המיקרו-מעגל, הרתמה, בעל הסוללה וכן הלאה.

הם נוחים לשימוש הן למכשירים מוכנים והן בעגלים - אתה יכול להשתמש בקופצים עם תקעים ומחברים כמו דופונט, אם אתה מתקין מסרק במודול כדי לחבר אותם, או להלחם את החוטים ישירות לניצולים שעל הלוח (ראה - טיפים להרכבה מהירה של מעגלים על לוחות לחם).

מבין היצרנים של ארדואינו ותוצרת בית מודרנית, הנפוצים ביותר הם מעגלי מיקרו-שעון משולבים בזמן אמת ומודולים המבוססים עליהם, כלומר:

• DS1302;

• DS1307;

• DS3231.

ההבדלים ביניהם מוצגים בטבלה שלהלן.

כפי שאתה יכול לראות, כולם מתקשרים עם בקר המיקרו דרך אוטובוס I2C, ו DS1302 דרך SPI, למרות שגליון הנתונים אומר "ממשק סדרתי פשוט עם 3 חוטים המתאים לרוב המיקרו-בקרים." וזה יכול להתחבר לא רק עד 10-13 סיכות של ארדואינועליהם מוקצים הסיכות הם SPI, אך לאחרים המותקנים במערכון המעגלים יהיו נמוכים יותר. מאגרי נתונים עבור מכשירי IC אלה עם כל הנתונים הטכניים מצורפים למאמר.

גיליונות נתונים עבור שבבים בזמן אמת:

• DS1302

• DS1307

• DS1307 (ברוסית)

• DS3231

ארדואינו UNO תומך בשני הפרוטוקולים הללו, אותם ניתן לראות בתרשים למטה (מסומן בסגול ואפור עבור SPI ו- I2C, בהתאמה).

כמו פאי פטל.

המשמעות היא שתוכלו להשתמש בכל אחד מהמודולים הללו מכל פלטפורמה. אתה יכול לראות את ההבדלים החיצוניים של המודולים באיור שלהלן, אך פריסת הלוח עשויה להיות שונה, עיין בסימון IC.

על מנת שארדואינו יעבוד עם RTC, אתה זקוק לספריה, אך מכיוון שהיא לא נמצאת בחבילת ה- Arduino IDE הרגילה, עליך להוריד אותה. ישנן ספריות ברשת עבור כל אחד ממערכי ה- IC הנחשבים, וישנן ספריות אוניברסליות שתוכלו לבחור ואילו מהן יהיו יותר נוחות לכם להחליט.

ספרייה אוניברסלית מצורפת - iarduino_rtc.zip. שים לב שסוג ה- IC מוגדר בו ידנית, ועבור ה- DS1302 המסקנות שאליו הוא מחובר:

כולל // חבר את הספרייה
זמן iarduino_RTC (RTC_DS3231); // צור אובייקט זמן עבור ה- DS3231 IC
זמן iarduino_RTC (RTC_DS1307); // עבור DS1307
זמן iarduino_RTC (RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // עבור DS1302.
// במקום RST, CLK ו- DAT, המספרים של סיכות הארדואינו,
// שאליו מחוברים הפינים המתאימים של מודול השעון

תרשים ל DS1302, נזכר שוב כי המסקנות עשויות להיות שונות:

אך קו הנתונים DS1307 ו- DS3231 מתחבר רק לסיכות A5 ו- A4 Arduino UNO (עבור תיקונים וגרסאות אחרות של הלוח, ראה pinout).

מסקנה

שעונים בזמן אמת מאפשרים לכם לבצע פרויקטים בהם כל תהליכים חייבים להתחיל בלוח זמנים. כמעט בכל פרויקט מורכב יחסית לשימוש מעשי יש צורך כזה: לא משנה אם זו מערכת השקיה אוטומטית לצמחים או מערכת בקרת תהליכים בייצור.

בשל העלות הנמוכה של חלקים ופשטות החיבור והתכנות, כל אחד יכול כעת להטמיע מערכות כאלה, גם ללא ידע מעמיק בתחום האלקטרוניקה והמיקרו-בקרים. אך אין זה אומר שמכיוון שיש arduino בפשטות הגלומה בו, אז אין צורך ללמוד את התוכנה והחומרה. נהפוך הוא, ידע במבנה ברזל וקוד יאפשר לכם להכין תוכניות מהירות ומורכבות יותר, שבאותו הזמן תופסות פחות מקום.