Часы реального времени что это

Для выполнения каких-либо задач, связанных с автоматизацией, часто нужно отсчитывать определенные временные промежутки. Иногда это делают с помощью отсчета определенного числа периодов тактового генератора или машинных циклов.

Однако хоть они и следуют с заданной частотой и чаще всего зависят от кварцевого резонатора, но при выполнении операций в режиме реального времени, а особенно если они привязаны к времени суток — происходит их смещение во времени. Чтобы решить эту проблему используют микросхемы часов реального времени или RTC.

Что это такое

RTC (real time clock, рус. часы реального времени) — это вид микросхем, предназначенных для отсчета времени в «реальных» единицах (секунды, минуты, часы и т.д.).

Они зависимы от источника питания, который может быть как внешним, в виде сменной батареи или литиевого аккумулятора, так и встроенным в корпус микросхемы (см. фото ниже). Тактовые сигналы для отчета времени могут быть получены с внешнего кварцевого резонатора, а реже — из питающей электросети.

Точность отсчета как раз и зависит от качества и точности настройки внутреннего генератора или внешнего кварцевого резонатора. При этом точность кварца и RTC соответственно, указывается не в герцах и не в процентах, а в «ppm», например ±12 ppm, ±50 ppm. Это расшифровывается, как Parts Per Million, т. е. количество миллионных частей от какой-то средней величины.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Часы реального времени могут быть реализованы на базе микроконтроллеров, однако, использование специальных чипов позволяет снизить энергопотребление, поскольку большинство микроконтроллеров даже в спящем режиме (или режиме пониженного энергопотребления) потребляют больше энергии чем специальные интегральные микросхемы (ИМС). RTC могут быть и встроенными в сам микроконтроллер (как в STM32).

Именно благодаря часам реального времени на вашем компьютере не сбивается время и дата после его отключения от сети, в этом случае они работают от батарейки CR2032, установленной в разъёме на материнской плате, она же и питает микросхему BIOS, чтобы не сбивались выставленные в нем настройки.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Классификация

Классификация микросхем RTC может отличаться от производителя к производителю. Наиболее распространены часы реального времени таких производителей, как: Maxim Integrated и STMicroelectronics. На рынке есть микросхемы и других компаний:

Intersil Corporation (д.к. Renesas Electronics);

Cymbet (линейка EnerChip™ RTC, отличительная особенность — встроенная твердотельная батарея);

NXP (RTC с календарем, с поддержкой протоколов I2C или SPI)

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Компания Maxim Integrated в качестве основного критерия для классификации микросхем RTC использует тип интерфейса управления, а именно:

1. Микросхемы RTC с последовательным интерфейсом управления: I2C, 3-wire, SPI.

2. С параллельным интерфейсом управления:

с мультиплексированной шиной «адрес/данные»;

с разделенными шинами адреса и данных;

с однопроводным интерфейсом 1-wire.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Можно классифицировать и по формату представления данных:

Календарный. В виде шаблона YY-MM-DD для даты и HH-MM-SS для времени время и другие их форматы;

Бинарный. В виде непрерывного двоичного счетчика единиц времени (секунд или их долей).

В зависимости от назначения микросхемы в схеме устройства и выбирается её тип, если ИМС с календарным представлением — она будет выполнять функцию обычных часов, а в случае с бинарным — для таких применений, как отчеты периодов времени, например срока действии лицензии, гарантийного срока или в устройства для учета чего-либо (например, электросчетчиках), например в каталоге Maxim Integrated они называются «Elapsed Time Counter» — счетчик прошедшего времени, пример такой ИМС — DS1683.

В других случаях микросхемы часов реального времени могут классифицироваться по функционалу или другим характеристикам:

Наличие встроенного генератора или необходимо использовать внешний генератор (кварцевый).

По наличию встроенного источника питания или возможности использования внешней батареи.

По типу и объёму внутренней памяти и протоколам связи с «внешним» миром (описывались выше).

По наличию фантомного (phantom) интерфейса для доступа к внутренним регистрам микросхемы (для настройки, установки режимов или считыванию значений).

Другие функции: сторожевой таймер (watchdog), будильника (alarm), секундный выход, контроль питания, возможность зарядки внешней батареи и пр.

И, наконец, многие производители классифицируют свои устройства по уровню энергопотребления, в среднем потребляемый ток лежит в пределах от 200 до 1500 нА, но может и выходить из этого диапазона в зависимости от конкретной ИМС и производителя.

Применение в радиолюбительской практике

Часы реального времени нередко используются в паре с такими популярными платформами для разработки и прототипирования, как семейство Arduino, и при разработке устройств на любых других микроконтроллерах, а также микрокомпьютерах семейства Raspberry Pi и подобные.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Сегодня промышленность выпускает модули с RTC, в виде отдельной печатной платы или шилда. Преимущество такого вида модулей состоит в том, что нет необходимости разводить плату и распаивать микросхему, обвязку, держатель батареи питания и прочее.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

В среде ардуинщиков и современных самодельщиков наибольшее распространение получили микросхемы часов реального времени компании Maxim Integrated и модули на их базу, а именно:

Их отличия приведены в таблице ниже.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Как видите, все из них поддерживают связь с микроконтроллером по шине I2C, а DS1302 и по SPI, хотя в даташите сказано «простой 3-проводной последовательный интерфейс, подходящий для большинства микроконтроллеров». И может подключаться не только к 10-13 пинам Ардуино, на которых назначены выводы шишны SPI, но и к други, установленным в скетче, схемы будут ниже. Даташиты на эти ИМС со всеми техническими данными прилагаем к статье.

Даташиты на микросхемы реального времени:

Arduino UNO поддерживает оба этих протокола, что вы можете увидеть на схеме ниже (помечено фиолетовым и серым цветом для SPI и I2C соответственно).

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Как и Raspberry pi.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Это значит, что вы можете использовать любой из этих модулей с каждой из платформ. Внешние отличия модулей вы можете видеть на иллюстрации ниже, но компоновка платы может отличаться, смотрите на маркировку ИМС.

Для того чтобы Arduino работала с RTC нужна библиотека, но так как её нет в стандартном пакете Arduino IDE, её нужно скачать. В сети есть библиотеки для каждой из рассмотренных ИМС, а есть и универсальные, что выбрать, и какая будет удобнее решать уже вам.

include // Подключаем библиотеку
iarduino_RTC time(RTC_DS3231); // Создаём объект time, для ИМС DS3231
iarduino_RTC time(RTC_DS1307); // ДЛЯ DS1307
iarduino_RTC time(RTC_DS1302, RST, CLK, DAT); // для DS1302.
// Вместо RST, CLK и DAT номера пинов ардуино,
// к которым подключены соответствующие пины модуля часов

Схема для DS1302, еще раз напомним, что выводы могут быть другими:

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

А вот линия данных DS1307 и DS3231 подключается только к пинам A5 и A4 Arduino UNO (для других ревизий и версий платы смотрите распиновку).

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Заключение

Часы реального времени позволяют делать проекты, в которых какие-либо процессы должны запускаться по расписанию. Почти в любом относительно сложном проекте для практического использования есть такая потребность неважно это автоматическая система полива растений или же система управления технологическими процессами на производстве.

Благодаря дешевизне деталей и простоте подключения и программирования сейчас подобные системы может реализовать каждый, даже не имея углубленных знаний в электронике и микроконтроллерах. Но это не значит, что раз есть ардуино с присущей ей простотой, то не нужно изучать программную и аппаратную часть. Наоборот, знание железа и структуры кода позволит делать более быстрые и сложные программы, которые при этом занимают меньше места.

Источник

Часы реального времени на RTC модулях Ардуино DS1302, DS1307, DS3231

Во многих проектах Ардуино требуется отслеживать и фиксировать время наступления тех или иных событий. Модуль часов реального времени, оснащенный дополнительной батарей, позволяет хранить текущую дату, не завися от наличия питания на самом устройстве. В этой статье мы поговорим о наиболее часто встречающихся модулях RTC DS1307, DS1302, DS3231, которые можно использовать с платой Arduino.

Модули часов реального времени в проектах Arduino

Модуль часов представляет собой небольшую плату, содержащей, как правило, одну из микросхем DS1307, DS1302, DS3231.Кроме этого, на плате практически можно найти механизм установки батарейки питания. Такие платы часто применяется для учета времени, даты, дня недели и других хронометрических параметров. Модули работают от автономного питания – батареек, аккумуляторов, и продолжают проводить отсчет, даже если на Ардуино отключилось питание. Наиболее распространенными моделями часов являются DS1302, DS1307, DS3231. Они основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (часы реального времени).

Часы ведут отсчет в единицах, которые удобны обычному человеку – минуты, часы, дни недели и другие, в отличие от обычных счетчиков и тактовых генераторов, которые считывают «тики». В Ардуино имеется специальная функция millis(), которая также может считывать различные временные интервалы. Но основным недостатком этой функции является сбрасывание в ноль при включении таймера. С ее помощью можно считать только время, установить дату или день недели невозможно. Для решения этой проблемы и используются модули часов реального времени.

Электронная схема включает в себя микросхему, источник питания, кварцевый резонатор и резисторы. Кварцевый резонатор работает на частоте 32768 Гц, которая является удобной для обычного двоичного счетчика. В схеме DS3231 имеется встроенный кварц и термостабилизация, которые позволяют получить значения высокой точности.

Сравнение популярных модулей RTC DS1302, DS1307, DS3231

В этой таблице мы привели список наиболее популярных модулей и их основные характеристики.

НазваниеЧастотаТочностьПоддерживаемые протоколы
DS13071 Гц, 4.096 кГц, 8.192 кГц, 32.768 кГцЗависит от кварца – обычно значение достигает 2,5 секунды в сутки, добиться точности выше 1 секунды в сутки невозможно. Также точность зависит от температуры.I2C
DS130232.768 кГц5 секунд в суткиI2C, SPI
DS3231Два выхода – первый на 32.768 кГц, второй – программируемый от 1 Гц до 8.192 кГц±2 ppm при температурах от 0С до 40С.

Точность измерения температуры – ±3С

I2C

Модуль DS1307

DS1307 – это модуль, который используется для отсчета времени. Он собран на основе микросхемы DS1307ZN, питание поступает от литиевой батарейки для реализации автономной работы в течение длительного промежутка времени. Батарея на плате крепится на обратной стороне. На модуле имеется микросхема AT24C32 – это энергонезависимая память EEPROM на 32 Кбайт. Обе микросхемы связаны между собой шиной I2C. DS1307 обладает низким энергопотреблением и содержит часы и календарь по 2100 год.

Модуль обладает следующими параметрами:

Модуль оправдано использовать в случаях, когда данные считываются довольно редко, с интервалом в неделю и более. Это позволяет экономить на питании, так как при бесперебойном использовании придется больше тратить напряжения, даже при наличии батарейки. Наличие памяти позволяет регистрировать различные параметры (например, измерение температуры) и считывать полученную информацию из модуля.

Взаимодействие с другими устройствами и обмен с ними информацией производится с помощью интерфейса I2C с контактов SCL и SDA. В схеме установлены резисторы, которые позволяют обеспечивать необходимый уровень сигнала. Также на плате имеется специальное место для крепления датчика температуры DS18B20.Контакты распределены в 2 группы, шаг 2,54 мм. В первой группе контактов находятся следующие выводы:

Во второй группе контактов находятся:

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Для подключения к плате Ардуино нужны сама плата (в данном случае рассматривается Arduino Uno), модуль часов реального времени RTC DS1307, провода и USB кабель.

Чтобы подключить контроллер к Ардуино, используются 4 пина – VCC, земля, SCL, SDA.. VCC с часов подключается к 5В на Ардуино, земля с часов – к земле с Ардуино, SDA – А4, SCL – А5.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Для начала работы с модулем часов нужно установить библиотеки DS1307RTC, TimeLib и Wire. Можно использовать для работы и RTCLib.

Проверка RTC модуля

При запуске первого кода программа будет считывать данные с модуля раз в секунду. Сначала можно посмотреть, как поведет себя программа, если достать из модуля батарейку и заменить на другую, пока плата Ардуино не присоединена к компьютеру. Нужно подождать несколько секунд и вытащить батарею, в итоге часы перезагрузятся. Затем нужно выбрать пример в меню Examples→RTClib→ds1307. Важно правильно поставить скорость передачи на 57600 bps.

При открытии окна серийного монитора должны появиться следующие строки:

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Будет показывать время 0:0:0. Это связано с тем, что в часах пропадает питание, и отсчет времени прекратится. По этой причине нельзя вытаскивать батарею во время работы модуля.

Чтобы провести настройку времени на модуле, нужно в скетче найти строку

В этой строке будут находиться данные с компьютера, которые используются ля прошивки модуля часов реального времени. Для корректной работы нужно сначала проверить правильность даты и времени на компьютере, и только потом начинать прошивать модуль часов. После настройки в мониторе отобразятся следующие данные:

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Настройка произведена корректно и дополнительно перенастраивать часы реального времени не придется.

Считывание времени. Как только модуль настроен, можно отправлять запросы на получение времени. Для этого используется функция now(), возвращающая объект DateTime, который содержит информацию о времени и дате. Существует ряд библиотек, которые используются для считывания времени. Например, RTC.year() и RTC.hour() – они отдельно получают информацию о годе и часе. При работе с ними может возникнуть проблема: например, запрос на вывод времени будет сделан в 1:19:59. Прежде чем показать время 1:20:00, часы выведут время 1:19:00, то есть, по сути, будет потеряна одна минута. Поэтому эти библиотеки целесообразно использовать в случаях, когда считывание происходит нечасто – раз в несколько дней. Существуют и другие функции для вызова времени, но если нужно уменьшить или избежать погрешностей, лучше использовать now() и из нее уже вытаскивать необходимые показания.

Пример проекта с i2C модулем часов и дисплеем

Проект представляет собой обычные часы, на индикатор будет выведено точное время, а двоеточие между цифрами будет мигать с интервалом раз в одну секунду. Для реализации проекта потребуются плата Arduino Uno, цифровой индикатор, часы реального времени (в данном случае вышеописанный модуль ds1307), шилд для подключения (в данном случае используется Troyka Shield), батарейка для часов и провода.

В проекте используется простой четырехразрядный индикатор на микросхеме TM1637. Устройство обладает двухпроводным интерфейсом и обеспечивает 8 уровней яркости монитора. Используется только для показа времени в формате часы:минуты. Индикатор прост в использовании и легко подключается. Его выгодно применять для проектов, когда не требуется поминутная или почасовая проверка данных. Для получения более полной информации о времени и дате используются жидкокристаллические мониторы.

Индикатор подключается просто – выводы с него CLK и DIO подключаются к любым цифровым пинам на плате.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Скетч. Для написания кода используется функция setup, которая позволяет инициализировать часы и индикатор, записать время компиляции. Вывод времени на экран будет выполнен с помощью loop.

После этого скетч нужно загрузить и на мониторе будет показано время.

Программу можно немного модернизировать. При отключении питания выше написанный скетч приведет к тому, что после включения на дисплее будет указано время, которое было установлено при компиляции. В функции setup каждый раз будет рассчитываться время, которое прошло с 00:00:00 до начала компиляции. Этот хэш будет сравниваться с тем, что хранятся в EEPROM, которые сохраняются при отключении питания.

Для записи и чтения времени в энергонезависимую память или из нее нужно добавить функции EEPROMWriteInt и EEPROMReadInt. Они нужны для проверки совпадения/несовпадения хэша с хэшем, записанным в EEPROM.

Можно усовершенствовать проект. Если использовать жидкокристаллический монитор, можно сделать проект, который будет отображать дату и время на экране. Подключение всех элементов показано на рисунке.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

В результате в коде нужно будет указать новую библиотеку (для жидкокристаллических экранов это LiquidCrystal), и добавить в функцию loop() строки для получения даты.

Алгоритм работы следующий:

Заключение

Модули часов используются во многих проектах. Они нужны для систем регистрации данных, при создании таймеров и управляющих устройств, которые работают по заданному расписанию, в бытовых приборах. С помощью широко распространенных и дешевых модулей вы можете создать такие проекты как будильник или регистратор данных с сенсоров, записывая информацию на SD-карту или показывая время на экране дисплея. В этой статье мы рассмотрели типичные сценарии использования и варианты подключения наиболее популярных видов модулей.

Источник

Часы реального времени или RTC: как работает это оборудование

Любой поклонник электроники или компьютеров знает, что компьютеры, которые мы используем каждый день, оснащены часы реального времени и что благодаря аккумулятору, встроенному в материнскую плату, часы всегда идут вовремя, даже когда компьютер отключен от сети. ручей. Но вы когда-нибудь задумывались Как это работает и особенно, каково использование ПК с этими внутренними часами?

У внутренних часов реального времени ПК есть утилита, которая выходит далеко за рамки показа времени на панели задач, и это означает, что, как мы буквально объясним ниже, ПК не мог бы работать без них. Почему? Мы сразу же подробно объясним вам это, но в качестве предварительного просмотра мы скажем вам, что без этих часов процессор ПК не знал бы, когда он должен выполнять вычисления.

Что такое часы реального времени или RTC и для чего они нужны?

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

RTC можно найти как в компьютерах (настольных и портативных), так и в интегрированных системах, серверах и любых электронных компонентах, имеющих процессор, поскольку для этих элементов требуется точный хронометр для их работы, как мы вскоре объясним. Очень важно иметь возможность продолжать работать, даже когда компьютер выключен или если батарея разряжена, поэтому обычно они носят с собой батарея в формате CR1220 или CR2032 что гарантирует автономную работу на долгие годы.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

ИС RTC регулируют время с помощью кварцевого генератора, поэтому они не зависят от тактовых сигналов, как большинство аппаратных часов (например, ЦП, который зависит от этих часов реального времени). Помимо функции синхронизации системы и ее часов, часы реального времени гарантирует, что все процессы в системе правильно синхронизированы, что важно для работы ЦП. Хотя некоторые могут возразить, что это работа внутренних системных часов, на самом деле это зависит от часов реального времени.

Преимущества использования RTC на ПК:

Как работает RTC на ПК?

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Некоторые RTC имеют встроенную температурную компенсацию, которая может расширить и повысить точность кварцевого генератора. Кристаллы также стареют, и это меняет их физическую природу, так что со временем они теряют точность. Типичные недорогие кристаллы, используемые в аппаратном обеспечении ПК, имеют допуск по частоте +/- 20 ppm (частей на миллион). Это означает, что кристалл с такой погрешностью может дрейфовать до 72 мс в час или 1.7 секунды в день, поэтому иногда потребуется калибровка.

Процессор, подключенный к RTC, получает обновленное системное время и постоянно записывает это новое значение в RTC, чтобы избежать этих отклонений, то есть CPU постоянно калибрует RTC чтобы всегда быть точным.

Источник

Часы реального времени

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Часы реального времени (Real-time clocks) — это микросхемы со встроенными средствами регистрации времени, позволяющие отсчитывать секунды, минуты, часы, дни недели, числа месяца, годы и даже столетия. Некоторые микросхемы позволяют отсчитывать сотые доли секунды, учитывать переходы на летнее и зимнее время, имеют встроенную энергонезависимую память, супервизор питания. Полностью энергонезависимые часы реального времени выпускаются в комплекте со встроенной литиевой батареей питания, что полностью исключает нарушение корректного функционирования таких микросхем.

На рисунке 1 показана базовая структура часов реального времени с календарем без дополнительных функций.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Рис. 1. Базовая структура часов реального времени с календарем без дополнительных функций

Точность и стабильность отсчета времени зависит от параметров задающего кварцевого резонатора. В некоторых микросхемах часов реального времени компании STMicroelectronics предусмотрена аналоговая и цифровая калибровки для достижения максимальной точности измерения временных интервалов. Кварцевый генератор формирует тактовые импульсы с частотой 32,768 кГц. На выходе первого делителя частоты (счетчика 1) частота следования импульсов составляет 1 Гц (1 импульс в секунду), на выходе второго счетчика формируются минутные импульсы, на выходе счетчика 3 — один импульс в час и так далее вплоть до одного импульса в столетие на выходе счетчика 8. Информация о текущем моменте времени передается в микроконтроллер через последовательные интерфейсы I 2 C или SPI.

Часы реального времени STMicroelectronics сам производитель подразделяет на три типа:

Часы реального времени с очень низким потреблением

Часы реального времени с очень низким потреблением и допустимым напряжением питания в рабочем режиме до 1,3 В (отсчет времени продолжается вплоть до минимального напряжения 1,0 В) представлены серией M41T6x. Микросхемы потребляют всего 350 нА в режиме ожидания при напряжении питания 3 В. Низкое потребление особенно важно в режиме ожидания, так как в этом случае питание на микросхемы часов реального времени подается от резервной батареи. Основные параметры и функциональные особенности этих микросхем сведены в таблицу 1.

Таблица 1. Часы реального времени STMicroelectronics с очень низким потреблением (Low power Real-time clocks)

Наиме-
но-
вание
Интер-
фейс
Кор-
пус
Uпит,
В
Uпит
(мин.)
без
потери
хроно-
метри-
рова-
ния
Дополнительные
функции
Детекти-
рование
ошибки
генера-
тора
Диапа-
зон
рабо-
чих
тем-
ператур —
40…85°С
Комментарии
Alarm
IRQ
Выход
Watchdog
Выход
«Меандр»
Вы-
ход
32,768 кГц
M41T65I 2 C,
400 кГц
QFN161,3…4,41,0350 нА в режиме ожидания при Uпит = 3 В
M41T64
M41T62
M41T60

Микросхемы этой серии обновляют текущую информацию о годе, месяце, дне, дате, часах, минутах, секундах, десятых и сотых долях секунды и даже о столетии. Управление и обмен информацией с микроконтроллером происходит по стандартному интерфейсу I 2 C с тактовой частотой 400 кГц. Автоматические переходы на зимнее и летнее время упрощают использование часов реального времени серии M41T6x. Миниатюрный корпус QFN16 с размерами всего 3х3 мм позволяет встраивать эти микросхемы в компактные приборы.

Часы реального времени промышленного стандарта

Микросхемы часов промышленного стандарта (по классификации производителя STMicroelectronics) сведены в таблицу 2.

Таблица 2. Часы реального времени STMicroelectronics промышленного стандарта (Idustry standard Real-time clocks)

Наимено-
вание
NVRAM,
байт
Интер-
фейс
Корпус
(а)
Uпит,
В
Uпит
(мин.)
без
потери
хроно-
мет-
риро-
вания
Дополнительные функцииДиа-
пазон
рабочих
темпе-
ратур
-40…85°С
Комментарии
Встро-
енный
пере-
клю-
чатель
пита-
ния
Встр-
оен-
ный
супер-
визор
Выход
POR/
LVD *
Alarm
IRQ
Выход
Watch-
dog
Мони-
тор
бата-
реи
пита-
ния
Вы-
ход
«Меандр»
Дете-
кти-
рова-
ние
ошиб-
ки
ге-
нера-
тора
M41T9312SPI,
10 МГц
QFN16, SOX182,38…5,51,82Аналоговая и цифровая калибровки
M41T83I 2 C,
400 кГц
M41T82I 2 C,
400 кГц
SO-8
M41T81SI 2 C,
400 кГц
SO-8, SOX182,7…5,52,00,6 мкА
M41T80I 2 C,
400 кГц
SO-82,0…5,52,0Ток потребления 30 мкА при U = 3 B
M41T5656I 2 CSO-8, SOH284,5…5,52,5450 нА, 56 байт NVRAM
M41T1156I 2 C2,0…5,52,00,8 мкА, 56 байт NVRAM
M41T00SI 2 C,
400 кГц
SO-82,7…5,52,0Цифровая калибровка
M41T0I 2 C,
400 кГц
SO-8, TSSOP82,0…5,52,00,9 мкА в режиме ожидания
*POR/LVD — Power ON Reset/Low Voltage Detect — сброс при включении питания, детектирование низкого напряжения питания.

Среди микросхем этого типа часы реального времени M41T82, M41T83 и M41T93 имеют аналоговую и цифровую калибровки для подстройки частоты кварцевого резонатора 32,768 кГц. Аналоговая калибровка осуществляется регулировкой эквивалентной нагрузочной емкости CLOAD, что проиллюстрировано на рисунке 2.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Рис. 2. Аналоговая калибровка M41T82, M41T83 и M41T93 производится регулировкой суммарной нагрузочной емкости CLOAD кварцевого резонатора

Загружая через последовательный интерфейс в соответствующие регистры микросхем определенные значения (точные данные приведены в документации для конкретных часов реального времени), можно добиться минимального отклонения от необходимой частоты 32,768 кГц. Кроме того, в этих микросхемах имеется возможность и цифровой калибровки или подстройки частоты низкочастотного задающего кварцевого резонатора 32,768 кГц по высокочастотному кварцевому резонатору микроконтроллера. Дело в том, что стабильность частоты высокочастотных кварцевых резонаторов, частота которых измеряется единицами и десятками МГц, существенно выше, чем аналогичный параметр низкочастотных часовых кварцев с частотой 32,768 кГц. Это наглядно показано на рисунке 3, взятом из руководства по применению AN2678 компании STMicroelectronics.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Из рисунка 3 хорошо видно, что диапазон изменения частоты кварцевого резонатора 32,768 кГц в несколько раз больше по сравнению с диапазоном высокочастотного кварцевого резонатора, задающего тактовую частоту микроконтроллера. Эти свойства резонаторов позволяют реализовать дополнительно к аналоговой подстройке частоты цифровую калибровку резонатора 32,768 кГц по частоте задающего генератора микроконтроллера (см. рис. 4).

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Рис. 4. Калибровка частоты часового кварцевого резонатора 32,768 кГц по высокочастотному кварцевому генератору микроконтроллера

Две калибровки, основанные на разных принципах, существенно повышают стабильность частоты задающего генератора часов реального времени. Предварительная заводская калибровка микросхем M41T82, M41T83 и M41T93 позволяет обеспечить стабильность частоты ±5 ppm (ppm — одна миллионная часть), что позволяет получить точность отсчета времени с ошибкой не более 12 секунд в месяц при комнатной температуре. Цифровая калибровка существенно повышает точность хода часов не только при комнатной температуре, но и во всем индустриальном диапазоне рабочих температур. Микросхемы M41T82, M41T83 и M41T93 имеют встроенные схемы формирования сигналов, информирующих микроконтроллер о недопустимо низком напряжении питания основного источника. В этот момент происходит автоматическое переключение на питание от резервной батареи. Типовые напряжения порогов срабатывания этих микросхем в этих случаях приведены в нижней части рисунка 5.

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Рис. 5. Структура часов реального времени M41T93 с интерфейсом SPI и схемой выбора питания

Микросхемы часов реального времени имеют встроенные дополнительные функции. На рисунке 5 показана функциональная схема часов реального времени M41T93 с управлением по последовательному интерфейсу SPI. Микросхема содержит интегрированную схему управления и выбора питания (от основного источника или резервной батареи), формирователь сигнала остановки кварцевого генератора, два формирователя сигналов оповещения (ALARM1 и ALARM2), таймер Watchdog, выход тестовой частоты, 8 бит памяти с однократным программированием (OTP), 7 байт памяти SRAM. Микросхемы выпускаются в миниатюрных корпусах QFN16, SO18 или SO8.

Микросхемы часов реального времени с высокой степенью интеграции

Этот тип часов реального времени STMicroelectronics имеет повышенный объем встроенной энергонезависимой памяти NVRAM, а некоторые микросхемы содержат в комплекте встроенную литиевую батарею питания (корпус SOH28), что обеспечивает стабильный бесперебойный отсчет времени в течение нескольких лет. Основные параметры и особенности микросхем этого типа сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Часы реального времени STMicroelectronics высокой степени интеграции (High Integration Real-time clocks)

Наиме-
нование
NV-
RAM,
байт
Интер-
фейс
Корпус(а)Uпит,
В
Дополнительные функцииДиапа-
зон
рабо-
чих
темпе-
ратур
-40…85
°С
Комментарии
SNAP-
HAT
(SOH28)
Дру-
Ъгие
типы
кор-
пусов
Alarm
IRQ
Выход
таймера
Watch-
dog
Выход
POR/
LVD *
Мони-
тор
бата-
реи
пита-
ния
Вы-
ход
«Меа-
ндр»
Вы-
ход
32,768
кГц
Наличие
входа
Enable
M41ST95W44SPISOX282.7…3,6
400 нА, NVRAM супервизор
M41T94SOH28SO-162,7…5,5
Ток потребления от батареи 400 нА
M41ST87Y128I 2 C, 400 кГцSOX284,5…5,5
Уникальный серийный номер, NVRAM супервизор
M41ST87WSOX282,7…3,6
M41ST85W44SOH28SOX28
400 нА, NVRAM супервизор
M41ST84WSO-16
Ток потребления от батареи 400 нА
M41T56C6456I 2 CSOX184,5…5,5
U = 4,5…5,5 B, 56 байт NVRAM + 8 кбайт EEPROM
M41T00SC642,7…5,5
U = 2,7…5,5 B, 56 байт NVRAM + 8 кбайт EEPROM
*POR/LVD — Power ON Reset/Low Voltage Detect — сброс при включении питания, детектирование низкого напряжения питания.

Заслуженной популярностью среди разработчиков пользуются микросхемы часов реального времени M41T56C64 с напряжением питания 5 В ±10% (см. рис. 6), имеющие самый большой объем встроенной памяти (56 байт NVRAM + 8 кбайт EEPROM).

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Рис. 6. Структурная схема часов реального времени M41T56C64 и M41T00SC64 с двумя типами встроенной памяти (56 байт NVRAM и 64 кбит EEPROM)

Встроенная память EEPROM — это хорошо известная разработчикам M24C64. Низкое потребление интегрированной памяти этих микросхем позволяет сохранять информацию при отключенном питании более 40 лет. Встроенный кварцевый резонатор, индустриальный диапазон рабочих температур, встроенная схема для автоматического перехода на резервное питание в сочетании с низкой ценой обеспечивают высокий успех этих микросхем среди широкого разнообразия часов реального времени. Несомненно, разработчиков заинтересует новая микросхема M41T00SC64 с аналогичными функциональными возможностями, но с широким диапазоном напряжений питания от 2,7 до 5,5 В. Это особенно актуально, так как подавляющее число современных микроконтроллеров работают при напряжении питания 3,3 В и ниже. Структурная схема M41T56C64 и M41T00SC64 приведена на рисунке 6.

Ответственный за направление в КОМПЭЛе — Александр Райхман

Получение технической информации, заказ образцов, поставка —
e-mail: analog.vesti@compel.ru

Часы реального времени что это. Смотреть фото Часы реального времени что это. Смотреть картинку Часы реального времени что это. Картинка про Часы реального времени что это. Фото Часы реального времени что это

Новый контроллер для обратноходовых преобразователей

Компания STM анонсировала новый контроллер для высококачественных обратноходовых мощных преобразователей, которые способны функционировать в двух режимах: фиксированной частоты или в квазирезонансном режиме.

При малой нагрузке в обоих режимах чип входит в управляемое состояние burst-mode с низкой частотой (несколько сот Герц) и постоянным максимальным током. Сделано это для того, чтобы минимизировать общие требования по мощности, в соответствии с мировыми энергосберегающими рекомендациями. Небольшой ток потребления контроллера (менее чем 3 мА), встроенная нерассеивающая цепочка запуска, — являются разработками STM, улучшающими эффективность использования микросхемы.

Микросхема выпускается в двух версиях L6566A и L6566B. Первая специально разработана для конверторов, работающих через корректор мощности. L6566A способна взаимодействовать с корректором, выключая его при малой нагрузке или коротких замыканиях. L6566B разработана для применений, где корректор мощности не используется и микросхема дополнительно содержит в себе генератор частотной модуляции на входе. Это обеспечивает пониженное излучение электромагнитных помех, что позволяет снизить размеры и цену линейного фильтра в режиме фиксированной частоты.

Встроенная защита по входу и выходу включает защиту от перенапряжений, защиту от токовых перегрузок, защиту от перегрева и защиту от пониженного напряжения.

Мультирежимный контроллер L6566 может быть использован в обратноходовых AC/DC-преобразователях, TV и LCD-мониторах, DVD-проигрывателях, зарядных устройствах, set-top box и других потребительских устройствах.

Микросхемы, выполненные в корпусе SO-16, в настоящее время уже находятся в серийном производстве.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *