Czy Twój system potrzebuje modułu obwodu RTC?

Utworzono: maj 21, 2021
Zaktualizowano: lipiec 1, 2024

Zawsze, gdy musisz śledzić czas w swoim systemie cyfrowym, potrzebujesz przekształcić impulsy zegarowe na datę i czas. Praca na obwodzie zegarowym to nie wszystko, konwersja wymaga pewnych cyfrowych obliczeń arytmetycznych i porównania liczby impulsów zegarowych z jakąś datą odniesienia. Ponieważ każdy dobry zegar w elektronice powinien działać, niezależnie od tego, czy urządzenie jest używane, potrzebujesz również trwałego źródła zasilania dla modułu zegarowego.

Zamiast łączyć kryształ lub obwód oscylatora z MCU, możesz użyć modułu zegara czasu rzeczywistego (RTC) na swojej płytce, aby zapewnić dokładne śledzenie czasu. Te małe układy zapewniają prosty sposób na śledzenie czasu w systemie cyfrowym i przekazywanie danych do MCU za pośrednictwem standardowego interfejsu o niskiej prędkości. Oto niektóre zastosowania, które będą wymagały obwodu modułu RTC oraz niektóre popularne opcje tych obwodów.

Projektowanie obwodu modułu RTC

Moduły RTC są bardzo proste i mają małe wymiary. Mają również bardzo niskie zużycie energii, ponieważ generalnie potrzebują tylko odczytać impuls zegarowy z kryształu lub obwodu oscylatora. Najlepsze moduły RTC zapewnią co najmniej dekadę dokładnego śledzenia czasu na jednej baterii zapasowej typu moneta, i mogą działać na głównym zasilaniu systemu, gdy jest dostępne. Ta prosta funkcjonalność może być wbudowana w MCU, ale nie wszystkie systemy potrzebują dużego MCU z zintegrowanym obwodem RTC.

Schemat poniżej pokazuje prosty obwód modułu RTC z popularnym układem scalonym, DS1307 od Maxim Integrated. Nieodniesione impulsy zegarowe są dostarczane do tego modułu z zegara 32.768 kHz, a impulsy zegarowe są odniesione do konkretnej daty wewnętrznie w DS1307. Stamtąd, dane mogą być zapytane przez zewnętrzne MCU za pośrednictwem I2C i przechowywane w pamięci MCU. Jest to zasadniczo ten sam proces, którego inne MCU z wewnętrznym oscylatorem i obwodem RTC używałyby do śledzenia czasu jako część ich firmware.

Przykładowy obwód modułu RTC do użytku jako zegar systemowy dla MCU ATTiny85.

W powyższym schemacie jedynym innym godnym uwagi komponentem jest MCU ATTiny85. Ten MCU ma małą obudowę DIP, wewnętrzną EEPROM z 100 000 cyklami kasowania/zapisu, wewnętrzną pamięć Flash i wewnętrzną SRAM. Ta szczególna implementacja jest częścią obwodu monitorowania i śledzenia mocy dla projektu klienta, ale ilustruje niektóre przypadki, gdy większe MCU nie jest konieczne, a mniejsze MCU, bateria zapasowa i obwód modułu RTD zapewnią potrzebną funkcjonalność.

Dlaczego używać obwodu modułu RTC zamiast MCU?

Wspomniany wyżej produkt zasilający nie wymaga dużego MCU z kilku powodów. Poniżej wymieniono niektóre powszechne powody, które mogą również dotyczyć Twojego następnego systemu.

System tylko oznacza i przechowuje dane. Jest to typowe zadanie dla płyt węzłów sensorowych, gdzie dane mogą być oznaczone znacznikiem czasu i pewnymi innymi kryteriami uruchamianymi przez obwody logiczne. Dane mogą być następnie przechowywane w pamięci Flash za pośrednictwem SPI. Nie wymaga to zaawansowanego MCU, pod warunkiem że MCU posiada interfejs magistrali SPI lub inny interfejs niskiej prędkości (np. I2C w powyższym przykładzie).

Podstawowe funkcje są wbudowane w inne układy scalone. W przykładzie płyty do monitorowania mocy, który przytoczyłem powyżej, nie musieliśmy integrować logiki dla czujników i pętli sterowania w pojedynczym MCU. Oszczędziłoby to trochę miejsca, ale budowanie oprogramowania układowego byłoby jak wynalezienie koła na nowo. Wiele z tych funkcji jest wbudowanych w COTS układy zarządzania zasilaniem.

Przerywane zasilanie. Jeśli urządzenie kiedykolwiek będzie musiało przejść w tryb offline, lub spodziewasz się, że dostęp do zasilania będzie przerywany, możesz zapewnić kontynuację śledzenia czasu w swoim systemie dzięki zasilaniu bateryjnemu. Obwody modułów RTC mogą łatwo współpracować z baterią typu moneta i mogą działać przez wiele lat bez ładowania lub wymiany. Oznacza to również, że system nie będzie potrzebował dodatkowej jednostki regulacji/zarządzania, aby działać na zasilaniu bateryjnym. W przeciwieństwie do tego, używanie MCU do prowadzenia czasu na zasilaniu bateryjnym marnuje energię baterii, więc warto użyć małego obwodu modułu RTC bez względu na wszystko.

Popularne komponenty RTC

Maxim Integrated, DS1307 i DS3231

Te dwa moduły RTC są prawdopodobnie najpopularniejszymi modułami RTC dla różnych urządzeń. Układ DS1307 (pokazany na powyższym schemacie) to minimalny komponent, który zawiera tylko interfejs I2C, wyjście fali kwadratowej, kontroler zarządzania baterią zapasową i wejścia dla zewnętrznego oscylatora. Moduł RTC DS3231 to bardziej zaawansowana wersja, która nadal komunikuje się za pośrednictwem I2C, ale zawiera zintegrowany oscylator, funkcję resetowania przez zewnętrzny pin oraz wyjścia fali kwadratowej/oscylatora 32.768 kHz.

Układ aplikacyjny DS3231. Z karty katalogowej DS3231.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

Ten konkretny moduł RTC to najmniejszy komponent RTC firmy Maxim do tej pory, oferujący ultra-niskie zużycie prądu na poziomie 180 nA. Ten komponent posiada również zintegrowane funkcje alarmowe obok standardowych funkcji prowadzenia czasu, które są dostępne za pośrednictwem I2C. Komponent może być również zablokowany do zegara referencyjnego z różnymi standardowymi częstotliwościami, co pozwala na określenie dokładności zegara przez zewnętrzne źródło. Docelowe zastosowania obejmują urządzenia medyczne, noszone, telematykę i podobne obszary.

TRANSLATE:

Moduł obwodu RTC MAX31341 z zewnętrznym MCU. Z karty katalogowej MAX31341.

Renesas, ISL12057IUZ

ISL12057IUZ od Renesas oferuje podobne możliwości co MAX31341, ale jest promowany do zastosowań przemysłowych, motoryzacyjnych i innych obszarów z trudnymi warunkami środowiskowymi. Podobnie jak inne wymienione komponenty, zapewnia wyjście sygnału kwadratowego, a dane są dostępne poprzez interfejs I2C. Komponent może wspierać zewnętrzny oscylator 32.768 kHz z obciążeniem pojemnościowym 6 pF przez zintegrowany wzmacniacz odwracający.

Obwód modułu RTC ISL12057IUZ. Z karty katalogowej ISL12057IUZ.

Inne komponenty do śledzenia czasu

Oprócz samego modułu RTC, potrzebujesz kilku innych komponentów, aby zapewnić stabilne zasilanie, skonfigurować magistralę cyfrową do odczytu danych i zinterfejsować się z zewnętrznym kontrolerem. Te komponenty obejmują:

Jeśli projektujesz urządzenie mobilne, produkt IoT lub inny system, który wymaga śledzenia czasu z obwodem modułu RTC, możesz znaleźć te komponenty i wiele więcej dzięki zaawansowanym funkcjom wyszukiwania i filtrowania w Octopart. Korzystając z wyszukiwarki elektroniki Octopart, masz dostęp do danych dystrybutorów i specyfikacji części, a wszystko to jest swobodnie dostępne w przyjaznym interfejsie użytkownika. Zobacz naszą stronę z układami scalonymi, aby znaleźć potrzebne komponenty.

Bądź na bieżąco z naszymi najnowszymi artykułami, zapisując się do naszego newslettera.