Hệ thống của bạn có cần mạch Module RTC không?

Created: Tháng Năm 21, 2021
Updated: Tháng Bảy 1, 2024

Bất cứ khi nào bạn cần theo dõi thời gian trong hệ thống số của mình, bạn cần chuyển đổi xung đồng hồ thành ngày và giờ. Chạy trên một mạch đồng hồ không đủ, việc chuyển đổi này đòi hỏi một số phép toán số học và cần so sánh số lượng xung đồng hồ với một ngày tham chiếu nào đó. Vì bất kỳ đồng hồ tốt nào trong điện tử của bạn cũng nên hoạt động bất kể thiết bị có đang được sử dụng hay không, bạn cũng cần một nguồn điện liên tục cho mô-đun giữ thời gian của mình.

Thay vì lắp đặt một tinh thể hoặc mạch dao động vào một MCU, bạn có thể sử dụng một mô-đun đồng hồ thực tế (RTC) trên bo mạch của mình để cung cấp khả năng giữ thời gian chính xác. Những con chip nhỏ này cung cấp một cách đơn giản để theo dõi thời gian trong một hệ thống số và phản hồi dữ liệu cho MCU qua một giao diện tiêu chuẩn tốc độ thấp. Dưới đây là một số ứng dụng sẽ cần một mạch mô-đun RTC và một số lựa chọn phổ biến cho các mạch này.

Thiết kế Mạch Mô-đun RTC

Mô-đun RTC rất đơn giản và có kích thước nhỏ gọn. Chúng cũng có mức tiêu thụ điện năng rất thấp vì chúng chủ yếu chỉ cần đọc xung đồng hồ từ một mạch tinh thể hoặc dao động. Các mô-đun RTC tốt nhất sẽ cung cấp ít nhất một thập kỷ giữ thời gian chính xác trên một pin dự phòng dạng đồng xu duy nhất, và chúng có thể chạy trên nguồn điện hệ thống chính khi có sẵn. Khả năng đơn giản này có thể được tích hợp sẵn trong một MCU, nhưng không phải tất cả các hệ thống đều cần một MCU lớn với mạch RTC tích hợp.

Sơ đồ dưới đây cho thấy một mạch mô-đun RTC đơn giản với một IC phổ biến, DS1307 từ Maxim Integrated. Xung đồng hồ không tham chiếu được cung cấp cho mô-đun này từ một đồng hồ 32.768 kHz, và các xung đồng hồ được tham chiếu với một ngày cụ thể bên trong DS1307. Từ đó, dữ liệu có thể được truy vấn bởi một MCU bên ngoài qua I2C và lưu trữ trong bộ nhớ của MCU. Đây cơ bản là cùng một quy trình mà các MCU khác với dao động nội bộ và mạch RTC sẽ sử dụng để theo dõi thời gian như một phần của firmware của chúng.

Ví dụ về mạch mô-đun RTC được sử dụng như một đồng hồ hệ thống cho MCU ATTiny85.

Trong sơ đồ trên, thành phần đáng chú ý khác chỉ là MCU ATTiny85. MCU này có kích thước DIP nhỏ, EEPROM nội bộ với 100,000 chu kỳ xóa/ghi, Flash nội bộ, và SRAM nội bộ. Cài đặt cụ thể này là một phần của một mạch theo dõi và giám sát năng lượng cho một dự án của khách hàng, nhưng nó minh họa một số trường hợp cụ thể nơi một MCU lớn hơn không cần thiết, và một MCU nhỏ hơn, pin dự phòng, và mạch mô-đun RTD sẽ cung cấp chức năng bạn cần.

Tại sao Sử dụng Mạch Mô-đun RTC thay vì MCU?

Sản phẩm năng lượng mà tôi đã đề cập ở trên không yêu cầu một MCU lớn vì một số lý do. Một số lý do phổ biến được liệt kê dưới đây, và chúng có thể áp dụng cho hệ thống tiếp theo của bạn.

Hệ thống chỉ gắn thẻ và lưu trữ dữ liệu. Đây là một nhiệm vụ điển hình cho các bảng nút cảm biến, nơi dữ liệu có thể được gắn thẻ với dấu thời gian và một số tiêu chí khác được kích hoạt bởi mạch logic. Sau đó, dữ liệu có thể được lưu trữ trong Flash qua SPI. Điều này không yêu cầu một MCU công suất lớn miễn là MCU có giao diện bus SPI hoặc giao diện tốc độ thấp khác (ví dụ, I2C trong ví dụ trên).

Các chức năng cốt lõi được tích hợp vào các mạch tích hợp khác. Trong ví dụ về bảng giám sát năng lượng mà tôi đã đề cập ở trên, chúng tôi không cần phải tích hợp logic cho cảm biến và vòng điều khiển vào một MCU duy nhất. Điều này sẽ tiết kiệm một số không gian, nhưng việc xây dựng firmware sẽ giống như việc tái phát minh bánh xe. Nhiều chức năng này được tích hợp sẵn trong các IC quản lý năng lượng COTS power management ICs.

Nguồn điện gián đoạn. Nếu thiết bị cần phải ngắt kết nối, hoặc bạn mong đợi việc truy cập nguồn điện sẽ không ổn định, thì bạn có thể đảm bảo rằng bạn sẽ tiếp tục theo dõi thời gian trong hệ thống nhờ vào một bộ dự phòng pin. Mạch module RTC có thể dễ dàng kết nối với pin đồng xu và có thể chạy trong nhiều năm mà không cần sạc hoặc thay thế. Điều này cũng có nghĩa là hệ thống sẽ không cần một đơn vị điều chỉnh/quản lý bổ sung để hoạt động bằng năng lượng pin. Ngược lại, việc sử dụng MCU để giữ thời gian trên năng lượng pin sẽ lãng phí năng lượng pin, vì vậy việc sử dụng một mạch module RTC nhỏ dù sao cũng đáng giá.

Các thành phần RTC phổ biến

Maxim Integrated, DS1307 và DS3231

Hai module RTC này có lẽ là các module RTC phổ biến nhất cho một loạt các thiết bị. IC DS1307 (được hiển thị trong sơ đồ trên) là một thành phần tối thiểu chỉ bao gồm giao diện I2C, đầu ra sóng vuông, bộ điều khiển quản lý pin dự phòng, và đầu vào cho một dao động ngoại vi. Module RTC DS3231 là một phiên bản mạnh mẽ hơn vẫn giao tiếp qua I2C, nhưng nó chứa một dao động tích hợp, chức năng khởi động lại thông qua một chân ngoại vi, và đầu ra sóng vuông/dao động 32.768 kHz.

Mạch ứng dụng DS3231. Từ tài liệu dữ liệu DS3231.

Maxim Integrated, MAX31341BEWC

Module RTC cụ thể này là thành phần RTC nhỏ nhất của Maxim cho đến nay, cung cấp mức tiêu thụ dòng điện cực thấp là 180 nA. Thành phần này cũng tích hợp các chức năng báo thức cùng với các chức năng giữ thời gian tiêu chuẩn được truy cập qua I2C. Thành phần cũng có thể được khóa với một đồng hồ tham chiếu với các tần số tiêu chuẩn khác nhau, cho phép độ chính xác của đồng hồ được xác định bởi nguồn ngoại vi. Các ứng dụng mục tiêu bao gồm thiết bị y tế, thiết bị đeo, telematics, và các lĩnh vực tương tự.

Mạch mô-đun RTC ứng dụng MAX31341 với MCU bên ngoài. Từ tài liệu dữ liệu MAX31341.

Renesas, ISL12057IUZ

ISL12057IUZ từ Renesas cung cấp các khả năng tương tự như MAX31341, nhưng nó được quảng cáo cho các khu vực ứng dụng công nghiệp, ô tô và các môi trường khắc nghiệt khác. Giống như các thành phần khác được liệt kê ở trên, nó cung cấp đầu ra sóng vuông và dữ liệu được truy cập qua giao diện I2C. Thành phần có thể hỗ trợ một dao động ngoại vi 32.768 kHz với dung kháng tải 6 pF thông qua một bộ khuếch đại đảo ngược tích hợp.

Mạch mô-đun RTC ứng dụng ISL12057IUZ. Từ tài liệu dữ liệu ISL12057IUZ.

Các Thành Phần Khác cho Theo Dõi Thời Gian

Ngoài mô-đun RTC, bạn sẽ cần một số thành phần khác để cung cấp nguồn điện ổn định, cấu hình bus số để đọc dữ liệu và giao tiếp với bộ điều khiển bên ngoài. Những thành phần này bao gồm:

Nếu bạn đang thiết kế một thiết bị di động, sản phẩm IoT, hoặc hệ thống khác cần theo dõi thời gian với mạch mô-đun RTC, bạn có thể tìm thấy những thành phần này và nhiều hơn nữa với các tính năng tìm kiếm và lọc nâng cao trên Octopart. Khi bạn sử dụng công cụ tìm kiếm điện tử của Octopart, bạn sẽ có quyền truy cập vào dữ liệu nhà phân phối và thông số kỹ thuật của các bộ phận, và tất cả đều dễ dàng truy cập trong giao diện thân thiện với người dùng. Hãy xem trang mạch tích hợp của chúng tôi để tìm các thành phần bạn cần.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.