שעון זמן אמת DS3231 עם תקשורת I2C

מכשיר מבוקר מיקרו מסוגל לשלוט בזמן מדויק מאוד, במיוחד בקנה מידה אנושי, אך שמירה על "בזמן" ולכן פועלת, היא יקרה מאוד מבחינת צריכה, ולכן מקובל שיהיה מעגל שדורש את הזמן. רכיב המסוגל לבצע משימה זו באופן אוטונומי ולשמור על צריכה נמוכה מאוד כדי להיות מסוגל להפעיל אותו עם סוללה קטנה לאורך זמן. מכשירים אלה נקראים שעוני זמן אמת (RTC)

פעולה חיצונית, כלומר, מול המשתמש (או המעגל) של שעוני זמן אמת הדומים מאוד. אם הם גם חולקים תקשורת, I2C פופולרי בקרב הפופולריים, ניתן להכליל מספיק כשמתארים את הניצול שלו.

בדיוק כפי שכולם חולקים דיאגרמת מעגל אפליקציה טיפוסית או תקשורת דומה, הם חולקים גם זוג (יחסי) אי נוחות. מצד אחד שלו דיוק הוא בדרך כלל בינוני, מתאים לשימוש בקנה מידה אנושי אך דורש כיול כדי להישאר בערכים מקובלים. ערך אופייני הוא בדרך כלל סביב ±5 חלקים למיליון (ppm) אשר, בקירוב, יכול להתאים ל-±5 דקות בשנה; קביל אם נוצר פרוטוקול סנכרון. החיסרון הוא שהדיוק יורד בחדות בהתאם ל שינויים בטמפרטורה וזה לא נדיר שהוא מוכפל ב-10 (או יותר) בנסיבות מסוימות.

כמו רכיבים רבים אחרים, שעוני זמן אמת צריכים א מַתנֵד באיזה הפעלה (אחראי על הדיוק שדיברתי עליו קודם) זה לא שיש לו מתנד זה אי נוחות בפני עצמה אלא זה יהיה מרכיב נוסף להוסיף למעגל שיצטרך את המרחב שלו או לחילופין חישוב אחר לעשות כדי לשמור על כל המעגל בתדר בסיס מסוים.

יש עוד חסרונות ברורים יותר, כמו צריכה ולכן חיי סוללה ששומר על הזמן והתצורה, שבגלל שזה משהו אוניברסלי יותר (אם כי מופץ באופן לא סדיר) נחשב בדרך כלל בתכנון של מכשירים שמשלבים RTC ואינו מהווה בעיה ספציפית.

שעון זמן אמת שאני מתאר במאמר זה, ה DS3231, פותר את הצורך במתנד חיצוני ואת חסרונות הדיוק על ידי שימוש פנימי וה- טכנולוגיה של מתנד גביש עם פיצוי על טמפרטורה (TCXO) טבלה המאוחסנת בזיכרון הפנימי של הרכיב קובעת כיצד לקזז את הזמן בהתבסס על הטמפרטורה וזמן הפעולה (גיל) של המכשיר. בטכניקה זו, לפי גיליון הנתונים, מושג דיוק של ±3.5 עמודים לדקה בטווח הטמפרטורות התעשייתיות, מ-40°C עד +85°C, או ±2 ppm בטווח הטמפרטורות המסחריות.

בדרך כלל, שעוני זמן אמת כוללים קטן זיכרון שבהם ניתן לאחסן דברים נפוצים בשימוש, כגון כמה שעות אזעקה. זה גם לא נדיר שצריך יותר זיכרון עבור יישומי זמן אחרים, קצת יותר ספציפיים, וזו הסיבה שהוא מתווסף בדרך כלל ביישומים טיפוסיים או אפילו באופן פנימי בחלק מהגרסאות של אלה המשולבים. למשל, אותו DS3232 זה זהה ל-DS3231 המדובר אבל עם 236 בתים SRAM שגם נשמרים, כמו התאריך והשעה, עם סוללת הגיבוי של המכשיר.

אמרתי בהתחלה את זה תקשורת בין מעגלים (I²C, עבור מעגל משולב) הוא אחד הפופולריים והנוכחים ביותר, אם כי זה נכון גם שבמסגרות מסוימות התקשורת SPI (ממשק היקפי טורי) הם עשויים להיות אלטרנטיבה טובה יותר; במקרים כאלה ישנן גרסאות מקבילות, למשל ה-DS3234 ביחס ל-DS3231, שמחליפות I²C ידי SPI.

Al למדוד טמפרטורה כדי לפצות על פעולת ה RTC, מכשיר זה יכול לשמש גם כמדחום בתוך המכלול עצמו. למרות שהערכים שהוא מחזיר מוצגים במרווחים של רבע מעלות, הדיוק שלו לא ממש טוב, ±3°C לפי גיליון הנתונים. אם לוקחים בחשבון שהטמפרטורה עומדת להימדד על המעגל, יחד עם רכיבים מתחממים ללא הרבה שליטה, אמצעי זה מספיק במקרים רבים, במיוחד אם מה שמעניין הוא למדוד מגמה ולא רק טמפרטורה מדויקת ברגע. מצד שני, הטמפרטורה זמינה תמיד לעיון אך היא נקראת מפנקס שמתעדכן רק כל 64 שניות, מספיק כדי להראות אבולוציה לאורך תקופה ארוכה, לא מספיק כדי לדעת את הטמפרטורה של רגע.

RTC DS3231 Pinout

מעגל אופייני לשימוש ב-RTC DS3231