Die 4 verschiedenen Arten von Echtzeituhren und wie sie funktionieren

Was ist eine Echtzeituhr?

Es gibt viele Anwendungsmoeglichkeiten fuer eine RTC- oder eine Echtzeituhr, aber die wichtigste ist die Angabe einer genauen Uhrzeit und eines genauen Datums. Der RTC ist eine integrierte Schaltung (IC), die auf verschiedene Arten verpackt werden kann. Angetrieben von einer eingebauten Lithiumbatterie. Daher arbeitet die RTC-Uhr auch dann weiter, wenn die Stromversorgung des Systems ausgeschaltet ist.

Digitaluhren, Anwesenheitssysteme und Digitalkameras sind Beispiele fuer Systeme, die stark von dieser Technologie abhaengen. Clock RTC ist eine gute Wahl fuer Anwendungen, die einen Zeitstempel benoetigen. Eine solche Anwendung wurde immer am besten mit der Uhr RTC entworfen, auch wenn die Ersteinrichtung schwierig sein kann.
Fuer jeden Echtzeitprozess, der sich mit der Zeit befasst, gibt es normalerweise zwei Methoden, um das Problem zu loesen. Die Timer der Steuerung koennen so programmiert werden, dass sie die Zeit intern erzeugen, oder es kann ein RTC verwendet werden. Die meisten Systemuhren verwenden Taktsignale zur Ueberwachung und Steuerung der Zeit, aber RTC-ICs verwenden stattdessen einen Quarzoszillator. RTC-ICs sind auch dafuer verantwortlich, dass alle Systemprozesse ordnungsgemaess synchronisiert sind und fuer die Uhr des Systems verantwortlich sind. Obwohl einige argumentieren moegen, dass dies die Aufgabe der Systemuhr ist, ist der RTC tatsaechlich von der Systemuhr abhaengig, wodurch die Synchronisierung des RTC indirekt verantwortlich ist.

Die Akkulaufzeit eines RTC sollte mindestens drei bis fuenf Jahre betragen.

Vorteile einer Echtzeituhr

Die 5 Hauptvorteile einer Echtzeituhr sind-

• Intuitive Softwareerstellung

• Ein-Chip-Oszillator

• Der Versorgungsstrom ist geringer als der einer MCU.

• Es entlastet das primaere System von zeitkritischen Aufgaben.
• Es verbraucht extrem niedrigen Strom und behaelt eine stabilere Frequenz bei.

Wie funktionieren Echtzeituhren?

Echtzeituhren sind Timer, die auf einer Ein-Sekunden-Basis arbeiten. Darueber hinaus wird in Software-/Hardware-Betriebssystemen haeufig ein RTC verwendet, um die Uhrzeit und das Kalenderdatum zu verfolgen. Zahlreiche Funktionen eines RTC sind hochspezialisiert und fuer die Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit und Zuverlaessigkeit erforderlich.
RTCs enthalten haeufig ihren eigenen internen Oszillator, der mit einem externen Kristall geliefert wird. Alle Taktquellen arbeiten mit einer Frequenz von 32.768 Hz. Mit einer externen Taktquelle kann ein hochgenaues und stabiles Geraet wie ein temperaturkompensierter Quarzoszillator (TCXO) verwendet werden.

Ein Multiplexer waehlt eine Taktquelle aus und speist sie einem Prescaler zu, der sie durch eine Variable von 32.768 (215) teilt, um einen Ein-Sekunden-Takt zu erzeugen.

Eine Echtzeituhr-RTCS enthaelt einen Sekundenzaehler, der typischerweise 32 Bit oder groesser ist. Bestimmte RTCs enthalten dedizierte Zaehler, um die Tageszeit zu verfolgen und Kalenderdaten zu verwalten.

Eine einfache Uhr RTCS ohne Uhrzeit- und Datumsangabe erfuellt diese Aufgabe mithilfe der Software. Eine haeufig verwendete Option ist die Erzeugung einer 1-Hz-Rechteckwelle aus einem Ausgangspin. Ein RTC kann als Reaktion auf verschiedene Ereignisse eine Prozessorunterbrechung erzeugen.

Oft verfuegt ein RTC ueber einen dedizierten Netzanschluss, der es ermoeglicht, zu arbeiten, wenn der Rest des Mikrocontrollers ausgeschaltet ist. In der Regel wird dieser Stromanschluss an einer Notstromversorgung oder einem externen Geraet angeschlossen, das Strom liefert.

Arten von Echtzeituhren

Im Allgemeinen gibt es drei Arten von Zeituhren RTCS-
1. Echtzeituhr mit Radio-
Heutige Computer nutzen Digitalradio, um Uhrinformationen zu empfangen. Zwei Methoden kommen zum Einsatz- LTE liefert beispielsweise die aktuelle Ortszeit. Verwenden Sie das Netzwerkzeitprotokoll, wenn ein Online-Radio verfuegbar ist. Lokale Zeitserver verwenden von Zeit zu Zeit GPS [19] oder UHF-Funkuebertragungen von einer nationalen Normenorganisation.

2. Echtzeituhren in Software-
Programmierer fuer eingebettete Systeme, die RTCs in Systemen erstellen muessen, denen sie fehlen, sind mit diesem System vertraut. Die meisten Computer verfuegen ueber Hardware-Timer, die Quarzkristall- oder Keramikresonator-Zeitsignale verwenden. Diese haben ein sehr wiederholbares absolutes Timing (oft weniger als 1 ppm). Die Software kann diese in genaue RTCs umwandeln. Es kann einen periodischen Interrupt erzeugen, z. B. 50 Hz, um ein RTC nachzuahmen. Es verwendet jedoch Mathematik zur Feinabstimmung der Steuerkette- Zeit + Rate

Wenn Zeit eine Konstante ueberschreitet, normalerweise eine Zweierpotenz, wird die Zeitkettensoftware der Uhr ausgeloest, um Sekundenbruchteile zu zaehlen usw. Die Ratenaufloesung kann einen Teil pro Teil ueberschreiten Milliarden mit 32-Bit-Zeit- und Ratenvariablen. Da es Sekundenbruchteile ueberspringt oder zweimal inkrementiert, ist die Uhr immer noch genau. Fast alle realen RTC-Anwendungen ignorieren den winzigen Jitter.

Die Komplexitaet dieses Systems bestimmt die korrigierte Momentanrate. Das einfachste System teilt die Referenzzeit durch die Uhrzeit. RTCS ist es, die Rate zu ermitteln. Da die Internetzeit oft auf 20 Millisekunden genau ist, koennen 8000 Sekunden (2,2 Stunden) oder mehr zwischen den Einstellungen den Fehler normalerweise auf weniger als 5 Teile pro Million reduzieren. Die groesste Herausforderung besteht darin, Datum und Uhrzeit in Sekunden umzuwandeln, aber die Methoden sind allgemein bekannt.

Wenn ein Geraet ausgeschaltet ist, laeuft das RTC normalerweise mit zwei Raten, eine bei eingeschaltetem Geraet und eine bei ausgeschaltetem Geraet. Weil Temperatur und Spannung jedes Staates konstant sind. Die Software berechnet also zwei Raten. Zwei lineare Gleichungen werden geloest, um verschiedene Raten zu berechnen, eine fuer ein und eine fuer aus.

Eine andere Methode misst die Temperatur des Oszillators mit einem elektronischen Thermometer und berechnet die Rate mit einem Polynom einmal pro Minute. Es wird haeufig von Small Business verwendet, da es die Frequenz bei verschiedenen Temperaturen kalibriert und dann die lineare Regression verwendet, um die Temperaturgleichung zu finden. Die meisten Quarzkristalle in einem System sind SC-geschnitten, und ihre Temperaturraten sind Polynome 3. Grades. Dieser Ansatz kann in kommerziellen RTC-ICs verwendet werden, aber die eigentlichen Herstellungsmethoden sind urheberrechtlich geschuetzt.

3. Echtzeituhr in der Vergangenheit-
Kleinere IBM System/360s, PDP-83 und Novas verwendeten kostenguenstige Zeituhren. In Europa, Nordamerika und anderen Netzen ist das Wechselstromnetz so abgestimmt, dass es den Standards fuer die langfristige Frequenzgenauigkeit entspricht. Mit Wechselstromnetz betriebene Uhren halten die perfekte Zeit in diesen Netzen und helfen dabei, korrekte Zeitinformationen beim Speichern und Regeln der Zeitmanagementsoftware in Bueros zu generieren. Diese Uhren sind nicht fuer tragbare Computer oder Netze in Suedasien geeignet.

Die Netzteile dieser Computer erzeugen eine Sinuswelle mit einem Transformator oder Widerstandsteiler. Ein Detektor mit Nullfrequenzgang konditioniert dieses Signal. Das Ergebnis ist eine Rechteckwelle mit einfachen schnellen Kanten. Dieses Logiksignal wird unterbrochen. In den meisten Faellen zaehlt die Interrupt-Handler-Software Zyklen. Es kann also eine Uhr und einen Kalender liefern. Der Interrupt aktualisiert eine 64-Bit-Mikrosekundenzahl, die von der Standardsystemsoftware verwendet wird. Eine Unterbrechung fuer jeden Nulldurchgang reduziert den Jitterfehler um die Haelfte.

Die Uhr wurde auch in Software-Timing-Ketten verwendet, z. B. dem Timer, mit dem Aufgaben in einem Betriebssystem umgeschaltet werden. Die Zaehltimer moderner Computer bieten aehnliche Funktionen mit geringerer Genauigkeit und koennen von diesem Uhrentyp abgeleitet werden.

Sie muss bei jedem Start des Computers eingestellt werden. Urspruenglich haben Computerbetreiber dies getan. Diese Art von Uhr wurde automatisch eingestellt, als das Internet ueblich wurde.

Diskrete Echtzeituhr (DCT)

Dieses Verfahren zeigt im Wesentlichen, wie ein AVR-Mikrocontroller verwendet wird, der ueber das Taktzeitmodul verfuegt, um eine Echtzeituhr-RTC zu erstellen. Ein 32,768 kHz Uhrenkristall ist eine diskrete Komponente, die fuer die Implementierung benoetigt wird. Der Mikrocontroller befindet sich haeufig im Energiesparmodus. Das bedeutet, dass die Anwendung nicht sehr viel Strom verbraucht. Ein Timer laeuft nur, wenn sich der AVR-Controller im Energiesparmodus befindet. Der Timer wird vom Kristall auf der Aussenseite protokolliert. Ein Timer-Ueberlauf bedeutet, dass Uhrzeit, Datum und Monat alle addiert werden. Diese RTC-Implementierung wurde fuer den ATmega128 geschrieben, kann aber leicht geaendert werden, um mit anderen AVRs zu arbeiten, die ueber das RTC-Modul verfuegen, wie dem AVR32. Es ist das am haeufigsten verwendete Zeiterfassungsgeraet, das die Uhr in Echtzeit ueberprueft.


Die Vorteile eines RTC in einer Software anstelle der Verwendung einer externen Hardware-RTC liegen auf der Hand-

• Niedrigere Kosten
• Weniger externe Teile
• Geringer Stromverbrauch
• Mehr Flexibilitaet

Echtzeituhr mit Kalender (RTCC)

Eine Real-Time Clock/Calendar (RTCC) sorgt dafuer, dass eingebettete Systeme zur richtigen Zeit laufen, auch wenn die Stromversorgung ausgefallen ist. Dies ist ein grosser Vorteil gegenueber RTCCs, die in Mikrocontroller (MCUs) eingebaut sind, da es Strom spart, indem es die MCU nicht immer wieder stoert. Es gibt einfache, kostenguenstige Uhren fuer I2C und Serial Peripheral Interface (SPI) sowie Uhren mit hoher Integration mit mehr benutzerverfuegbarem Speicher (SEEPROM und SRAM) und einer Reihe von Funktionen, die bei der Verwendung eines einzelnen batteriegestuetzten Taktgeraets nuetzlich sind. Diese kosteneffektiven Loesungen bieten im Vergleich zu anderen Geraeten auf dem Markt bessere Funktionen und Leistung und erfuellen alle Ihre Anforderungen.

Einige Beispiele, wie RTCCs verwendet werden koennen-

1. Verwenden Sie ein RTCC mit einer MAC-Adresse, damit Geraete in intelligenten Energieanwendungen ueber kabelgebundene und drahtlose Netzwerke miteinander kommunizieren koennen.
2. Verwenden Sie die digitale Ausduennung im RTCC, um eine Softwaretemperaturkompensation durchzufuehren, damit Messanwendungen fuer Versorgungsunternehmen die Zeit genauer verfolgen koennen.
3. Verwenden Sie die EUI-48- oder EUI-64-MAC-Adresse des RTCC, um jeder Ethernet-Anwendung eine eigene eindeutige ID zu geben.
4. In jedem eingebetteten System koennen Sie Uhrzeit und Datum auf dem LCD-Bildschirm anzeigen.

Echtzeituhr mit Wochentagsanpassung (RTWC)

Eine RTC-Schaltung verfolgt die Zeit, auch wenn die Hauptstromversorgung ausfaellt.
Viele Anwendungen verwenden Echtzeituhren, einschliesslich Industrie- und Verbraucheruhren wie Digitalkameras, mobiles GPS, Fernsehen und haeusliche Gesundheitsversorgung. Die meisten elektronischen Anwendungen verwenden einen Quarzoszillator mit 32,768 kHz und optimaler Steuerung.
Da die Echtzeituhr Sekunden zaehlt, benoetigt sie ein 1-Hz-Taktsignal vom 32,768 kHz-Quarzoszillator. Die Uhrzeit und das Datum werden in einer Reihe von Registern gespeichert, auf die ueber eine Kommunikationsschnittstelle wie I2C zugegriffen wird. Der Kristall kann getrennt oder in den RTC integriert werden. Fuer genauere Anwendungen wird eine MEMS-Resonanzfrequenz (mikroelektromechanisches System) verwendet. Es ist hocheffizient bei der taeglichen Ueberpruefung der Uhr oder beim Definieren und Einstellen von Alarmen fuer Wochentage und so weiter.

Echtzeituhr mit Sommeranpassung (RTCDW)

Die Echtzeituhr rtcs zeichnet die Sekunde, Minute, Stunde, Wochentag, Monat und Jahr auf. Der Wochentag wird sofort aus Tag, Monat und Jahr berechnet. Die Sommerzeit kann ein- oder ausgeschaltet werden und sie kann so eingestellt werden, dass sie jederzeit beginnt und endet. Es hat auch eine programmierbare Zeitersparnis. Sekunde, Minute, Stunde, Tag, Monat und Jahr werden durch den Alarm in der Energieverwaltung abgedeckt. Es kann erkennen, wann zwei Dinge gleich sind. Welche Zeit- und Datumsinformationen werden verwendet, um den Alarm auszuloesen und so weiter.
Benutzercode-Stubs koennen verwendet werden, um Code regelmaessig basierend auf jedem der Hauptzeitintervalle auszufuehren. Es gibt verschiedene Zeitintervalle wie eine Sekunde, eine Minute, eine Stunde, ein Tag, eine Woche, ein Monat oder ein Jahr. Mit diesem Parameter koennen Sie entscheiden, ob die RTC-Komponente die Sommerzeit verwenden kann oder nicht. Der Standardwert ist nicht aktiviert, also ist er nicht aktiviert (falsch).
Es ist Montag. Mit
dem Parameter Wochenstart koennen Sie auswaehlen, an welchem Wochentag er beginnt. Es gibt viele Moeglichkeiten- Sonntag- Sonntag ist der Wochenanfang. Sie koennen auch Montag, Dienstag und Mittwoch waehlen. Donnerstag- Donnerstag ist Wochenanfang. Freitag, Samstag und Montag sind ebenfalls die anderen Optionen.

Es ist wichtig, die Uhrzeit zu kennen, aber es kann schwierig sein, sich daran zu erinnern, wie spät es ist.

Laut ZipSchedules kann eine Echtzeituhr über eine externe Stromversorgung oder mit einem Solarpanel betrieben werden.

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