4種類のリアルタイムクロックとその仕組み

リアルタイムクロックって何ですか？

RTCやリアルタイムクロックには多くの用途がありますが、最も重要なのは正確な時刻と日付を提供することです。RTC は、さまざまな方法でパッケージ化できる集積回路 (IC) です。内蔵のリチウム電池で駆動します。その結果、システムの電源がオフになっても、RTCクロックは動作し続けます。

デジタル時計、勤怠管理システム、デジタルカメラはすべて、このテクノロジーに大きく依存するシステムの例です。Clock RTC は、タイムスタンプを必要とするアプリケーションに適しています。このようなアプリケーションは、初期設定が困難な場合でも、常にクロックRTCを使用して最適に設計されています。
時間を扱うリアルタイムプロセスでは、通常 2 つの方法で問題を処理できます。コントローラのタイマーは、内部で時刻を生成するようにプログラムすることも、RTCを使用することもできます。ほとんどのシステムクロックはクロック信号を使用して時間を監視および制御しますが、RTC ICは代わりに水晶発振器を使用します。RTC ICは、システムのクロックだけでなく、すべてのシステムプロセスが適切に同期されるようにする役割も担っています。これがシステムクロックの役割だと主張する人もいるかもしれませんが、RTCは実際にはシステムクロックに依存しているため、RTCは同期を間接的に担当します。

RTC のバッテリ寿命は、少なくとも 3 ～ 5 年である必要があります。

リアルタイムクロックのメリット

リアルタイムクロックの5つの主な利点は次のとおりです。

• 直感的なソフトウェア作成

• ワンチップ発振器他の部品はすべてRTCに組み込まれているため

• 消費電流はマイコンの消費電流よりも低い。

• これにより、主要なシステムが時間に制約のあるタスクから解放されます。
• 超低消費電力で、より安定した周波数を維持します。

リアルタイムクロックの仕組み

リアルタイムクロックは、1 秒単位で動作するタイマーです。また、ソフトウェア/ハードウェアオペレーティングシステムでは、時刻とカレンダーの日付を追跡するために RTC が頻繁に使用されます。RTCの多くの特徴は高度に特殊化されており、高い精度と信頼性を維持するために求められます。
RTCには、外部水晶振動子が付属する独自の内部発振器が内蔵されていることがよくあります。すべてのクロックソースは 32,768 Hz の周波数で動作します。外部クロックソースを使用すると、温度補償型水晶発振器 (TCXO) などの高精度で安定したデバイスを使用できます。

マルチプレクサはクロックソースを選択してプリスケーラに供給し、プリスケーラはそれを32,768（215）の変数で除算して１秒クロックを生成する。

リアルタイムクロック RTCS には、通常 32 ビット以上の秒カウンタが含まれています。一部の RTC には、時刻を追跡し、カレンダーの日付を管理するための専用カウンターも含まれています。

時刻と日付の指定のない単純なクロック RTCS は、ソフトウェアを使用してこのタスクを実行します。よく使用されるオプションは、出力ピンから 1 Hz の矩形波を生成することです。RTC は、さまざまなイベントに応答してプロセッサ割り込みを発生させることがあります。

多くの場合、RTCには専用の電源ピンがあり、マイクロコントローラの残りの部分がオフになったときに動作することができます。通常、この電源ピンは、バッテリバックアップまたは電力を供給する外部デバイスに接続されます。

リアルタイムクロックの種類

一般的に、
タイムクロックRTCSには3つのタイプがあります。ラジオ付きリアルタイムクロック：
今日のコンピューターは、デジタルラジオを使用して時計情報を受信します。2 つの方法が使用されます。たとえば、LTE は現在の現地時間を提供します。オンライン無線が使用できる場合は、ネットワークタイムプロトコルを使用します。ローカルタイムサーバーは、国家標準化団体からのGPS [19] またはUHF無線送信を頻繁に使用します。

2。ソフトウェアのリアルタイムクロック：
RTCがないシステムでRTCを作成しなければならない組込みシステムプログラマは、このシステムに精通しています。ほとんどのコンピューターには、水晶振動子またはセラミック共振器のタイミング信号を使用するハードウェアタイマーが搭載されています。これらは、非常に再現性の高い絶対タイミング（多くの場合、1 ppm 未満）です。ソフトウェアはこれらを正確な RTC に変換できます。RTCを模倣するために、50 Hzなどの周期的な割り込みを発生させることもできますが、数学を使用してタイミングチェーンを微調整します。時間+レート

「時間」が定数 (通常は2の累乗) を超えると、クロックのタイミングチェーンソフトウェアがトリガされて秒の端数などをカウントします。レート分解能は 1 分の 1 を超える場合があります。32 ビットの時間変数とレート変数で 10億。1 秒未満をスキップするか、2 回増分するので、クロックは正確です。現実世界の RTC アプリケーションのほとんどすべてが、この小さなジッタを無視します。

このシステムの複雑さは、補正された瞬時速度を決定しています。基準時間をクロック時間で割る最も単純なシステム RTCS はレートを求めることです。インターネット時間は 20 ミリ秒以内の精度であることが多いため、設定の間隔が 8000 秒 (2.2 時間) 以上になると、通常、エラーは 5 分の 1 万未満に減少します。主な課題は日付と時刻を秒に変換することですが、その方法はよく知られています。

ユニットがオフの場合、RTC は通常 2 つのレートで動作します。1 つはユニットがオンのとき、もう 1 つはオフのときです。なぜなら、各州の温度と電圧は一定だからです。したがって、ソフトウェアは2つのレートを計算します。2 つの線形方程式を解いて、異なるレートを計算します。1 つはオン、もう 1 つはオフです。

別の方法では、電子温度計で発振器の温度を測定し、多項式を使用して1分に1回レートを計算します。さまざまな温度で周波数をキャリブレーションし、線形回帰を使用して温度方程式を見つけるため、スモールビジネスで広く使用されています。システム内のほとんどの水晶はSCカットされており、温度に対する速度は3次多項式です。この手法は市販のRTC ICでも使用できますが、実際の製造方法は独自仕様です。

3。過去のリアルタイムクロック：より小型のIBMシステム/360、PDP-83、およびNovasは、低コストのタイムクロックを使用していました。
ヨーロッパ、北米、およびその他の送電網では、AC電源は長期的な周波数精度基準を満たすように調整されています。AC電源を搭載したクロックは、これらのグリッドで完璧な時間を維持し、オフィスでの時間管理ソフトウェアの保存と調整において、正確な時間情報を生成するのに役立ちます。これらのクロックは、南アジアのポータブルコンピュータやグリッドには適していません。

これらのコンピュータの電源は、トランスまたは抵抗分圧器を使用して正弦波を生成します。ゼロ周波数応答検出器は、この信号を条件付けます。その結果、1 つの高速エッジをもつ矩形波が生成されます。このロジック信号は割り込みます。ほとんどの場合、割り込みハンドラソフトウェアはサイクルをカウントします。したがって、時計とカレンダーを提供できます。割り込みは、標準のシステムソフトウェアが使用する 64 ビットマイクロ秒カウントを更新します。ゼロクロッシングごとに割り込みを行うと、ジッタ誤差が半分に減少します。

クロックは、オペレーティングシステムでタスクを切り替えるために使用されるタイマーなど、ソフトウェアのタイミングチェーンでも使用されていました。現代のコンピューターの計数タイマーは、同様の機能を低精度で提供し、このタイプのクロックから派生する可能性があります。

コンピュータを起動するたびに設定する必要があります。もともと、コンピューターオペレーターがこれを行っていました。このタイプの時計は、インターネットが一般的になったときに自動的に設定されました。

離散リアルタイムクロック (DCT)

この方法は基本的に、クロック時間モジュールを持つ AVR マイクロコントローラを使用してリアルタイムクロック RTC を作成する方法を示しています。32.768kHzの時計用クリスタルは、実装に必要な慎重なコンポーネントの1つです。多くの場合、マイクロコントローラは省電力モードになっています。つまり、アプリケーションはあまり電力を消費しません。タイマーが動作するのは、AVR コントローラが省電力モードのときだけです。タイマーは外側の水晶によって記録されます。タイマーオーバーフローは、時刻、日付、月がすべて加算されることを意味します。この RTC 実装は ATmega128 用に書かれていますが、AVR32 のような RTC モジュールを持つ他の AVR と連携するように簡単に変更できます。これは、時計をリアルタイムでチェックする、最もよく使用されるタイムトラッキングデバイスです。


外部ハードウェア RTC を使用する代わりにソフトウェアで RTC を作成する利点は明らかです。

• 低コスト外付け部品の数が少ない低消費電力柔軟性が向上

カレンダー付きリアルタイムクロック (RTCC)

リアルタイムクロック/カレンダー (RTCC) は、主電源が切れても組み込みシステムを適切なタイミングで稼働させます。これは、マイクロコントローラ（MCU）に内蔵されているRTCCに比べて大きな利点です。これは、MCUのアップを何度も繰り返すことなく電力を節約できるからです。I2Cおよびシリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）用のシンプルで低コストのクロック、さらに多くのユーザが使用可能なメモリ（SEEPROMとSRAM）を備えた高集積クロック、および単一のバッテリ・バックアップ・クロック・デバイスを使用する場合に役立つさまざまな機能があります。これらの費用対効果の高いソリューションは、市販されている他のデバイスと比較して優れた機能とパフォーマンスを備えており、お客様のあらゆる要件を満たします。

RTCCの使い方の例-

1.MAC アドレスを持つ RTCC を使用すると、スマートエネルギーアプリケーションのデバイスが、有線ネットワークと無線ネットワークを介して相互に通信できるようになります。
2。RTCCでデジタルシンニングを使用してソフトウェア温度補償を行うことで、ユーティリティメータリングアプリケーションがより正確に時間を追跡できるようになります。
3。RTCC の EUI-48 または EUI-64 MAC アドレスを使用して、イーサネットアプリケーションに固有の一意の ID を付与します。
4。どの組み込みシステムでも、LCD画面に時刻と日付を表示できます。

平日適応機能付きリアルタイムクロック (RTWC)

RTC回路は、主電源が切れても、時間を記録します。
産業用や、デジタルカメラ、モバイルGPS、テレビ、在宅医療などの民生用など、多くのアプリケーションでリアルタイムクロックが使用されています。ほとんどの電子アプリケーションでは、32.768kHzの最適制御水晶発振器が使用されています。
リアルタイムクロックは秒数をカウントするため、32.768kHzの水晶発振器から1Hzのクロック信号が必要です。時刻と日付は、I2 Cなどの通信インターフェースを介してアクセスされるレジスタのセットに格納されます。水晶は、分離またはRTCとの統合が可能です。より正確なアプリケーションには、MEMS (微小電気機械システム) の共振周波数を使用します。日常的にタイムレコーダーを確認したり、平日のアラームの定義や設定などを行う場合に非常に効率的です。

夏時間適応型リアルタイムクロック (RTCDW)

リアルタイムクロック rtcs は、秒、分、時、曜日、月、年の記録を保持します。曜日は、日、月、年から即座に算出されます。夏時間はオンとオフを切り替えることができ、いつでも開始と終了に設定できます。また、プログラム可能な節約時間もあります。電源管理では、秒、分、時、日、月、年がすべてアラームの対象となります。2つのことがたまたま同じになったときを知ることができます。アラームの生成に使用される時刻と日付の情報などです。
ユーザーコードスタブを使用すると、主要な各時間間隔に基づいて定期的にコードを実行できます。1秒、1分、1時間、1日、1週間、1か月、1年など、さまざまな時間間隔があります。このパラメータにより、RTC コンポーネントが夏時間を使用できるかどうかを決定できます。デフォルト値はチェックされていないので、チェックされません (false)。
月曜日だよ。
[週の開始] パラメーターでは、開始する曜日を選択できます。選択肢はたくさんあります-「日曜日」- 日曜日が週の始まりです。「月曜日」、「火曜日」、「水曜日」を選択することもできます。「木曜日」- 木曜日が週の始まりです。「金曜日」、「土曜日」、「月曜日」も選択できます。

時間を知ることは重要ですが、何時かを思い出すのは難しい場合があります。

Zipschedules によると、リアルタイムクロックは外部電源またはソーラーパネルから電力を供給できます。

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