Войти
Dallas Semiconductor Часы реального времени DS1287, произведенные в 1988 году 
Типы модулей RTC для любителей, коммерчески доступных из Китая A часы реального времени (RTC ) - это электронное устройство (чаще всего в виде интегральной схемы ), которое измеряет течение времени.
Хотя этот термин часто относится к устройствам в персональных компьютерах, серверах и встроенных системах, часы реального времени присутствуют практически в любом электронном устройстве, которое необходимо вести точное время.
Термин часы реального времени используется, чтобы избежать путаницы с обычными аппаратные часы, которые представляют собой только сигналы, которые управляют цифровой электроникой, и не считают время в единицах измерения человека. RTC не следует путать с вычислениями в реальном времени, которые разделяют его трехбуквенный акроним, но не имеют прямого отношения к времени суток.
Хотя сохранение времени может выполняться без RTC, его использование имеет преимущества:
A GPS приемник может сократить время запуска, сравнивая текущее время в соответствии с его RTC со временем, в которое он работал был действительный сигнал. Если прошло менее нескольких часов, то можно использовать предыдущие эфемериды .
Литиевая батарея внутри часов реального времени IC RTC часто имеют альтернативный источник питания, поэтому они могут продолжать отсчитывать время, пока основной источник питания выключен или недоступен. Этим альтернативным источником питания обычно является литиевая батарея в старых системах, но в некоторых новых системах используется суперконденсатор, потому что они перезаряжаемые и могут быть припаяны. Альтернативный источник питания также может подавать питание на ОЗУ с батарейным питанием.
Большинство RTC используют кварцевый генератор , но некоторые имеют возможность использовать питание . частота линии. Частота кристалла обычно составляет 32,768 кГц, такая же частота используется в кварцевых часах и часах. Ровно 2 цикла в секунду, это удобная скорость для использования с простыми схемами двоичного счетчика. Низкая частота экономит электроэнергию, оставаясь при этом выше диапазона человеческого слуха. Кварцевый камертон этих кристаллов не сильно меняет размер в зависимости от температуры, поэтому температура не сильно меняет свою частоту.
В некоторых RTC используется микромеханический резонатор на кремниевом кристалле RTC. Это уменьшает размер и стоимость RTC за счет уменьшения количества его частей. Микромеханические резонаторы намного более чувствительны к температуре, чем кварцевые резонаторы. Таким образом, они компенсируют изменения температуры с помощью электронного термометра и электронной логики.
Типичные характеристики точности кварцевых часов реального времени составляют от ± 100 до ± 20 частей на миллион (от 8,6 до 1,7 секунды в день), но часы реального времени с температурной компенсацией ИС доступны с точностью до 5 частей на миллион. С практической точки зрения этого достаточно для выполнения астрономической навигации, классической задачи хронометра. В 2011 году стали доступны атомные часы в масштабе микросхемы. Хотя значительно дороже и энергоемко (120 мВт по сравнению с <1 μW), they keep time within 50 parts per trillion (5×10).
Этот чип, помеченный как ODIN, является общим эквивалентом конкретного Dallas RTC. 
Dallas Semiconductor (DS1387) часы реального времени со старого ПК. Эта версия также содержит SRAM с батарейным питанием. Многие производители интегральных схем производят RTC, включая Epson, Intersil, IDT, Maxim, NXP Semiconductors, Texas Instruments, STMicroelectronics и Ricoh. Обычным RTC, используемым в одноплатных компьютерах, является Maxim Integrated DS1307.
RTC был введен в совместимые с ПК на IBM PC / AT в 1984 году, который использовал Motorola MC146818 RTC. Позже Dallas Semiconductor сделал совместимые RTC, которые часто использовались в старых персональных компьютерах, и легко найти на материнских платах из-за характерной черной крышки батарейного отсека и логотипа шелкографии.
В более новых системах RTC интегрирован в микросхему южного моста.
Некоторые микроконтроллеры имеют встроенные часы реального времени, как правило, только те, которые имеют множество других функций и периферийные устройства.
Некоторые современные компьютеры получают информацию о часах по цифровому радио и используют ее для продвижения стандартов времени. Существует два распространенных метода: большинство протоколов сотовых телефонов (например, LTE ) напрямую предоставляют текущее местное время. Если доступно интернет-радио, компьютер может использовать протокол сетевого времени. Компьютеры, используемые в качестве локальных серверов времени, иногда используют GPS или сверхнизкочастотные радиопередачи, передаваемые национальной организацией по стандартизации (т. Е. радиочасы ).
Следующая система хорошо известна программистам встроенных систем, которым иногда приходится создавать RTC в системах, в которых они отсутствуют. Большинство компьютеров имеют один или несколько аппаратных таймеров, которые используют синхронизирующие сигналы от кристаллов кварца или керамических резонаторов. Они имеют неточный абсолютный отсчет времени (более 100 частей на миллион), который, тем не менее, очень воспроизводим (часто менее 1 ppm). Программное обеспечение может делать математические вычисления, чтобы преобразовать их в точные RTC. Аппаратный таймер может создавать периодические прерывания, например 50 Гц, чтобы имитировать исторический RTC (см. Ниже). Однако для точной настройки временной цепи используется математика:
время = время + скорость.
Когда переменная «время» превышает константу, обычно степень двойки, номинальное вычисленное время часов (скажем, 1/50 секунды) вычитается из «времени», и время часов Программное обеспечение -chain вызывается для подсчета долей секунд, секунд и т. д. При 32- бит переменных для времени и скорости математическое разрешение «скорости» может превышать одну часть на миллиард. Часы остаются точными, потому что иногда они пропускают доли секунды или увеличиваются на две доли. Крошечный пропуск («джиттер ») незаметен почти для всех реальных случаев использования RTC.
Сложность этой системы заключается в определении мгновенного скорректированного значения переменной «скорость». Простейшая система отслеживает секунды RTC и контрольные секунды между двумя настройками часов и делит контрольные секунды на секунды RTC для определения «скорости». Время в Интернете часто имеет точность менее 20 миллисекунд, поэтому 8000 или более секунд (2,2 или более часов) разделения между настройками обычно могут разделить сорок миллисекунд (или меньше) ошибки до менее чем 5 частей на миллион, чтобы получить хронометр. точность. Основная сложность этой системы заключается в преобразовании даты и времени в количество секунд, но методы хорошо известны.
Если RTC работает, когда устройство выключено, обычно RTC будет работать с двумя скоростями, одна, когда единица включена, а другая - выключена. Это связано с тем, что температура и напряжение источника питания в каждом состоянии одинаковы. Для корректировки этих состояний программа рассчитывает две ставки. Во-первых, программное обеспечение записывает время RTC, эталонное время, секунды включения и секунды выключения для двух интервалов между последними тремя моментами установки часов. Используя это, он может измерить точность двух интервалов, каждый из которых имеет разное распределение включенных и выключенных секунд. Математика скорости решает два линейных уравнения, чтобы вычислить две скорости, одну для включения, а другую для выключения.
Другой подход измеряет температуру кристалла с помощью электронного термометра (например, термистор и аналого-цифровой преобразователь ) и использует полином . для расчета «скорости» примерно раз в минуту. Наиболее распространенными кристаллами кварца в системе являются кристаллы SC-среза, и их скорость по температуре может быть охарактеризована полиномом 3-й степени. Итак, для них скорость измеряется при четырех температурах. Обычные кристаллы в виде камертона, используемые в часах и многих компонентах RTC, имеют параболические (2-й степени) уравнения температуры и могут быть охарактеризованы только тремя измерениями. Тогда с помощью линейной регрессии можно найти уравнение температуры. Нечто подобное можно было бы использовать в коммерческих ИС RTC, но фактические методы эффективного высокоскоростного производства являются патентованными.
Некоторые старые компьютерные конструкции, такие как Novas и PDP-8s, использовали часы реального времени, которые отличался высокой точностью, простотой, гибкостью и невысокой стоимостью. Блок питания компьютера выдает импульс логического напряжения либо для каждой полуволны, либо для каждого перехода через ноль сети переменного тока. Провод передает импульс к прерыванию. Программа обработки прерывания считает циклы, секунды и т. Д. Таким образом, она может предоставить целые часы и календарь.
Часы также обычно составляли основу цепочек синхронизации программного обеспечения компьютеров; например обычно это был таймер, используемый для переключения задач в операционной системе. Счетные таймеры, используемые в современных компьютерах, предоставляют аналогичные функции с меньшей точностью и могут прослеживать свои требования к часам этого типа. (например, в PDP-8 сначала появились сетевые часы, модель DK8EA, а затем последовали кварцевые часы, DK8EC.)
Программные часы должны устанавливаться каждый раз его компьютер включен. Первоначально это делали операторы компьютеров. Когда Интернет стал обычным явлением, для автоматической установки часов этого типа использовались сетевые протоколы времени.
В Европе, Северной Америке и некоторых других сетях этот RTC работает, потому что частота сети переменного тока регулируется для обеспечения долговременной точности частоты, такой же хорошей, как и национальные стандартные часы. То есть в таких сетях эти RTC превосходят кварцевые часы и менее затратны.
Такая конструкция RTC не применима в портативных компьютерах или сетях (например, в Южной Азии), которые не регулируют частоту сети переменного тока. Также может показаться неудобным без доступа к Интернету устанавливать часы.
Некоторые материнские платы сделаны без часов реального времени. Часы реального времени не используются либо из желания сэкономить (как в системной архитектуре Raspberry Pi ), либо потому, что часы реального времени могут вообще не понадобиться (как в Arduino системная архитектура).
Средства массовой информации, относящиеся к часам реального времени на Wikimedia Commons