Latest revision as of 11:10, 21 October 2024

Opis

Moduł precyzyjnego zegara czasu rzeczywistego – RTC, przeznaczony dla komputerków z serii Raspberry Pi. Bazuje na układzie DS3231, który został połączony z baterią podtrzymującą jego działanie przy zaniku zasilania głównego. Komunikacja z zegarem RTC odbywa się poprzez interfejs I2C.

Układ DS3231 jest kompletnym zegarem RTC, który wyróżnia się wysoką precyzją w odmierzaniu czasu. Doskonałe parametry uzyskano dzięki zintegrowaniu rezonatora kwarcowego w strukturze układu i zastosowaniu kompensacji temperaturowej. Na płytce znajduje się gniazdo na baterię typu CR1220, która umożliwia działanie zegara nawet przy braku zasilania głównego. Wymagane do poprawnego działania napięcie zasilania zawiera się w szerokim przedziale 2,3….5,5 V.

Podstawowe parametry

• Bazuje na układzie zegara RTC typu DS3231
• Zegar ze zintegrowanym rezonatorem kwarcowym i kompensacją temperaturową
• Deklarowany przez producenta układu DS3231 błąd odmierzania czasu nie przekracza 2 minut na rok, przy pracy w temperaturze z zakresu -40...+85 ºC
• Oblicza sekundy, minuty, godziny, dni tygodnia, miesiące oraz rok
• Komunikacja poprzez interfejs I2C (400 kHz)
• Zawiera gniazdo na baterię podtrzymującą typu CR1220
• Pobór prądu z baterii podtrzymującej nie przekracza 0,1 uA
• Opcjonalne wyjście przerwania (INT) / sygnału prostokątnego (SQW)
• Opcjonalne wyjście zerujące aktywowane niskim poziomem napięcia zasilania (RST)
• Wymaga zasilania o napięciu z zakresu 2,3….5,5 V
• Wymiary płytki 21x20 mm, wysokość ok. 8 mm (bez gniazda goldpin)

Wyposażenie standardowe

Schemat elektryczny

Złącze komunikacyjne zgodne z Raspberry Pi

Sygnały na złączu komunikacyjnym zostały tak rozmieszczone, aby odpowiadały sygnałom na złączu GPIO stosowanym w płytkach Raspberry Pi. Moduł KamodRPI RTC zajmuje tylko pierwsze 10 szpilek, 40-stykowego złącza GPIO. Funkcje sygnałów na złączu J2 są następujące:

• styk nr 1: +5V - wejście zasilania o napięciu 2,3...5,5 V;
• styk nr 3: SDA – linia danych interfejsu I2C;
• styk nr 5: SCL – linia zegarowa interfejsu I2C;
• styk nr 7: INT – opcjonalne wyjście przerwania INT lub sygnału prostokątnego SQW. Sygnał jest dostępny dopiero po wykonaniu zworki z kropli cyny na padach oznaczonych INT-GPIO i trafia do portu GPIO04 na płytce Raspberry Pi;
• styk nr 9: GND – masa zasilania;
• styk nr 2, 4, 6, 8, 10: wyprowadzenia nie są podłączone.

Bateria podtrzymująca

Gniazdo baterii znajduje się na dolnej stronie płytki modułu. Pobór prądu z baterii nie przekracza 0,1 uA, co umożliwia poprawną pracę zegara przez wiele lat.

Dodatkowe funkcje

Dokładne informacje dotyczące funkcjonalności i konfigurowania dodatkowych wyprowadzeń można znaleźć w dokumentacji układu DS3231.

Wymiary

Wymiary modułu KAmodRPI RTC to ok. 21x20 mm, a wysokość bez złącza to ok. 8 mm. Moduł jest kompatybilny z płytkami Raspberry Pi 5 oraz wcześniejszymi wersjami Raspberry Pi. Na płytce zostały umieszczone dodatkowe otwory, które mogą być przydatne w przypadku niestandardowych aplikacji modułu RTC.

Uruchomienie modułu z komputerkiem Raspberry Pi 5

Moduł KamodRPI RTC montujemy na pierwszych 10 szpilkach złącza GPIO komputerka Raspberry Pi tak, jak pokazano na poniższych fotografiach:

Jeżeli komputer Raspberry Pi jest wyposażony w radiator, to moduł KAmodRPI RTC należy zamontować z użyciem dodatkowego złącza żeńsko-męskiego. Żaden element modułu, a zwłaszcza koszyk baterii, nie może stykać się z radiatorem. Połączenie należy wykonać tak, jak na fotografii:

W takiej konfiguracji moduł KAmodRPI RTC jest umieszczony ponad radiatorem i cały zestaw może działać prawidłowo.

Konfigurowanie magistrali I2C*

* opisane procedury dotyczą komputerka Raspberry Pi 5

Pierwszym krokiem zawsze będzie odświeżenie repozytoriów i pakietów oprogramowania. Otwieramy konsolę np. poprzez kombinację klawiszy Ctrl+Alt+T, a następnie wpisujemy polecenia:

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

Teraz zainstalujemy pakiet oprogramowania ułatwiający pracę z interfejsem I2C. W tym celu wpisujemy polecenie:

sudo apt-get install i2c-tools

Kolejnym zadaniem, które musimy wykonać jest włączenie kontrolera magistrali I2C. Uruchamiamy konfigurator Raspberry Pi poleceniem:

sudo raspi-config

Wybieramy opcję 3 (Interface options), a następnie wybieramy opcję I5 (I2C). Po zatwierdzeniu wszystkich zmian zobaczymy komunikat, że interfejs I2C jest gotowy.

W tym momencie, za pomocą programu i2c-detect możemy sprawdzić jakie urządzenia zostały podłączone do magistrali I2C. Wpisujemy:

i2cdetect -y 1

Efekt działania będzie podobny do tego pokazanego poniżej:

Oznacza to, że na magistrali I2C znajduje się urządzenie z adresem 68 (hex) – to właśnie adres układu DS3231.

Przygotowanie systemu Raspberry Pi*

* opisane procedury dotyczą komputerka Raspberry Pi 5

Przygotowanie systemu rozpoczynamy od edycji pliku /boot/firmware/config.txt (w starszych wersjach systemu operacyjnego Raspberry Pi jest to plik /boot/config.txt). W tym celu wpisujemy polecenie:

sudo nano /boot/firmware/config.txt

Na końcu istniejącej treści dopisujemy linię:

dtoverlay=i2c-rtc,ds3231

Następnie zapisujemy zmiany poprzez Ctrl+O oraz zamykamy edytor poprzez Ctrl+X. Uruchamiamy system ponownie, np. wpisując:

reboot

Po ponownym uruchomieniu systemu sprawdzamy skuteczność wprowadzonych zmian, wpisując polecenie:

i2cdetect -y 1

Tym razem efekt powinien być następujący:

Oznaczenie UU, które zastąpiło wcześniejszą wartość 68 oznacza, że system poprawnie skomunikował się z zegarem i zastrzegł jego adres.

Ustawianie i odczyt z RTC*

* opisane procedury dotyczą komputerka Raspberry Pi 5

Aktualny systemowy czas możemy sprawdzić za pomocą polecenia:

date

Aby zapisać aktualny czas do modułu RTC należy wpisać polecenie:

sudo hwclock -w

natomiast, aby odczytać czas z modułu RTC wpisujemy:

sudo hwclock -r

Zegar RTC możemy ustawić dowolną wartością czasu, służy do tego polecenie:

hwclock --set –date="2024-06-19 12:22:22"

Oczywiście data i czas mogą być inne ale muszą być zapisane analogicznie jak w powyższym przykładzie. Teraz możemy ustawić w systemie czas pobrany z zegara RTC, służy do tego polecenie:

sudo hwclock -s

Czas systemowy w Raspberry Pi 5 będzie automatycznie pobierany z zegara RTC, przy uruchomieniu komputerka. Czas zostanie automatycznie skorygowany, gdy Raspberry Pi uzyska dostęp do internetu. Wtedy również wartość czasu RTC zostanie uaktualniona.

Linki

• Karta katalogowa układu DS3231
• Model CAD (STEP)