Хронометр. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Предлагаемая вниманию читателей конструкция представляет собой высокоточный прибор для измерения времени, иначе говоря - хронометр, выполненный в габаритах наручных часов с автономным питанием. Он содержит сравнительно небольшое число общедоступных компонентов. Печатные платы изготовлены в домашних условиях.

Чтобы вписаться в габариты наручных часов, компоненты хронометра размещены на двух печатных платах. На нижней плате, схема которой изображена на рис. 1, находятся микросхема прецизионных часов реального времени DS3231M+ (DD1) и микроконтроллер ATtiny2313A-SU (DD2). Микроконтроллер тактирован от внутреннего RC-генератора, что освободило его выводы PA0 и Pa1 для связи с часовой микросхемой по интерфейсу I²C.

Рис. 1. Микросхема прецизионных часов

Порт B микроконтроллера управляет элементами цифр, изображаемых светодиодным индикатором, а к выводам порта D подключены аноды разрядов индикатора и кнопки управления. Хронометр питают от одного литиевого элемента CR2032 напряжением 3 В. На микросхему DD1 основное напряжение питания поступает с вывода PD0 микроконтроллера, а резервное (V_b) - через диод Шотки VD1 от литиевого элемента. Этим обеспечен переход микросхемы DD1 в режим с малым потреблением тока при работе микроконтроллера DD2 в "спящем" режиме.

Резистор R4 защищает выход PD0 от возможного замыкания на общий провод при нажатии на подключенную к нему же кнопку, находящуюся надругой плате.

Чертеж нижней печатной платы изображен на рис. 2. Она рассчитана на установку элементов для поверхностного монтажа - резисторов и конденсаторов типоразмера 1206, микросхем в корпусах SOIC. На плате предусмотрены контакты для связи микроконтроллера с программатором.

Рис. 2. Чертеж нижней печатной платы

Схема верхней платы показана на рис. 3. На ней расположены четырехразрядный светодиодный индикатор HG1, элемент питания G1 и кнопки SB1-SB3. Чертеж платы - на рис. 4. Резисторы на ней - типоразмера 0805. Элемент питания помещен в держатель CH224-2032.

Рис. 3. Схема верхней платы

Рис. 4. Чертеж платы

Платы изготовлены из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1 мм. После изготовления необходимо тщательно проверить печатные проводники на обрыв и замыкание. Межплатные перемычки впаивают в нижнюю плату после монтажа деталей. Учитывая высокую плотность монтажа и малую ширину проводников, перед соединением плат между собой обязательно следует еще раз убедиться в отсутствии на них обрывов и замыканий. Между платами должна быть вставлена изолирующая прокладка из тонкого плотного картона.

После включения питания программа переводит микроконтроллер в режим микропотребления и отключает основное питание часовой микросхемы. В отсутствие основного питания эта микросхема также переходит в экономичный режим. "Просыпается" микроконтроллер по внешним запросам прерываний. По прерыванию INT0 от кнопки SB1 начинается вывод текущего времени на индикатор, по прерыванию INT1 от кнопки SB2 - установка времени. В режиме установки времени нажатия на кнопкуSB1 изменяют содержимое регистра часов, а на кнопку SB2 - содержимое регистра минут. Изменение возможно только в сторону увеличения.

Из режима установки времени выходят нажатием на кнопку SB3. При выходе программа обнуляет регистр секунд часовой микросхемы. Для работы этой кнопки программа в режиме установки времени переключает линию PD0 с вывода на ввод и обратно.

Индикатором HG1 программа управляет с помощью восьмиразрядного таймера T0. По запросам прерывания от таймера информация выводится на индикатор, одновременно идет подсчет времени работы индикатора. Максимальная продолжительность его непрерывной работы задана константой TimeDisp и по умолчанию равна 4,7 с. Отсчет времени работы индикатора (показа текущего времени) начинается с момента нажатия на кнопку SB1.

Для удобства проверки хода часов в программе может быть активирован фрагмент, позволяющий включать и выключать индикатор кнопкой SB1. Для этого достаточно в начале файла исходного текста программы Chronometer1 .asm раскомментировать (удалить символ точки с запятой в первой позиции) строку

;#define No_time_limit_for_dispiay

После проверки часов эту строку необходимо закомментировать вновь, так как случайное длительное включение индикатора приводит к быстрой разрядке элемента питания. К статье приложены два варианта загрузочного файла программы. При создании одного (Chronometer1 .hex) указанная строка была закомментирована, а при создании другого (Chronometer1NoUmit.hex) она действовала.

Мигание разделительного двоеточия реализовано программно. Предусмотрено также гашение незначащего нуля в разряде десятков часов. В режиме установки времени ограничение по продолжительности работы индикатора отсутствует, двоеточие выключено.

Интерфейс I²C работает на частоте 100 кГц, его программная реализация взята из книги В. Трамперта "AVR-RISC микроконтроллеры" (Киев: МК-Пресс, 2006). Таблица коммутации разрядов индикатора и таблица кодов цифр находятся в программной памяти микроконтроллера.

В микросхеме DS3231M+ предусмотрена коррекция ухода частоты кварцевого резонатора по мере его старения. Поправка хранится в регистре компенсации старения (Aging Offset Register) микросхемы. В программе хронометра такая коррекция не предусмотрена, а в упомянутый регистр записан 0 (константа SIGN=0). При необходимости можно изменить эту константу. Если часы спешат, ей должно быть присвоено положительное значение (старший двоичный разряд равен нулю), если отстают - отрицательное значение (старший двоичный разряд равен единице). Единица младшего

разряда константы изменяет частоту кварцевого генератора часов приблизительно на 0,1 ppm. После изменения константы следует повторно транслировать программу и загрузить полученный HEX-файл в микроконтроллер.

Конфигурация микроконтроллера ATtiny2313A-sU должна соответствовать таблице. Расширенный байт конфигурации остается неизменным.

Таблица

Изготовленный хронометр при включенном индикаторе и напряжении питания 3 В потребляет средний ток 5 мА, в "спящем" режиме - 1 мкА. Температурная коррекция частоты генератора производится каждые 64 с, длительность процесса измерения температуры - 125...200 мс, потребляемый ток в это время - 575 мкА. За год выполняется 492750 измерений температуры и коррекций частоты, на что расходуется около 16 мА·ч электроэнергии. При емкости элемента питания 200 мА·ч его хватит для работы хронометра как минимум в течение двух лет.

После сборки хронометр необходимо подключить к программатору, загрузить в микроконтроллер программу и установить его конфигурацию. После отключения программатора и подключения элемента питания можно нажать на кнопку SB1, на индикатор будет выведено "_0:00" с мигающим двоеточием. Нажав на кнопку SB2, войдите в режим установки времени. Затем нажатиями на кнопку SB1 установите текущий час, а на кнопку SB2 - текущую минуту. Выйдите из режима установки времени, нажав на кнопку SB3. При этом внутренний регистр секунд микросхемы DD1 будет обнулен, что позволяет синхронизировать хронометр с контрольными часами или сигналами точного времени. Снова нажав на кнопку SB1, увидите на индикаторе установленное время.

Для проверки точности хода хронометра придется запастись терпением минимум на месяц. За это время его показания не должны уйти более чем на 3 с. В противном случае можно изменить значение в регистре Aging Offset Register. Как это сделать, рассказано выше.

Проверку точности хода хронометра можно произвести и с помощью точного частотомера, выход частоты 32768 Гц в микросхеме программно активирован. Для измерения частоты между контактами "32768 Гц" и "17" на плате микроконтроллера необходимо временно подключить резистор номиналом 10 кОм, а между контактами "32768 Гц" и "16" - частотомер. Во время проверки для питания хронометра можно использовать два элемента типоразмера АА. Следует также измерить потребляемый ток в разных режимах работы и проверить работу температурной коррекции частоты, при ее нормальной работе подключенный последовательно с источником питания микроамперметр покажет броски потребляемого тока с периодом 64 с.

Программы микроконтроллера можно скачать с ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zip.

Автор: Н. Салимов

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Чувства кота, ожидаюшего возвращения хозяина 16.07.2026

Многие владельцы кошек уверены, что их питомцы совершенно равнодушны к уходу человека из дома. Считается, что кошки - независимые существа, которые спокойно переносят одиночество и даже радуются, оставаясь одни. Однако испанские специалисты по поведению животных считают, что реальность гораздо сложнее. Реакция кошки на отсутствие хозяина зависит от ее индивидуального характера, степени привязанности к человеку и привычного распорядка дня. Кошки хорошо запоминают ежедневные ритуалы своих владельцев. Они способны связывать определенные звуки - звон ключей, шаги у двери или звук закрывающегося замка - с предстоящим уходом человека. Для одних животных эти сигналы означают возможность спокойно лечь спать, а для других становятся причиной беспокойства и длительного ожидания возвращения хозяина. Таким образом, кошка не просто "не замечает" уход, а активно реагирует на связанные с ним изменения в окружающей обстановке. Исследования поведения кошек показывают, что некоторые из них действи ...>>

Целесообразность приема пробиотиков после курса антибиотиков 16.07.2026

Антибиотики остаются одним из самых мощных инструментов современной медицины в борьбе с бактериальными инфекциями. Однако их действие не ограничивается уничтожением только вредных микроорганизмов. Эти препараты способны существенно влиять на состав кишечной микрофлоры, что часто вызывает вопросы у пациентов: насколько серьезны эти изменения, как долго они сохраняются и нужно ли после курса антибиотиков принимать пробиотики для восстановления. На эти вопросы попытались ответить исследователи, проанализировав имеющиеся научные данные. Во время приема антибиотиков многие люди сталкиваются с неприятными симптомами со стороны пищеварительной системы: тошнотой, болями или спазмами в животе, а также диареей. Такие реакции возникают потому, что препараты воздействуют не только на возбудителей инфекции, но и на полезные бактерии, которые населяют кишечник и участвуют в пищеварении, синтезе витаминов и поддержании иммунитета. Некоторые антибиотики, например азитромицин, могут напрямую влия ...>>

Резкое похудение и возврат веса могут навредить сердцу 15.07.2026

Многие люди, желая быстро избавиться от лишних килограммов, прибегают к строгим диетам с резким ограничением калорий. Достигнув желаемого результата, они часто постепенно или быстро возвращаются к прежнему рациону и прежнему весу. На первый взгляд это кажется лишь вопросом внешнего вида, однако ученые предупреждают: постоянные колебания массы тела могут оказывать негативное влияние на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Так называемый эффект йо-йо, когда периоды активного похудения сменяются повторным набором веса, становится все более распространенным явлением. Новые исследования указывают на возможную связь между такими циклами и ухудшением работы сердца. Организм способен адаптироваться к изменениям питания, но постоянное повторение резких переходов между ограничением калорий и перееданием создает дополнительную нагрузку на различные системы. В одном из экспериментов на лабораторных животных исследователи моделировали эффект йо-йо, периодически снижая калорийность рац ...>>

Случайная новость из Архива Карманный секвенатор ДНК 07.12.2020 Американские ученые разработали первое в мире карманное устройство со связанным приложением, которое может расшифровать геном любого живого существа, где бы его пользователь не находился. Отмечается, что на данный момент устройство связывается с приложением для iOS. Портативный аппарат предназначен, в первую очередь, для ученых, которые ведут полевые работы по исследованию ДНК различных видов животных и людей. Крошечное устройство для анализа генетической последовательности создала компания Oxford Nanopore, а сотрудники Лаборатории в Колд-Спринг-Харбор создали концепт устройства и приложение для него. По словам авторов, передавать данные с устройства на iPhone или iPad и сохранять их можно даже без доступа в интернет. Эта функция позволяет проводить секвенирование в самых отдаленных местах земного шара. Ученые уже продемонстрировали, как с помощью устройства можно расшифровать последовательности ДНК вирусных патогенов, таких как вирус гриппа или Зика, а также выявлять мутации, важные для диагностики и лечения этих патологий. Авторы создали онлайн-учебник для анализа других вирусных геномов, например, от пациента с SARS-CoV-2. В будущем разработчики планируют отправить устройство на МКС для проведения анализа ДНК биологических объектов на станции.

Другие интересные новости:

▪ Микродатчик температуры работает от радиоволн беспроводных сетей

▪ Успех волитроники

▪ Астероид, собранный по кускам

▪ Микробы распознают буквы

▪ Intel отказался от памяти Direct Rambus DRAM (DR DRAM)

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Освещение. Подборка статей

▪ статья Гражданское право. Части I, III и IV. Шпаргалка

▪ статья Какими были первые автомобили? Подробный ответ

▪ статья Рдест плавающий. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Простейшее устройство для поиска радиожучков. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы для беспроводной передачи данных. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026