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:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Облако автомобилей BMW 28.09.2013 Компания BMW подключила 2,5 млн автомобилей к собственным серверам. Через пять лет этот показатель должен вырасти до 10 млн. Машины будут ежедневно генерировать 100 млн сетевых запросов, а трафик между ними и дата-центом составит 1 ТБ. Баварский автоконцерн BMW планирует к 2018 г. подключить к собственным серверам более 10 млн автомобилей. Сейчас "облачное" обслуживание имеют около 2,5 млн машин немецкой марки. Об этом рассказал Марио Мюллер (Mario Mueller), вице-президент BMW по развитию ИТ-инфраструктуры, на конференции GigaOM Structure Europe в Лондоне. По его прогнозам, через пять лет те 10 млн автомобилей BMW, подключенных к сети своего производителя, будут генерировать 100 млн сетевых запросов и 1 ТБ данных ежедневно. Для сравнения, в 2012 г. количество обращений к серверам BMW в день составляло 1 млн, а объем трафика - около 600 МБ. В нынешнем году трафик возрос до 40 ГБ в день, а число запросов увеличилось до 12 млн. "Облачная" стратегия BMW широко охватывает ее электрический автотранспорт, сообщил Мюллер. Недавно в Лейпциге начался серийный выпуск первого в истории BMW электрокара. Модель i3 имеет встроенную SIM-карту, с помощью которой машина подключается к сервисам Connected Drive. Они включают службу поддержки, обмен информацией со смартфоном водителя и подключение к серверам BMW для тщательного подсчета реального запаса хода или выстраивания системой маршрута. Кроме того, благодаря подключению электрокара к серверам BMW водители смогут удаленно запускать двигатель и контролировать уровень заряда аккумуляторов. Летом 2013 г. BMW начала с завода комплектовать свои автомобили SIM-картами. При этом расходы на роуминг компания обязуется взять на себя. После активации "симки" водитель может получать новости, дорожную информацию и онлайн-сервисы, которые ранее были доступны только при подключении смартфона. Согласно прогнозу шведской компании Ericsson, в ближайшие годы число автомобилей, подключенных к интернету, вырастет многократно - с 45 млн в 2011 г. до 210 млн в 2016 г. Специалисты Института инженеров по электротехнике и электронике (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) ожидают, что к 2025 г. 60% автомобилей, передвигающихся на мировых дорогах, будут оснащены выходом в интернет по беспроводной широкополосной технологии.

Другие интересные новости:

▪ Опреснение морской воды на основе мембраны из нановолокон

▪ Звуки природы полезны для здоровья

▪ Внешний накопитель Western Digital My Book Duo на 44 ТБ

▪ Перец и пчелы против слонов

▪ Асимметрия глобального потепления

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Интересные факты. Подборка статей

▪ статья Арабские сказки. Крылатое выражение

▪ статья Светит ли Солнце все время одинаково? Подробный ответ

▪ статья Работа с электротитаном. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Управление орошением теплицы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Вариант макетной платы. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026