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:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Заработала крупнейшая в Европе солнечная станция 18.05.2023 В Турции в провинции Конья запустили в работу крупнейшую солнечную электростанцию в Европе "Карапинар". Она имеет мощность 1350 МВт и состоит из 3256038 солнечных панелей. Площадь станции составляет 20 миллионов м2. Проект удалось реализовать при финансовой поддержке правительства Великобритании, ведь его стоимость составляет $1 миллиард. "Карапинар" увеличит долю установленной мощности солнечной энергетики Турции на 20%. СЭС сможет ежегодно производить 3 млрд. кВт электроэнергии, то есть 1% от всего потребления электроэнергии в стране. Станция сможет обеспечить энергией около двух миллионов человек. Солнечная станция также снизит выбросы на 2 миллиона тонн.

Другие интересные новости:

▪ Кулер FrigusAir 400 ARGB

▪ Трекеры для отслеживания колибри

▪ Мощный антибиотик вырабатывается в носу человека

▪ Обнаружен самый медленный пульсар

▪ В мозге нашли музыкальный отдел

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электричество для начинающих. Подборка статей

▪ статья Марий на развалинах Карфагена. Крылатое выражение

▪ статья Что заставило Японию, более двух веков проводившую политику самоизоляции, открыть свои порты для иностранных судов? Подробный ответ

▪ статья Машинист вакуум-формующей машины. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Двухскоростной режим односкоростного вентилятора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Волшебный шкаф. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026