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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Пояс безопасности для автомобиля 31.08.2002 Немецкая компания Bosch разрабатывает радиолокационные и видеодатчики, предназначенные для снижения количества дорожно-транспортных происшествий. Система таких датчиков при ее установке на автомобиль создает вокруг него виртуальный "пояс безопасности". Множество вмонтированных в автомобиль видеокамер будут фиксировать не только находящиеся на далеком расстоянии дорожные знаки, но также и других участников движения. Пиктограмма на дисплее будет информировать водителя о скоростных ограничениях впереди или о наличии каких-либо препятствий на пути. Согласно высказываниям П. Кнолля, руководителя отдела, который занимается этими разработками в компании Bosch, внедрение видеотехники планируется начать в 2006 г.

Другие интересные новости:

▪ Работать зимой надо меньше

▪ Самая быстрая в мире интернет-сеть

▪ Небесный паровоз

▪ Колонии микробов на украшениях

▪ Одинокие и несчастные люди стареют быстрее, чем курильщики

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Компьютерные устройства. Подборка статей

▪ статья От всех болезней нам полезней солнце, воздух и вода. Крылатое выражение

▪ статья Кто ограбил фараонов? Подробный ответ

▪ статья Капуцин большой. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Телевидение, видеотехника. Справочник

▪ статья Стабилизированный источник питания, 0-30 вольт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025