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:

Глазные капли, возвращающие молодость зрению 05.10.2025

С возрастом человеческий глаз постепенно теряет способность четко видеть на близком расстоянии - развивается пресбиопия, или возрастная дальнозоркость. Этот естественный процесс связан с утратой эластичности хрусталика и ослаблением цилиарной мышцы, отвечающей за фокусировку. Миллионы людей по всему миру сталкиваются с необходимостью носить очки для чтения или прибегают к хирургическим методам коррекции. Однако исследователи из Центра передовых исследований пресбиопии в Буэнос-Айресе представили решение, которое может стать удобной и неинвазивной альтернативой - специальные глазные капли, способные улучшать зрение на длительный срок. Разработку возглавила Джованна Беноцци, директор Центра. По ее словам, цель исследования состояла в том, чтобы предоставить пациентам с пресбиопией эффективный и безопасный способ коррекции зрения без хирургического вмешательства. Новые капли, созданные на основе пилокарпина и диклофенака, показали убедительные результаты: уже через час после первого пр ...>>

Цифровая рация Xiaomi Digital Walkie Talkie 05.10.2025

Компания Xiaomi представила современное устройство, объединившее классические принципы радиосвязи с возможностями цифровых технологий. Новинка под названием Xiaomi Digital Walkie Talkie демонстрирует, как привычные рации могут быть переосмыслены в духе времени. Устройство оснащено цветным дисплеем диагональю 1,57 дюйма, который отображает список контактов, параметры соединения и даже примерное местоположение собеседника. Такой подход превращает стандартную рацию в компактное средство связи, сочетающее функциональность смартфона и устойчивость профессиональной техники. Одним из ключевых преимуществ стала высокая автономность. Встроенный аккумулятор емкостью 2500 мА·ч обеспечивает до 100 часов работы в режиме ожидания и около 14 часов непрерывных разговоров, что особенно важно в экспедициях, на дальних маршрутах или в зонах, где подзарядка невозможна. Согласно данным портала unionrayo.com, такое время работы выгодно отличает устройство от большинства аналогов. По дальности дейст ...>>

Открыт обращаемый драйвер старения 04.10.2025

Недавняя работа ученых из Сямэньского университета в Китае показала, что в гипоталамусе, главном регуляторе внутренних функций организма, кроется один из ключей к продлению молодости. Команда под руководством Лиге Ленга обнаружила, что снижение уровня белка менина в гипоталамусе связано с ускорением процессов старения. Менин, как выяснилось, играет важную роль в предотвращении воспаления и поддержании нормальной работы нейронов. Когда его уровень снижается, в мозге возрастает активность воспалительных сигналов, что запускает цепную реакцию возрастных изменений во всем организме - от ослабления когнитивных функций до потери плотности костей и истончения кожи. Чтобы понять, как именно менин влияет на старение, ученые вывели генномодифицированных мышей, у которых этот белок можно было выборочно отключить. Даже у молодых животных такое вмешательство быстро привело к ухудшению памяти, снижению прочности костей и эластичности кожи, а также к укорочению жизни. Эти результаты убедительно ...>>

Случайная новость из Архива В мозге новорожденных нейроны путешествуют с места на место 10.10.2016 Во время индивидуального развития в зародыше происходят постоянные клеточные миграции - клетки-предшественники какой-то ткани или органа ползут в определенное место, чтобы там этот самый орган организовать. То же самое происходит в мозге: так, перед самым появлением на свет в кору полушарий приходит огромное число предшественников нейронов, которые дозревают здесь до обычных нервных клеток, из которых складываются нервные центры, цепочки и т. д. Однако все клетки, которые образуются в результаты миграции на поздних этапах беременности, становятся так называемыми нейронами возбуждения. Но кроме них здесь должны быть нейроны торможения, чья задача - подавлять сигналы других клеток. Нейроны торможения крайне важны: не будь их, возбудительные нервные клетки просто никогда бы не смогли остановиться - например, на напряженную мышцу они бы так и продолжали бы посылать сократительный сигнал. Без нейронного торможения нервной системе грозит перевозбуждение, что может проявляться и в неправильной работе мускулатуры, и в эмоциональной нестабильности, и вообще в поведении. И в коре мозга, разумеется, наряду с нейронами возбуждения есть и нейроны торможения. Только нейробиологи долго не могли понять, откуда они берутся - если все клетки-предшественники, пришедшие сюда, стали возбудительными. Исследователям из Калифорнийского университета в Сан-Франциско удалось эту загадку разгадать - нейроны торможения в коре полушарий у человека появляются тут после второй волны клеточной миграции, которая происходит - что самое важное - уже после рождения. В мозге, как известно, есть несколько зон, где происходит размножение клеток. Одно из таких мест - субвентрикулярная зона, которая находится в стенках особых полостей - желудочков головного мозга, и которая от коры находится довольно далеко. Мерседес Паредес (Mercedes F. Paredes) и ее коллеги проанализировали образцы мозга, взятые после смерти у детей в возрасте от одного дня до 7 месяцев, и выяснили, что нейроны, находящиеся в той части субвентрикулярной зоны, которая особенно обогащена кровеносными сосудами, путешествуют по этим самым кровеносным сосудам, пока не попадут в лобные доли коры полушарий. (Говоря о путешествующих нейронах, следует помнить, что, хотя они уже очень похожи на молодые тормозные клетки, у них сохраняются черты мигрирующих клеток-предшественников.) Путешествующие нейроны не делятся, их цель в том, чтобы дойти до своего места и окончательно стать нейроном торможения (правда, созревание может занять довольно много времени, вплоть до нескольких месяцев). Со временем число "путешественников" стремительно падает, и в возрасте семи месяцев на миграционном пути можно найти лишь очень небольшое число клеток. Очевидно, начиная свой путь, они подчиняются каким-то сигналам, клеточным и молекулярным, и теперь предстоит выяснить, что это за сигналы - не исключено, что многие психоневрологические болезни впоследствии развиваются потому, что некоторые тормозные нейроны сбились с пути во время своей постнатальной миграции. Известно, что новые нервные клетки появляются у зверей и во взрослом мозге, и один из центров взрослого нейрогенеза - вышеупомянутая субвентрикулярная зона. Однако мало кто ожидал увидеть столь массовое переселение предшественников нейронов, которое имеет место - еще раз подчеркнем - уже после рождения. И тем более переселение в такую область, как кора полушарий, которая связана с высшими когнитивными функциями и нейронные пути которой отличаются высочайшей сложностью.

Другие интересные новости:

▪ Черный ящик для угольных шахт

▪ С возрастом память начинает работать иначе

▪ Печень вынули, починили, вставили обратно

▪ Бескаркасные солнечные панели на липкой основе

▪ Оптимисты живут дольше

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Заводские технологии на дому. Подборка статей

▪ статья Бакелит. История изобретения и производства

▪ статья Как мы глотаем пищу? Подробный ответ

▪ статья Редька полевая. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Многодиапазонная вертикальная антенна. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Источник питания с автоматическим зарядным устройством. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025