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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Chronometer. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik Bei dem den Lesern angebotenen Design handelt es sich um ein hochpräzises Gerät zur Zeitmessung, also um einen Chronometer in den Abmessungen einer Armbanduhr mit autonomer Stromversorgung. Es enthält eine relativ kleine Anzahl öffentlich verfügbarer Komponenten. Leiterplatten werden zu Hause hergestellt. Um den Abmessungen einer Armbanduhr gerecht zu werden, sind die Chronometerkomponenten auf zwei Leiterplatten untergebracht. Auf der unteren Platine, deren Diagramm in Abb. 1 verfügt über einen Präzisions-Echtzeituhr-Chip DS3231M+ (DD1) und einen ATtiny2313A-SU-Mikrocontroller (DD2). Der Mikrocontroller wird vom internen RC-Oszillator getaktet, wodurch seine Pins PA0 und Pa1 für die Kommunikation mit dem Taktchip über Schnittstelle I frei werden2C.
Port B des Mikrocontrollers steuert die Elemente der von der LED-Anzeige angezeigten Zahlen, und die Anoden der Anzeigeziffern und Steuertasten sind mit den Pins von Port D verbunden. Der Chronometer wird von einer CR2032-Lithiumzelle mit einer Spannung von 3 V betrieben. Die Mikroschaltung DD1 erhält die Hauptversorgungsspannung vom PD0-Pin des Mikrocontrollers und die Backup-Spannung (V).b) - über eine Schottky-Diode VD1 aus einer Lithiumzelle. Dadurch wird sichergestellt, dass der DD1-Mikroschaltkreis in einen Modus mit geringem Stromverbrauch wechselt, wenn der DD2-Mikrocontroller im Schlafmodus arbeitet. Der Widerstand R4 schützt den PD0-Ausgang vor einem möglichen Kurzschluss zum gemeinsamen Kabel, wenn Sie eine daran angeschlossene Taste drücken, die sich auf einer anderen Platine befindet. Die Zeichnung der unteren Leiterplatte ist in Abb. dargestellt. 2. Es ist für die Installation von oberflächenmontierten Elementen konzipiert – Widerstände und Kondensatoren der Standardgröße 1206, Mikroschaltungen in SOIC-Gehäusen. Die Platine verfügt über Kontakte zur Verbindung des Mikrocontrollers mit dem Programmierer.
Das Diagramm der oberen Platine ist in Abb. dargestellt. 3. Es enthält eine vierstellige LED-Anzeige HG1, eine Batterie G1 und Tasten SB1-SB3. Die Platinenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 4. Die darauf befindlichen Widerstände haben die Standardgröße 0805. Die Batterie befindet sich in einem Halter CH224-2032.
Die Bretter bestehen beidseitig aus 1 mm starker Glasfaserfolie. Nach der Fertigung ist es notwendig, die Leiterbahnen sorgfältig auf Unterbrechungen und Kurzschlüsse zu prüfen. Nach der Installation der Teile werden Brücken zwischen den Platinen in die untere Platine eingelötet. Aufgrund der hohen Verlegedichte und der geringen Breite der Leiterbahnen sollte vor dem Verbinden der Platinen untereinander unbedingt noch einmal darauf geachtet werden, dass auf den Platinen keine Unterbrechungen oder Kurzschlüsse vorliegen. Zwischen die Platten muss eine Isolierunterlage aus dünner, dicker Pappe eingelegt werden. Nach dem Einschalten schaltet das Programm den Mikrocontroller in den Mikroverbrauchsmodus und schaltet die Hauptstromversorgung des Uhrenchips ab. Bei fehlender Hauptstromversorgung geht dieser Mikroschaltkreis ebenfalls in den Sparmodus. Der Mikrocontroller „wacht“ aufgrund externer Interrupt-Anfragen auf. Durch Unterbrechen von INT0 über die Taste SB1 wird die aktuelle Uhrzeit auf der Anzeige angezeigt; durch Unterbrechen von INT1 über die Taste SB2 wird die Uhrzeit eingestellt. Im Zeiteinstellmodus ändert das Drücken der Taste SB1 den Inhalt des Stundenregisters und das Drücken der Taste SB2 ändert den Inhalt des Minutenregisters. Veränderung ist nur in Richtung Steigerung möglich. Verlassen Sie den Zeiteinstellungsmodus durch Drücken der SB3-Taste. Beim Beenden setzt das Programm das Sekundenregister des Uhrenchips zurück. Um diese Taste zu betätigen, schaltet das Programm im Zeiteinstellungsmodus die PD0-Leitung von Ausgang auf Eingang und zurück. Das Programm steuert den HG1-Indikator mithilfe eines Acht-Bit-Timers T0. Bei Unterbrechungsanforderungen durch den Timer werden Informationen auf dem Indikator angezeigt und gleichzeitig die Betriebszeit des Indikators berechnet. Die maximale Dauer seines Dauerbetriebs wird durch die TimeDisp-Konstante festgelegt und beträgt standardmäßig 4,7 s. Der Countdown der Betriebszeit der Anzeige (Anzeige der aktuellen Uhrzeit) beginnt ab dem Moment, in dem Sie die Taste SB1 drücken. Um den Fortschritt der Uhr einfacher überprüfen zu können, kann im Programm ein Fragment aktiviert werden, mit dem Sie die Anzeige mit der Taste SB1 ein- und ausschalten können. Kommentieren Sie dazu einfach die Zeile am Anfang der Quelldatei des Programms Chronometer1 .asm aus (entfernen Sie das Semikolon an der ersten Position). ;#define No_time_limit_for_display Nach Überprüfung der Uhr muss diese Zeile erneut auskommentiert werden, da ein versehentliches Einschalten der Anzeige über längere Zeit zu einer schnellen Entladung des Akkus führt. Dem Artikel sind zwei Versionen der Programm-Boot-Datei beigefügt. Beim Erstellen der einen (Chronometer1.hex) wurde die angegebene Zeile auskommentiert, und beim Erstellen der anderen (Chronometer1NoUmit.hex) war sie wirksam. Das Blinken des Trennpunkts ist in der Software implementiert. Es ist auch vorgesehen, die unbedeutende Null in der Zehnerstelle zu löschen. Im Zeiteinstellungsmodus gibt es keine Begrenzung der Dauer des Indikators, der Doppelpunkt ist ausgeschaltet. Schnittstelle I2C arbeitet mit einer Frequenz von 100 kHz, seine Softwareimplementierung ist dem Buch von V. Trumpert „AVR-RISC-Mikrocontroller“ (Kiew: MK-Press, 2006) entnommen. Die Anzeigeziffernumschalttabelle und die Zifferncodetabelle befinden sich im Programmspeicher des Mikrocontrollers. Der DS3231M+-Chip korrigiert die Frequenzdrift des Quarzresonators mit zunehmender Alterung. Die Korrektur wird im Aging Offset Register des Chips gespeichert. Das Chronometerprogramm sieht eine solche Korrektur nicht vor und es wird 0 in das genannte Register geschrieben (konstantes SIGN=0). Sie können diese Konstante bei Bedarf ändern. Wenn die Uhr schnell ist, sollte ihr ein positiver Wert zugewiesen werden (das höchstwertige Bit ist Null), wenn sie zurückliegt, sollte ihr ein negativer Wert zugewiesen werden (das höchstwertige Bit ist eins). Junior-Einheit Die Entladungskonstante ändert die Frequenz des Quarzoszillators der Uhr um etwa 0,1 ppm. Nach dem Ändern der Konstante sollten Sie das Programm neu übersetzen und die resultierende HEX-Datei in den Mikrocontroller laden. Die Konfiguration des Mikrocontrollers ATtiny2313A-sU muss der Tabelle entsprechen. Das erweiterte Konfigurationsbyte bleibt unverändert. Tabelle
Der hergestellte Chronometer verbraucht bei eingeschalteter Anzeige und einer Versorgungsspannung von 3 V einen durchschnittlichen Strom von 5 mA, im „Schlaf“-Modus - 1 μA. Die Temperaturkorrektur der Generatorfrequenz erfolgt alle 64 s, die Dauer des Temperaturmessvorgangs beträgt 125...200 ms, der Stromverbrauch beträgt zu diesem Zeitpunkt 575 μA. Im Laufe eines Jahres werden 492750 Temperaturmessungen und Frequenzkorrekturen durchgeführt, was etwa 16 mAh Strom verbraucht. Mit einer Batteriekapazität von 200 mAh reicht es aus, den Chronometer mindestens zwei Jahre lang zu betreiben. Nach dem Zusammenbau muss der Chronometer an den Programmierer angeschlossen, in den Mikrocontroller geladen und konfiguriert werden. Nachdem Sie das Programmiergerät ausgeschaltet und die Batterie angeschlossen haben, können Sie die Taste SB1 drücken. Die Anzeige zeigt „_0:00“ mit einem blinkenden Doppelpunkt an. Durch Drücken der Taste SB2 gelangen Sie in den Zeiteinstellungsmodus. Drücken Sie dann die Taste SB1, um die aktuelle Stunde einzustellen, und drücken Sie die Taste SB2, um die aktuelle Minute einzustellen. Verlassen Sie den Zeiteinstellungsmodus durch Drücken der SB3-Taste. In diesem Fall wird das interne Sekundenregister des DD1-Chips zurückgesetzt, wodurch Sie den Chronometer mit einer Kontrolluhr oder präzisen Zeitsignalen synchronisieren können. Durch erneutes Drücken der SB1-Taste sehen Sie die eingestellte Zeit auf der Anzeige. Um die Genauigkeit des Chronometers zu überprüfen, müssen Sie sich mindestens einen Monat lang gedulden. Während dieser Zeit sollten seine Messwerte nicht länger als 3 Sekunden dauern. Andernfalls können Sie den Wert im Aging Offset Register ändern. Wie das geht, ist oben beschrieben. Die Genauigkeit des Chronometers kann auch mit einem genauen Frequenzmesser überprüft werden; der Frequenzausgang von 32768 Hz im Mikroschaltkreis wird per Software aktiviert. Um die Frequenz zu messen, muss vorübergehend ein 32768-kOhm-Widerstand zwischen den Pins „17 Hz“ und „10“ auf der Mikrocontrollerplatine angeschlossen werden, und ein Frequenzmesser muss zwischen den Pins „32768 Hz“ und „16“ angeschlossen werden. Während des Tests können zwei Zellen der Größe AA zur Stromversorgung des Chronometers verwendet werden. Sie sollten auch den Stromverbrauch in verschiedenen Betriebsmodi messen und die Funktion der Temperatur-Frequenz-Korrektur überprüfen; während des normalen Betriebs zeigt ein in Reihe mit der Stromquelle geschaltetes Mikroamperemeter einen Anstieg des verbrauchten Stroms mit einem Zeitraum von 64 s an. Mikrocontroller-Programme können von ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zip heruntergeladen werden. Autor: N. Salimov
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