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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Cronometro. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Tecnologia di misurazione Il progetto proposto all'attenzione dei lettori è un dispositivo di alta precisione per misurare il tempo, in altre parole un cronometro, realizzato nelle dimensioni di un orologio da polso con alimentazione autonoma. Contiene un numero relativamente piccolo di componenti pubblici. I circuiti stampati sono realizzati in casa. Per adattarsi alle dimensioni di un orologio da polso, i componenti del cronometro sono posizionati su due circuiti stampati. Sul pannello inferiore, il cui schema è mostrato in Fig. 1 contiene un chip clock in tempo reale di precisione DS3231M+ (DD1) e un microcontrollore ATtiny2313A-SU (DD2). Il microcontrollore è sincronizzato dal generatore RC interno, che ha liberato i suoi pin PA0 e Pa1 per la comunicazione con il chip di clock tramite l'interfaccia I2C.
La porta B del microcontrollore controlla gli elementi dei numeri visualizzati dall'indicatore LED e gli anodi dell'indicatore si scaricano e i pulsanti di controllo sono collegati alle uscite della porta D. Il cronometro è alimentato da una singola cella al litio CR2032 con una tensione di 3 V. La tensione di alimentazione principale viene fornita al chip DD1 dall'uscita PD0 del microcontrollore e quella di backup (Vb) - attraverso il diodo Schottky VD1 dalla cella al litio. Ciò garantisce la modalità chip DD1 di transizione con un basso consumo di corrente quando il microcontrollore DD2 è in modalità "sleep". Il resistore R4 protegge l'uscita PD0 da un possibile cortocircuito verso un filo comune quando viene premuto un pulsante ad esso collegato, situato su un'altra scheda. Il disegno del circuito stampato inferiore è mostrato in fig. 2. È progettato per installare elementi a montaggio superficiale - resistori e condensatori di dimensioni 1206, microcircuiti in pacchetti SOIC. La scheda fornisce i contatti per il collegamento del microcontrollore con il programmatore.
Lo schema del pannello superiore è mostrato in fig. 3. Ha un indicatore LED a quattro cifre HG1, una batteria G1 e pulsanti SB1-SB3. Disegno della tavola - in fig. 4. I resistori su di essa sono della dimensione 0805. La batteria è collocata nel supporto CH224-2032.
I pannelli sono realizzati in fibra di vetro spessa 1 mm laminata su entrambi i lati. Dopo la produzione, è necessario controllare attentamente i conduttori stampati per circuiti aperti e cortocircuiti. I ponticelli scheda-scheda vengono saldati nella scheda inferiore dopo che le parti sono state montate. Considerando l'elevata densità di montaggio e la ridotta larghezza dei conduttori, prima di collegare tra loro i quadri, è necessario accertarsi ancora una volta che non vi siano interruzioni o cortocircuiti su di essi. Tra i pannelli deve essere inserita una guarnizione isolante in cartone sottile e spesso. Dopo l'accensione, il programma mette il microcontrollore in modalità microconsumo e spegne l'alimentazione principale del chip dell'orologio. In assenza dell'alimentazione principale, anche questo chip entra in modalità economica. Il microcontrollore "si sveglia" su richieste di interrupt esterne. Interrompendo INT0 dal tasto SB1 viene visualizzata l'ora corrente sull'indicatore, interrompendo INT1 dal tasto SB2 - impostazione dell'ora. Nella modalità di impostazione dell'ora, premendo il pulsante SB1 si modifica il contenuto del registro delle ore e premendo il pulsante SB2 si modifica il contenuto del registro dei minuti. Il cambiamento è possibile solo nella direzione dell'aumento. Uscire dalla modalità di impostazione dell'ora premendo il pulsante SB3. All'uscita il programma azzera il registro dei secondi del chip orologio. Affinché questo pulsante funzioni, il programma nella modalità di impostazione dell'ora commuta la linea PD0 dall'uscita all'ingresso e viceversa. L'indicatore HG1 è controllato dal programma utilizzando un timer T0 a otto bit. In caso di richiesta di interruzione da parte del timer, le informazioni vengono visualizzate sull'indicatore, mentre viene conteggiato il tempo di funzionamento dell'indicatore. La durata massima del suo funzionamento continuo è impostata dalla costante TimeDisp ed è di default 4,7 s. Il conto alla rovescia del tempo di funzionamento dell'indicatore (visualizzazione dell'ora corrente) inizia dal momento in cui viene premuto il pulsante SB1. Per comodità di controllare l'andamento dell'orologio, nel programma è possibile attivare un frammento che consente di accendere e spegnere l'indicatore con il pulsante SB1. Per fare ciò, all'inizio del file di codice sorgente Chronometer1 .asm, decommentare (eliminare il carattere punto e virgola nella prima posizione) la riga ;#define Nessun_limite_di_tempo_per_dispiay Dopo aver controllato l'orologio, questa riga deve essere nuovamente commentata, poiché un'inclusione accidentale a lungo termine dell'indicatore porta a una rapida scarica della batteria. In allegato all'articolo sono presenti due versioni del file di avvio del programma. Durante la creazione di uno (Chronometer1 .hex), la riga specificata è stata commentata e durante la creazione di un altro (Chronometer1NoUmit.hex), era attiva. Il lampeggio dei due punti di separazione è implementato nel software. È inoltre previsto per cancellare uno zero insignificante nello scarico di decine di ore. Nella modalità di impostazione dell'ora, non c'è limite alla durata dell'indicatore, i due punti sono spenti. Interfaccia I2C opera a una frequenza di 100 kHz, la sua implementazione software è tratta dal libro di V. Trumpert "AVR-RISC microcontrollers" (Kyiv: MK-Press, 2006). La tabella di commutazione dei bit indicatori e la tabella dei codici delle cifre si trovano nella memoria di programma del microcontrollore. Il chip DS3231M+ provvede alla correzione della deriva di frequenza del risonatore al quarzo man mano che invecchia. La correzione viene memorizzata nell'Aging Offset Register del chip. Il programma cronometro non prevede tale correzione, e nel registro citato viene scritto 0 (la costante SIGN=0). È possibile modificare questa costante se necessario. Se il clock è veloce, gli va assegnato un valore positivo (il bit più significativo è zero), se è in ritardo, un valore negativo (il bit più significativo è uguale a uno). Unità Jr La scarica di una costante cambia la frequenza dell'oscillatore a cristallo dell'orologio di circa 0,1 ppm. Dopo aver modificato la costante, è necessario ritradurre il programma e caricare il file HEX risultante nel microcontrollore. La configurazione del microcontrollore ATtiny2313A-sU deve corrispondere alla tabella. Il byte di configurazione esteso rimane invariato. tavolo
Il cronometro fabbricato con l'indicatore acceso e una tensione di alimentazione di 3 V consuma una corrente media di 5 mA, nella modalità "sleep" - 1 μA. La correzione della temperatura della frequenza del generatore viene eseguita ogni 64 s, la durata del processo di misurazione della temperatura è di 125 ... 200 ms, la corrente consumata in questo momento è di 575 μA. Ogni anno vengono eseguite 492750 misurazioni della temperatura e correzioni di frequenza, che consumano circa 16 mAh di elettricità. Con una capacità della batteria di 200 mAh, sarà sufficiente far funzionare il cronometro per almeno due anni. Dopo il montaggio, il cronometro deve essere collegato al programmatore, scaricare il programma sul microcontrollore e impostarne la configurazione. Dopo aver spento il programmatore e collegato la batteria, è possibile premere il pulsante SB1, l'indicatore visualizzerà "_0:00" con i due punti lampeggianti. Premendo il pulsante SB2, entrare nella modalità di impostazione dell'ora. Quindi, premendo il pulsante SB1, impostare l'ora corrente e il minuto corrente premendo il pulsante SB2. Uscire dalla modalità di impostazione dell'ora premendo il pulsante SB3. In questo caso, il registro interno dei secondi del microcircuito DD1 verrà azzerato, il che consente di sincronizzare il cronometro con un orologio di controllo o segnali orari precisi. Premendo nuovamente il pulsante SB1, vedrai l'ora impostata sull'indicatore. Per verificare la precisione del cronometro, dovrai pazientare almeno un mese. Durante questo periodo, le sue letture non dovrebbero superare i 3 s. In caso contrario, è possibile modificare il valore in Ageing Offset Register. Come farlo è descritto sopra. Il controllo della precisione del cronometro può essere effettuato anche utilizzando un frequenzimetro accurato, l'uscita di frequenza di 32768 Hz nel microcircuito è attivata dal software. Per misurare la frequenza tra i contatti "32768 Hz" e "17" sulla scheda del microcontrollore, è necessario collegare temporaneamente un resistore con un valore nominale di 10 kOhm e tra i contatti "32768 Hz" e "16" - un frequenzimetro . Durante il test, è possibile utilizzare due elementi di dimensioni AA per alimentare il cronometro. È inoltre necessario misurare la corrente consumata in diverse modalità operative e verificare il funzionamento della correzione della frequenza della temperatura; durante il suo normale funzionamento, un microamperometro collegato in serie alla fonte di alimentazione mostrerà picchi di corrente consumata con un periodo di 64 s . I programmi del microcontrollore possono essere scaricati da ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zip. Autore: N. Salimov
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