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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Cronómetro. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Tecnología de medición El diseño que se ofrece a la atención de los lectores es un dispositivo de alta precisión para medir el tiempo, es decir, un cronómetro, realizado en las dimensiones de un reloj de pulsera con fuente de alimentación autónoma. Contiene un número relativamente pequeño de componentes públicos. Las placas de circuito impreso se fabrican en casa. Para adaptarse a las dimensiones de un reloj de pulsera, los componentes del cronómetro se colocan en dos placas de circuito impreso. En el tablero inferior, cuyo diagrama se muestra en la Fig. 1 contiene un reloj en tiempo real de precisión DS3231M+ (DD1) y un microcontrolador ATtiny2313A-SU (DD2). El microcontrolador está cronometrado desde el generador RC interno, que liberó sus pines PA0 y Pa1 para comunicarse con el chip del reloj a través de la interfaz I.2C.
El puerto B del microcontrolador controla los elementos de los números que muestra el indicador LED, y los ánodos de las descargas del indicador y los botones de control están conectados a las salidas del puerto D. El cronómetro está alimentado por una sola celda de litio CR2032 con un voltaje de 3 V. El voltaje de suministro principal se suministra al chip DD1 desde la salida PD0 del microcontrolador, y el respaldo (Vb) - a través del diodo Schottky VD1 de la celda de litio. Esto asegura la transición del chip DD1 al modo con bajo consumo de corriente cuando el microcontrolador DD2 está en modo de "reposo". La resistencia R4 protege la salida PD0 de un posible cortocircuito a un cable común cuando se presiona un botón conectado a él, ubicado en otra placa. El dibujo de la placa de circuito impreso inferior se muestra en la fig. 2. Está diseñado para instalar elementos de montaje en superficie: resistencias y condensadores de tamaño 1206, microcircuitos en paquetes SOIC. La placa proporciona contactos para conectar el microcontrolador con el programador.
El esquema del tablero superior se muestra en la fig. 3. Tiene un indicador LED de cuatro dígitos HG1, una batería G1 y botones SB1-SB3. Dibujo del tablero - en la fig. 4. Las resistencias que tiene son de tamaño 0805. La batería se coloca en el soporte CH224-2032.
Los tableros están fabricados en fibra de vidrio laminada por ambas caras con un espesor de 1 mm. Después de la fabricación, es necesario verificar cuidadosamente los conductores impresos en busca de circuitos abiertos y cortocircuitos. Los puentes de placa a placa se sueldan en la placa inferior después de montar las piezas. Teniendo en cuenta la alta densidad de montaje y el pequeño ancho de los conductores, antes de conectar las placas entre sí, es necesario asegurarse una vez más de que no haya roturas o cortocircuitos en ellas. Se debe insertar una junta aislante hecha de cartón delgado y grueso entre las tablas. Después de encender la alimentación, el programa pone el microcontrolador en modo de microconsumo y apaga la fuente de alimentación principal del chip del reloj. En ausencia de la alimentación principal, este chip también entra en modo económico. El microcontrolador "se despierta" ante solicitudes de interrupción externas. Al interrumpir INT0 desde el botón SB1, la hora actual se muestra en el indicador, al interrumpir INT1 desde el botón SB2, configurando la hora. En el modo de configuración de la hora, al presionar el botón SB1 se cambia el contenido del registro de horas y al presionar el botón SB2 se cambia el contenido del registro de minutos. El cambio sólo es posible en la dirección del aumento. Salga del modo de configuración de la hora presionando el botón SB3. Al salir, el programa reinicia el registro de segundos del chip del reloj. Para que este botón funcione, el programa en el modo de configuración de tiempo cambia la línea PD0 de salida a entrada y viceversa. El indicador HG1 es controlado por el programa utilizando un temporizador T0 de ocho bits. Tras las solicitudes de interrupción del temporizador, la información se muestra en el indicador, mientras se cuenta el tiempo de operación del indicador. La duración máxima de su funcionamiento continuo la establece la constante TimeDisp y es de 4,7 s por defecto. La cuenta regresiva del tiempo de operación del indicador (que muestra la hora actual) comienza desde el momento en que se presiona el botón SB1. Para la comodidad de verificar el progreso del reloj, se puede activar un fragmento en el programa que le permite encender y apagar el indicador con el botón SB1. Para hacer esto, al comienzo del archivo de código fuente Chronometer1 .asm, descomente (elimine el carácter de punto y coma en la primera posición) la línea ;#definir No_time_limit_for_dispiay Después de verificar el reloj, esta línea debe comentarse nuevamente, ya que una inclusión accidental a largo plazo del indicador conduce a una descarga rápida de la batería. Adjunto al artículo hay dos versiones del archivo de arranque del programa. Al crear uno (Chronometer1 .hex), la línea especificada se comentó, y al crear otro (Chronometer1NoUmit.hex), estaba en vigor. El parpadeo de los dos puntos de separación está implementado en el software. También está previsto para suprimir un cero insignificante en la descarga de decenas de horas. En el modo de configuración de tiempo, no hay límite en la duración del indicador, los dos puntos están apagados. Interfaz I2C opera a una frecuencia de 100 kHz, su implementación de software está tomada del libro de V. Trumpert "Microcontroladores AVR-RISC" (Kyiv: MK-Press, 2006). La tabla de conmutación de los bits indicadores y la tabla de códigos de dígitos se encuentran en la memoria de programa del microcontrolador. El chip DS3231M+ proporciona la corrección de la deriva de frecuencia del resonador de cuarzo a medida que envejece. La corrección se almacena en el registro de compensación de envejecimiento del chip. El programa del cronómetro no prevé tal corrección, y se escribe 0 en el registro mencionado (la constante SIGN=0). Puede cambiar esta constante si es necesario. Si el reloj va rápido, se le debe asignar un valor positivo (el bit más significativo es cero), si está atrasado, un valor negativo (el bit más significativo es igual a uno). unidad junior La descarga de una constante cambia la frecuencia del oscilador de cristal del reloj en aproximadamente 0,1 ppm. Después de cambiar la constante, debe volver a traducir el programa y cargar el archivo HEX resultante en el microcontrolador. La configuración del microcontrolador ATtiny2313A-sU debe coincidir con la tabla. El byte de configuración extendida permanece sin cambios. Таблица
El cronómetro fabricado con el indicador encendido y una tensión de alimentación de 3 V consume una corriente media de 5 mA, en el modo de "reposo" - 1 μA. La corrección de temperatura de la frecuencia del generador se realiza cada 64 s, la duración del proceso de medición de temperatura es de 125 ... 200 ms, la corriente consumida en este momento es de 575 μA. Se realizan 492750 mediciones de temperatura y correcciones de frecuencia por año, lo que consume alrededor de 16 mAh de electricidad. Con una capacidad de batería de 200 mAh, será suficiente para hacer funcionar el cronómetro durante al menos dos años. Después del montaje, el cronómetro debe conectarse al programador, descargar el programa al microcontrolador y establecer su configuración. Después de apagar el programador y conectar la batería, puede presionar el botón SB1, el indicador mostrará "_0:00" con dos puntos parpadeantes. Al presionar el botón SB2, ingrese al modo de ajuste de hora. Luego, presionando el botón SB1, configure la hora actual y el minuto actual presionando el botón SB2. Salga del modo de configuración de la hora presionando el botón SB3. En este caso, el registro interno de segundos del microcircuito DD1 se restablecerá a cero, lo que le permite sincronizar el cronómetro con un reloj de control o señales de tiempo precisas. Al presionar nuevamente el botón SB1, verá el tiempo establecido en el indicador. Para verificar la precisión del cronómetro, deberá tener paciencia durante al menos un mes. Durante este tiempo, sus lecturas no deben superar los 3 s. De lo contrario, puede cambiar el valor en el registro de compensación de antigüedad. Cómo hacer esto se describe arriba. También se puede verificar la precisión del cronómetro usando un medidor de frecuencia preciso, la salida de frecuencia de 32768 Hz en el microcircuito está activada por software. Para medir la frecuencia entre los contactos "32768 Hz" y "17" en la placa del microcontrolador, debe conectar temporalmente una resistencia con un valor nominal de 10 kOhm, y entre los contactos "32768 Hz" y "16", un medidor de frecuencia . Durante la prueba, se pueden usar dos elementos de tamaño AA para alimentar el cronómetro. También es necesario medir la corriente consumida en diferentes modos de operación y verificar el funcionamiento de la corrección de frecuencia de temperatura, durante su operación normal, un microamperímetro conectado en serie con la fuente de alimentación mostrará picos de la corriente consumida con un período de 64 s. . Los programas de microcontrolador se pueden descargar desde ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zip. Autor: N. Salímov
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