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無線電子工学および電気工学の百科事典 クロノメーター。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
読者の注目を集めたデザインは、時間を計測するための高精度のデバイス、つまり自律電源を備えた腕時計の寸法で作られたクロノメーターです。 これには、比較的少数の公的に入手可能なコンポーネントが含まれています。 プリント基板は自家製です。 腕時計の寸法に合わせるために、クロノメーターのコンポーネントは 1 つのプリント基板に配置されています。 底板には、その図が図に示されています。 図 3231 では、高精度リアルタイム クロック チップ DS1M+ (DD2313) と ATtiny2A-SU マイクロコントローラ (DD0) があります。 マイクロコントローラーは内部 RC 発振器からクロック供給され、ピン PA1 と PaXNUMX が解放され、インターフェイス I を介してクロック チップと通信できるようになります。2C.
マイクロコントローラーのポート B は、LED インジケーターによって表示される数字の要素を制御し、インジケーターの数字と制御ボタンのアノードはポート D のピンに接続されます。 クロノメーターは、電圧 2032 V の CR3 リチウム電池 1 個によって電力供給されます。DD0 マイクロ回路は、マイクロコントローラーの PDXNUMX ピンから主電源電圧とバックアップ電圧 (V) を受け取ります。b) - リチウム電池からショットキー ダイオード VD1 を介して。 これにより、DD1 マイクロコントローラーがスリープ モードで動作しているときに、DD2 マイクロ回路が確実に低消費電流モードに切り替わります。 抵抗 R4 は、別のボードにある PD0 出力に接続されているボタンを押したときに、PDXNUMX 出力を共通ワイヤへの短絡から保護します。 下部プリント基板の図面を図に示します。 2. 標準サイズ 1206 の抵抗器やコンデンサ、SOIC パッケージの超小型回路などの表面実装要素の取り付け用に設計されています。 ボードには、マイクロコントローラーとプログラマーを接続するための接点があります。
上面図は図の通りです。 3. 1 桁の LED インジケータ HG1、バッテリー G1、およびボタン SB3 ～ SB4 が含まれています。 基板図を図に示します。 0805. 抵抗器は標準サイズ 224 です。バッテリーはホルダー CH2032-XNUMX に配置されます。
ボードは両面とも厚さ 1 mm のグラスファイバーフォイルでできています。 製造後、プリント導体に断線や短絡がないか注意深く検査する必要があります。 部品を取り付けた後、基板間ジャンパを底板にはんだ付けします。 導体の設置密度が高く、導体の幅が狭いことを考慮して、基板を相互に接続する前に、断線や短絡がないことをもう一度確認する必要があります。 ボードの間には、薄くて厚いボール紙でできた絶縁パッドを挿入する必要があります。 電源をオンにした後、プログラムはマイクロコントローラーを微小消費モードに切り替え、クロック チップへの主電源をオフにします。 主電源がなくなると、このマイクロ回路もエコノミーモードになります。 マイクロコントローラーは外部割り込み要求により「ウェイクアップ」します。 SB0ボタンでINT1を割り込むと現在時刻がインジケーターに表示され、SB1ボタンでINT2を割り込むと時刻が設定されます。 時刻設定モードでは、SB1ボタンを押すと時レジスターの内容が変更され、SB2ボタンを押すと分レジスターの内容が変更されます。 変化は増加方向にのみ可能です。 SB3ボタンを押して時刻設定モードを終了します。 終了時に、プログラムはクロック チップの秒レジスタをリセットします。 このボタンを操作するために、時刻設定モードのプログラムは PD0 ラインを出力から入力に切り替え、またその逆に切り替えます。 プログラムは 1 ビット タイマ T0 を使用して HG4,7 インジケータを制御します。 タイマーからの割り込み要求により、指示計に情報を表示すると同時に指示計の動作時間を計算します。 連続動作の最大継続時間は TimeDisp 定数によって設定され、デフォルトでは 1 秒です。 SBXNUMXボタンを押した瞬間からインジケーターの動作時間（現在時刻を表示）のカウントダウンが始まります。 時計の進行状況を確認しやすくするために、SB1 ボタンでインジケーターのオンとオフを切り替えることができるフラグメントをプログラム内でアクティブにすることができます。 これを行うには、Chronometer1 .asm プログラムのソース ファイルの先頭にある行のコメントを解除します (最初の位置のセミコロンを削除します)。 ;#define No_time_limit_for_dispiay 時計をチェックした後、この行を再度コメントアウトする必要があります。誤ってインジケーターを長時間オンにすると、バッテリーが急速に放電する可能性があるためです。 この記事には、1 つのバージョンのプログラム ブート ファイルが添付されています。 一方 (Chronometer1.hex) を作成するとき、指定された行はコメントアウトされ、もう一方 (ChronometerXNUMXNoUmit.hex) を作成するときに、それが有効になりました。 分離コロンの点滅はソフトウェアで実装されています。 また、数十時間の桁の重要でないゼロを消去するための規定もあります。 時間設定モードでは、インジケーターの持続時間に制限はなく、コロンはオフになります。 インターフェースⅠ2C は 100 kHz の周波数で動作し、そのソフトウェア実装は V. Trumpert 著「AVR-RISC microcontrollers」(Kyiv: MK-Press、2006) から引用されています。 インジケータ桁切り替えテーブルと桁コード テーブルは、マイクロコントローラのプログラム メモリにあります。 DS3231M+ チップは、経年変化に伴う水晶共振子の周波数ドリフトを補正します。 補正はチップのエージング オフセット レジスタに保存されます。 クロノメーター プログラムではそのような補正は行われず、前述のレジスタには 0 が書き込まれます (定数 SIGN=0)。 必要に応じて、この定数を変更できます。 クロックが速い場合は、正の値 (最上位ビットは XNUMX) を割り当てる必要があり、クロックが遅い場合は、負の値 (最上位ビットは XNUMX) を割り当てる必要があります。 ジュニアユニット 放電定数により、クロックの水晶発振器の周波数が約 0,1 ppm 変化します。 定数を変更した後、プログラムを再変換し、結果の HEX ファイルをマイクロコントローラーにロードする必要があります。 ATtiny2313A-sU マイクロコントローラの設定はテーブルに対応している必要があります。 拡張設定バイトは変更されません。 テーブル
製造されたクロノメーターは、インジケーターがオンで電源電圧が 3 V の場合、「スリープ」モードでは平均 5 mA - 1 μA の電流を消費します。 発電機周波数の温度補正は 64 秒ごとに実行され、温度測定プロセスの継続時間は 125 ～ 200 ミリ秒、このときの消費電流は 575 μA です。 492750 年間で 16 回の温度測定と周波数補正が実行され、約 200 mAh の電力が消費されます。 バッテリー容量は XNUMX mAh で、クロノメーターを少なくとも XNUMX 年間動作させるのに十分です。 組み立て後、クロノメーターをプログラマーに接続し、マイクロコントローラー プログラムにロードして設定する必要があります。 プログラマーの電源を切り、バッテリーを接続した後、SB1 ボタンを押すと、インジケーターに「_0:00」と点滅するコロンが表示されます。 SB2ボタンを押すと時刻設定モードに入ります。 次に、SB1 ボタンを押して現在の時間を設定し、SB2 ボタンを押して現在の分を設定します。 SB3ボタンを押して時刻設定モードを終了します。 この場合、DD1 チップの内部秒レジスターがリセットされるため、クロノメーターを制御クロックまたは正確な時間信号と同期させることができます。 もう一度SB1ボタンを押すと、設定した時間がインジケーターに表示されます。 クロノメーターの精度を確認するには、少なくとも3か月は辛抱する必要があります。 この間、測定に XNUMX 秒以上かかることはありません。 それ以外の場合は、エージング オフセット レジスタの値を変更できます。 これを行う方法は上で説明されています。 クロノメーターの精度は、正確な周波数計を使用してチェックすることもできます。マイクロ回路の 32768 Hz の周波数出力はソフトウェアで作動します。 周波数を測定するには、マイクロコントローラーボード上のピン「32768 Hz」と「17」の間に 10 kOhm の抵抗を一時的に接続し、ピン「32768 Hz」と「16」の間に周波数計を接続する必要があります。 テスト中、64 つの AA サイズのセルをクロノメーターの電源として使用できます。 また、さまざまな動作モードで消費電流を測定し、温度周波数補正の動作を確認する必要があります。通常動作中、電源と直列に接続されたマイクロアンメータは、XNUMX 秒周期で消費電流のサージを示します。 マイクロコントローラープログラムは、ftp：//ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zipからダウンロードできます。 著者: N. サリモフ
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