Cronômetro. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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O design oferecido aos leitores é um dispositivo de medição de tempo de alta precisão, ou seja, um cronômetro, feito nas dimensões de um relógio de pulso com alimentação autônoma. Ele contém um número relativamente pequeno de componentes públicos. As placas de circuito impresso são feitas em casa.

Para caber nas dimensões de um relógio de pulso, os componentes do cronômetro são colocados em duas placas de circuito impresso. Na placa inferior, cujo diagrama é mostrado na Fig. 1 contém um relógio de tempo real de precisão DS3231M+ (DD1) e um microcontrolador ATtiny2313A-SU (DD2). O microcontrolador é cronometrado a partir do gerador RC interno, que liberou seus pinos PA0 e Pa1 para comunicação com o chip de clock via interface I²C.

Arroz. 1. Chip de relógio de precisão

A porta B do microcontrolador controla os elementos dos números exibidos pelo indicador LED, e os ânodos das descargas indicadoras e botões de controle são conectados às saídas da porta D. O cronômetro é alimentado por uma única célula de lítio CR2032 com tensão de 3 V. A tensão de alimentação principal é fornecida ao chip DD1 da saída PD0 do microcontrolador e o backup (V_b) - através do diodo Schottky VD1 da célula de lítio. Isso garante a transição do modo DD1 do chip com baixo consumo de corrente quando o microcontrolador DD2 está no modo “sleep”.

O resistor R4 protege a saída PD0 de um possível curto-circuito em um fio comum quando um botão conectado a ele, localizado em outra placa, for pressionado.

O desenho da placa de circuito impresso inferior é mostrado na fig. 2. Ele é projetado para instalar elementos de montagem em superfície - resistores e capacitores de tamanho 1206, microcircuitos em pacotes SOIC. A placa fornece contatos para conectar o microcontrolador com o programador.

Arroz. 2. Desenho do PCB inferior

O esquema da placa superior é mostrado na fig. 3. Possui um indicador LED de quatro dígitos HG1, uma bateria G1 e botões SB1-SB3. Desenho de placa - na fig. 4. Os resistores são de tamanho 0805. A bateria é colocada no suporte CH224-2032.

Arroz. 3. Diagrama da placa superior

Arroz. 4. Desenho da placa

As placas são feitas de fibra de vidro laminada em ambos os lados com espessura de 1 mm. Após a fabricação, é necessário verificar cuidadosamente os condutores impressos quanto a circuitos abertos e curtos. Os jumpers placa a placa são soldados na placa inferior após a montagem das peças. Considerando a alta densidade de montagem e a pequena largura dos condutores, antes de conectar as placas entre si, é necessário certificar-se mais uma vez de que não há quebras ou curtos-circuitos nas mesmas. Uma junta isolante feita de papelão fino e grosso deve ser inserida entre as placas.

Depois que a energia é ligada, o programa coloca o microcontrolador no modo de microconsumo e desliga a fonte de alimentação principal do chip de relógio. Na ausência de energia principal, este chip também entra no modo econômico. O microcontrolador "acorda" em solicitações de interrupção externa. Interrompendo INT0 com o botão SB1, a hora atual é exibida no indicador, interrompendo INT1 com o botão SB2 - acertando a hora. No modo de configuração de hora, pressionar o botão SB1 altera o conteúdo do registro de horas e pressionar o botão SB2 altera o conteúdo do registro de minutos. A mudança só é possível na direção do aumento.

Saia do modo de ajuste de hora pressionando o botão SB3. Ao sair, o programa zera o registrador de segundos do chip do relógio. Para que este botão funcione, o programa no modo de ajuste de tempo muda a linha PD0 de saída para entrada e vice-versa.

O indicador HG1 é controlado pelo programa usando um temporizador de oito bits T0. Mediante solicitações de interrupção do temporizador, as informações são exibidas no indicador, enquanto o tempo de operação do indicador está sendo contado. A duração máxima de sua operação contínua é definida pela constante TimeDisp e é de 4,7 s por padrão. A contagem regressiva do tempo de operação do indicador (exibindo a hora atual) começa a partir do momento em que o botão SB1 é pressionado.

Para a comodidade de verificar o andamento do relógio, um fragmento pode ser ativado no programa que permite ligar e desligar o indicador com o botão SB1. Para fazer isso, no início do arquivo de código-fonte Chronometer1 .asm, remova o comentário (exclua o ponto e vírgula na primeira posição) a linha

;#define No_time_limit_for_dispiay

Depois de verificar o relógio, esta linha deve ser comentada novamente, pois uma inclusão acidental e prolongada do indicador leva a uma descarga rápida da bateria. Em anexo ao artigo estão duas versões do arquivo de inicialização do programa. Ao criar um (Chronometer1 .hex), a linha especificada foi comentada e, ao criar outra (Chronometer1NoUmit.hex), estava em vigor.

O piscar dos dois pontos separadores é implementado no software. Também é fornecido para apagar um zero insignificante na descarga de dezenas de horas. No modo de ajuste de tempo, não há limite para a duração do indicador, os dois pontos estão desligados.

Interface I²C opera a uma frequência de 100 kHz, sua implementação de software é retirada do livro de V. Trumpert "Microcontroladores AVR-RISC" (Kyiv: MK-Press, 2006). A tabela de comutação dos bits indicadores e a tabela de códigos de dígitos estão localizadas na memória de programa do microcontrolador.

O chip DS3231M+ fornece a correção do desvio de frequência do ressonador de quartzo conforme ele envelhece. A correção é armazenada no Aging Offset Register do chip. O programa do cronômetro não prevê tal correção, e 0 é escrito no registrador mencionado (a constante SIGN=0). Você pode alterar essa constante, se necessário. Se o clock for rápido, deve-se atribuir um valor positivo (o bit mais significativo é zero), se estiver atrasado, um valor negativo (o bit mais significativo é igual a um). unidade Jr

A descarga de uma constante altera a frequência do oscilador de cristal do relógio em aproximadamente 0,1 ppm. Depois de alterar a constante, você deve retraduzir o programa e carregar o arquivo HEX resultante no microcontrolador.

A configuração do microcontrolador ATtiny2313A-sU deve corresponder à tabela. O byte de configuração estendida permanece inalterado.

mesa

O cronômetro fabricado com o indicador ligado e uma tensão de alimentação de 3 V consome uma corrente média de 5 mA, no modo "dormir" - 1 μA. A correção de temperatura da frequência do gerador é realizada a cada 64 s, a duração do processo de medição de temperatura é de 125 ... 200 ms, a corrente consumida neste momento é de 575 μA. 492750 medições de temperatura e correções de frequência são realizadas por ano, o que consome cerca de 16 mAh de eletricidade. Com uma capacidade de bateria de 200 mAh, será suficiente para operar o cronômetro por pelo menos dois anos.

Após a montagem, o cronômetro deve ser conectado ao programador, baixar o programa para o microcontrolador e configurar o mesmo. Depois de desligar o programador e conectar a bateria, você pode pressionar o botão SB1, o indicador exibirá "_0:00" com dois pontos piscando. Ao pressionar o botão SB2, entre no modo de configuração de hora. Em seguida, pressionando o botão SB1, defina a hora atual e o minuto atual pressionando o botão SB2. Saia do modo de ajuste de hora pressionando o botão SB3. Nesse caso, o registro interno de segundos do microcircuito DD1 será zerado, o que permite sincronizar o cronômetro com um relógio de controle ou sinais de tempo precisos. Pressionando o botão SB1 novamente, você verá o tempo definido no indicador.

Para verificar a precisão do cronômetro, você terá que ser paciente por pelo menos um mês. Durante esse tempo, suas leituras não devem ultrapassar 3 s. Caso contrário, você pode alterar o valor no Aging Offset Register. Como fazer isso é descrito acima.

A verificação da precisão do cronômetro também pode ser feita usando um medidor de frequência preciso, a saída de frequência de 32768 Hz no microcircuito é ativada por software. Para medir a frequência entre os contatos "32768 Hz" e "17" na placa do microcontrolador, você deve conectar temporariamente um resistor com valor nominal de 10 kOhm e entre os contatos "32768 Hz" e "16" - um medidor de frequência . Durante o teste, dois elementos de tamanho AA podem ser usados ​​para alimentar o cronômetro. Também é necessário medir a corrente consumida em diferentes modos de operação e verificar o funcionamento da correção de frequência de temperatura; durante sua operação normal, um microamperímetro conectado em série com a fonte de alimentação mostrará picos de corrente consumida com um período de 64 s .

Os programas do microcontrolador podem ser baixados em ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zip.

Autor: N. Salimov

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