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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Chronomètre. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Technique de mesure Le design proposé à l'attention des lecteurs est un appareil de mesure du temps de haute précision, autrement dit un chronomètre, réalisé aux dimensions d'une montre-bracelet à alimentation autonome. Il contient un nombre relativement restreint de composants publics. Les circuits imprimés sont fabriqués à la maison. Pour s'adapter aux dimensions d'une montre-bracelet, les composants du chronomètre sont placés sur deux circuits imprimés. Sur le panneau inférieur, dont le schéma est illustré à la Fig. 1 contient une horloge temps réel de précision DS3231M+ (DD1) et un microcontrôleur ATtiny2313A-SU (DD2). Le microcontrôleur est cadencé à partir du générateur RC interne, qui a libéré ses broches PA0 et Pa1 pour la communication avec la puce d'horloge via l'interface I2C.
Le port B du microcontrôleur contrôle les éléments des nombres affichés par l'indicateur LED, et les anodes des décharges de l'indicateur et des boutons de commande sont connectées aux sorties du port D. Le chronomètre est alimenté par une seule pile au lithium CR2032 avec une tension de 3 V. La tension d'alimentation principale est fournie à la puce DD1 depuis la sortie PD0 du microcontrôleur, et la sauvegarde (Vb) - à travers la diode Schottky VD1 de la cellule au lithium. Ceci assure la transition du mode puce DD1 avec une faible consommation de courant lorsque le microcontrôleur DD2 est en mode « veille ». La résistance R4 protège la sortie PD0 d'un éventuel court-circuit à un fil commun lorsqu'un bouton qui lui est connecté, situé sur une autre carte, est enfoncé. Le dessin de la carte de circuit imprimé inférieure est illustré à la fig. 2. Il est conçu pour installer des éléments à montage en surface - résistances et condensateurs de taille 1206, microcircuits dans des boîtiers SOIC. La carte fournit des contacts pour connecter le microcontrôleur au programmateur.
Le schéma de la planche supérieure est illustré à la fig. 3. Il a un indicateur LED à quatre chiffres HG1, une batterie G1 et des boutons SB1-SB3. Dessin de la planche - sur la fig. 4. Les résistances dessus sont de taille 0805. La batterie est placée dans le support CH224-2032.
Les planches sont en fibre de verre laminée sur les deux faces avec une épaisseur de 1 mm. Après la fabrication, il est nécessaire de vérifier soigneusement les conducteurs imprimés pour les circuits ouverts et les courts-circuits. Les cavaliers carte à carte sont soudés dans la carte inférieure après le montage des pièces. Compte tenu de la densité de montage élevée et de la faible largeur des conducteurs, avant de connecter les cartes entre elles, il faut s'assurer encore une fois qu'il n'y a pas de coupures ou de courts-circuits sur celles-ci. Un joint isolant en carton fin et épais doit être inséré entre les planches. Après la mise sous tension, le programme met le microcontrôleur en mode micro-consommation et coupe l'alimentation principale de la puce d'horloge. En l'absence d'alimentation principale, cette puce passe également en mode économie. Le microcontrôleur "se réveille" sur les demandes d'interruption externes. En interrompant INT0 à partir du bouton SB1, l'heure actuelle est affichée sur l'indicateur, en interrompant INT1 à partir du bouton SB2 - réglage de l'heure. En mode de réglage de l'heure, appuyer sur la touche SB1 modifie le contenu du registre des heures et appuyer sur la touche SB2 modifie le contenu du registre des minutes. Le changement n'est possible que dans le sens de l'augmentation. Quittez le mode de réglage de l'heure en appuyant sur le bouton SB3. En quittant, le programme réinitialise le registre des secondes de la puce d'horloge. Pour que ce bouton fonctionne, le programme en mode de réglage de l'heure commute la ligne PD0 de la sortie à l'entrée et vice versa. L'indicateur HG1 est contrôlé par le programme à l'aide d'un temporisateur à huit bits T0. Lors de demandes d'interruption de la minuterie, des informations sont affichées sur l'indicateur, tandis que le temps de fonctionnement de l'indicateur est compté. La durée maximale de son fonctionnement continu est fixée par la constante TimeDisp et est de 4,7 s par défaut. Le compte à rebours du temps de fonctionnement de l'indicateur (affichant l'heure actuelle) commence à partir du moment où le bouton SB1 est enfoncé. Pour la commodité de vérifier la progression de l'horloge, un fragment peut être activé dans le programme qui vous permet d'allumer et d'éteindre l'indicateur avec le bouton SB1. Pour cela, au début du fichier de code source Chronometer1 .asm, décommentez (supprimez le point-virgule en première position) la ligne ;#define No_time_limit_for_dispiay Après avoir vérifié l'horloge, cette ligne doit être à nouveau commentée, car une inclusion accidentelle à long terme de l'indicateur entraîne une décharge rapide de la batterie. Attachés à l'article sont deux versions du fichier de démarrage du programme. Lors de la création d'un (Chronometer1 .hex), la ligne spécifiée était commentée, et lors de la création d'un autre (Chronometer1NoUmit.hex), elle était effective. Le clignotement du deux-points de séparation est implémenté dans le logiciel. Il est également prévu pour effacer un zéro insignifiant dans la décharge de dizaines d'heures. En mode réglage de l'heure, il n'y a pas de limite à la durée de l'indicateur, les deux-points sont éteints. Interface I2C fonctionne à une fréquence de 100 kHz, son implémentation logicielle est tirée du livre de V. Trumpert "AVR-RISC microcontrollers" (Kyiv : MK-Press, 2006). La table de commutation des bits indicateurs et la table des codes numériques sont situées dans la mémoire programme du microcontrôleur. La puce DS3231M+ permet de corriger la dérive de fréquence du résonateur à quartz au fur et à mesure qu'il vieillit. La correction est stockée dans le registre de décalage de vieillissement de la puce. Le programme du chronomètre ne prévoit pas une telle correction, et 0 est écrit dans le registre mentionné (la constante SIGN=0). Vous pouvez modifier cette constante si nécessaire. Si l'horloge est rapide, il faut lui attribuer une valeur positive (le bit le plus significatif est zéro), si elle est en retard, une valeur négative (le bit le plus significatif est égal à un). Unité junior La décharge d'une constante modifie la fréquence de l'oscillateur à quartz de l'horloge d'environ 0,1 ppm. Après avoir modifié la constante, vous devez retraduire le programme et charger le fichier HEX résultant dans le microcontrôleur. La configuration du microcontrôleur ATtiny2313A-sU doit correspondre au tableau. L'octet de configuration étendu reste inchangé. Таблица
Le chronomètre fabriqué avec l'indicateur allumé et une tension d'alimentation de 3 V consomme un courant moyen de 5 mA, en mode "veille" - 1 μA. La correction de température de la fréquence du générateur est effectuée toutes les 64 s, la durée du processus de mesure de la température est de 125 ... 200 ms, le courant consommé à ce moment est de 575 μA. 492750 mesures de température et corrections de fréquence sont effectuées par an, ce qui consomme environ 16 mAh d'électricité. Avec une batterie d'une capacité de 200 mAh, elle suffira à faire fonctionner le chronomètre pendant au moins deux ans. Après assemblage, le chronomètre doit être connecté au programmateur, télécharger le programme sur le microcontrôleur et définir sa configuration. Après avoir éteint le programmateur et connecté la batterie, vous pouvez appuyer sur le bouton SB1, l'indicateur affichera "_0:00" avec un côlon clignotant. En appuyant sur le bouton SB2, entrez dans le mode de réglage de l'heure. Ensuite, en appuyant sur le bouton SB1, réglez l'heure actuelle et la minute actuelle en appuyant sur le bouton SB2. Quittez le mode de réglage de l'heure en appuyant sur le bouton SB3. Dans ce cas, le registre interne des secondes du microcircuit DD1 sera remis à zéro, ce qui permet de synchroniser le chronomètre avec une horloge de contrôle ou des signaux horaires précis. En appuyant à nouveau sur le bouton SB1, vous verrez l'heure réglée sur l'indicateur. Pour vérifier l'exactitude du chronomètre, il faudra être patient pendant au moins un mois. Pendant ce temps, ses lectures ne doivent pas dépasser 3 s. Sinon, vous pouvez modifier la valeur dans le registre Aging Offset. Comment faire cela est décrit ci-dessus. La vérification de la précision du chronomètre peut également être effectuée à l'aide d'un fréquencemètre précis, la sortie de fréquence de 32768 Hz dans le microcircuit est activée par logiciel. Pour mesurer la fréquence entre les contacts "32768 Hz" et "17" sur la carte microcontrôleur, vous devez connecter temporairement une résistance d'une valeur nominale de 10 kOhm, et entre les contacts "32768 Hz" et "16" - un fréquencemètre . Pendant le test, deux éléments de taille AA peuvent être utilisés pour alimenter le chronomètre. Il est également nécessaire de mesurer le courant consommé dans différents modes de fonctionnement et de vérifier le fonctionnement de la correction de fréquence de température; lors de son fonctionnement normal, un microampèremètre connecté en série avec la source d'alimentation affichera des surtensions du courant consommé avec une période de 64 s . Les programmes du microcontrôleur peuvent être téléchargés sur ftp://ftp.radio.ru/pub/2016/08/chrono.zip. Auteur : N. Salimov
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