Generatore preciso 1 Hz quarzo 32768. AVR. Corso di formazione. Modalità timer asincrono. Pro degli oscillatori a cristallo

Orologio al quarzo è il termine utilizzato per indicare una batteria dedicata per gli orologi al quarzo. Da un punto di vista tecnico, l'orologio al quarzo è un generatore di quarzo per la trasmissione dell'energia, necessaria per far girare le lancette dell'orologio. Quando si preme il quarzo dell'orologio, appare un impulso elettrico, quando viene applicata una corrente, si verifica la compressione. È grazie a specifiche tecniche usato orologio al quarzo, gli orologi basati su oscillatori al quarzo sono famosi per la loro straordinaria precisione.

Caratteristiche della selezione e del funzionamento dell'orologio al quarzo

Nel nostro negozio online puoi acquistare versioni moderne di alta qualità di orologi al quarzo all'ingrosso e al dettaglio dai migliori produttori mondiali e nazionali a prezzi competitivi. Sono previsti termini di consegna preferenziali per i residenti di Mosca. Quando un oscillatore al quarzo di alta qualità viene utilizzato in un movimento dell'orologio, l'orologio praticamente non richiede una ricarica aggiuntiva. È sufficiente avviarli una volta ogni pochi anni. Il parametro principale per la scelta di un orologio al quarzo è il suo ambito di applicazione, la conformità con il meccanismo dell'orologio. Orologio al quarzo delle nuove generazioni si adatta al massimo alle più svariate modifiche degli orologi al quarzo.

In questo articolo parleremo del dispositivo di un orologio al quarzo e di un risonatore al quarzo. Forse questo sarà un argomento piuttosto difficile da capire. Si prega di notare che l'articolo discute il principio di funzionamento di un orologio al quarzo non sull'esempio di un meccanismo esistente, ma su un primitivo modello astratto e grezzo, mostrando solo l'essenza del lavoro della maggior parte degli orologi elettronici e al quarzo.
In questo articolo, vorrei dissipare le imprecisioni riguardanti il ​​design del circuito dell'orologio al quarzo, che ho visto su altre risorse, ma ne parleremo più avanti.

Si consideri, ad esempio, il movimento al quarzo più semplice, costituito da:

1. Unità elettronica con controller e risonatore al quarzo
2. Batteria (non mostrata nella foto)
3. Motore passo-passo (bobina statorica e rotore a magneti permanenti)
4. Frecce della trasmissione ad ingranaggi

Qui sembra tutto semplice, l'unità elettronica invia un impulso elettrico alle bobine dello statore e il rotore compie un giro pari a un secondo. Ma come fa l'unità elettronica a "capire" che è passato il tempo per far girare il rotore.

Consideriamo più in dettaglio il funzionamento del circuito del blocco elettronico più semplice di un orologio al quarzo, costituito da un risonatore al quarzo (rettangolo verde) e un microcontrollore (quadrato rosso).

Ora soffermiamoci più in dettaglio sul principio di funzionamento e sul dispositivo di un risonatore al quarzo.

Nella foto c'è un risonatore al quarzo aperto, Sfortunatamente, non ho potuto aprirlo senza danneggiare il quarzo, che è più spesso usato negli orologi da polso.

Il lavoro di un risonatore al quarzo si basa su un effetto piezoelettrico.

L'essenza dell'effetto piezoelettrico è la generazione di un EMF da parte di un piezoelettrico quando un corpo solido (piezoelettrico) viene schiacciato o allungato (vibrazione) e viceversa quando viene applicata una tensione, il piezoelettrico verrà compresso o espanso. È importante notare che questo effetto si verifica solo al momento della compressione o dell'allungamento.

Qualsiasi risonatore al quarzo è costituito da un monocristallo di quarzo tagliato in un certo modo e con fissate piastre metalliche ad esso, a cui sono collegati i contatti. Nello specifico, l'orologio utilizza risonatori con un cristallo piatto a forma di diapason (a forma di lettera "Y" o "U") con piastre metalliche attaccate ai piani a cui sono collegati i cavi. Il quarzo stesso è un dielettrico, cioè non conduce corrente elettrica.

Passiamo ora all'essenza del lavoro di questo componente. Si ritiene che un risonatore al quarzo stesso generi una frequenza costante quando viene applicata la corrente continua. Non è così, infatti, tutto è un po' più complicato.

Come accennato in precedenza, l'effetto piezoelettrico si verifica solo quando il piezoelettrico viene compresso o allungato. Ad esempio, se si applica brevemente una carica elettrica ai cavi di un risonatore al quarzo, il cristallo di quarzo verrà compresso (EMF). Ma in quel momento, quando il quarzo verrà sbloccato, creerà una carica di polarità opposta (contro-EMF) sui terminali, ovviamente molto meno di quanto originariamente fornito. Cioè, ci sarà un'oscillazione. Possono esserci diverse oscillazioni, l'importante è che sia in questo caso (se non c'è ricarica della carica elettrica dall'esterno) che verranno smorzate armonicamente. Tutto questo avviene in brevissimo tempo. È come colpire un diapason. Un cristallo di quarzo può vibrare solo a una frequenza, indipendentemente dall'ampiezza.

Risonanza

Affinché le oscillazioni del quarzo siano costanti e non smorzate, è necessario fornire un'alimentazione esterna costante di queste oscillazioni, ad esempio con una corrente elettrica di una certa frequenza.

Passiamo ora al motivo per cui un risonatore è chiamato risonatore. Il cristallo di quarzo stesso ha una propria frequenza di vibrazioni meccaniche. Come ho già dato l'esempio sopra con un diapason. Ha anche una sua frequenza meccanica, cioè, non importa come lo colpisci, suonerà alla stessa nota (frequenza). Il quarzo è lo stesso. Se ai terminali viene applicata una corrente elettrica di qualsiasi frequenza (entro limiti ragionevoli), il quarzo vibrerà meccanicamente (questa volta già costantemente, a differenza di una carica a breve termine) solo con una certa frequenza (di risonanza), generando EMF e back EMF . Ma se la corrente della frequenza esatta alla quale il quarzo risuona viene applicata ai cavi di quarzo, il consumo di elettricità che si trasforma in lavoro (in oscillazioni del quarzo) sarà minimo, a differenza di altre frequenze. In parole povere, il quarzo lascerà passare attraverso se stesso tutte le frequenze tranne la sua frequenza di risonanza, alla quale la resistenza aumenterà bruscamente. Tutto questo ci ricorda il funzionamento di un circuito oscillatorio, ma il quarzo ha un fattore di qualità molto migliore.

Microcontrollore

Uno dei compiti del microcontrollore è quello di mantenere la frequenza ai conduttori di quarzo a cui risuona in base alla resistenza ad una certa frequenza.

Cioè, il microcontrollore è sincronizzato con il quarzo e poiché la frequenza del quarzo è nota, è noto quanto tempo è trascorso per un certo numero di oscillazioni del quarzo. Molto spesso, la frequenza del quarzo utilizzata negli orologi è 32.768 Hz. Con una tale frequenza, è possibile ottenere una buona precisione di temporizzazione.

DS32kHz - Oscillatori a cristallo con compensazione della temperatura ad alta precisione

Il circuito integrato DS32kHz è un popolare oscillatore a cristallo compensato in temperatura da 32,768 kHz con circuito di commutazione di backup della batteria integrato. La frequenza di uscita del DS32kHz è estremamente precisa e stabile per lunghi periodi di tempo. Un'idea chiara di ciò è data nella Figura 1.

Riso. 1.

La precisione garantita della misurazione del tempo per gli orologi con un generatore di clock a DS32kHz è di ± 1 minuto all'anno a un intervallo di temperatura di esercizio da 0 a 40 ° C. Quando la temperatura cambia da -40 a 85 ° C, la precisione dell'orologio è di ± 4 minuti all'anno. Nella Figura 1, la stabilità della frequenza è misurata in ppm (parti per milione). Ad esempio, per una frequenza di 1 MHz, un ppm è uguale a 1 Hz, cioè un milionesimo di 1 MHz, per una frequenza di 2 MHz, un ppm è uguale a 2 Hz. Lo schema a blocchi dell'oscillatore a cristallo DS32kHz è mostrato in Figura 2.

Riso. 2.

L'intervallo di tensione dell'alimentatore principale DS32kHz è compreso tra 4,5 e 5,5 V, la tensione nominale fornita all'ingresso dell'alimentazione di backup è 3 V (2,7…3,5 V). La calibrazione della frequenza non è richiesta. I microcircuiti sono prodotti in pacchetti DIP14, SO16-300 (ampio SOIC), BGA36 per intervalli di temperatura commerciali (0 ... 70 ° С) e industriali (-40 ... 85 ° С). Gli oscillatori a cristallo DS32kHz hanno già guadagnato popolarità tra gli sviluppatori e, senza dubbio, saranno richiesti in futuro.

DS3232, DS3234 - oscillatori a cristallo con controllo I2C e SPI

Se è necessario sintonizzare e calibrare la frequenza di clock di 32,768 kHz, è possibile utilizzare gli oscillatori al cristallo DS3232 e DS3234 con memoria incorporata per calibrare la frequenza di uscita e la SRAM generica. Entrambe le memorie sono protette da un alimentatore di backup contro la perdita di informazioni. Lo schema a blocchi di questi microcircuiti è mostrato in Figura 3. Nei microcircuiti, tramite il corretto collegamento a una fonte di alimentazione di backup (batteria o accumulatore), viene implementata la protezione contro le modifiche delle informazioni nella memoria SRAM in caso di interruzione dell'alimentazione. I microcircuiti funzionalmente vicini ai DS3232 e DS3234 considerati sono i generatori DS3231. La principale differenza tra il DS3231 è la mancanza di SRAM integrata. Tuttavia, in molti casi non è necessario e questo riduce il costo dell'orologio in tempo reale.

Riso. 3. Schema a blocchi di oscillatori a cristallo con memoria incorporata e controllo tramite interfacce seriali SPI e I 2 C

DS32B35 e DS32C35 - oscillatori a cristallo con memoria non volatile incorporata FRAM

La memoria FRAM (RAM Ferroelettrica) non richiede alimentazione di backup per proteggere le informazioni e conserva le informazioni quando l'alimentazione viene spenta, ha un consumo energetico molto basso. Ciò elimina la necessità di una batteria di backup e semplifica il circuito del generatore di temporizzazione di precisione, poiché una sola batteria al litio è sufficiente per fornire energia. I chip DS32B35 e DS32C35 sono disponibili per intervalli di temperatura commerciali e industriali e differiscono anche per la quantità di memoria FRAM incorporata. Lo schema a blocchi e i parametri principali di questi generatori sono mostrati nella Figura 4. I parametri principali dei generatori con memoria SRAM o FRAM incorporata sono riassunti nella Tabella 1.

Nome	Intervallo di temperatura, ° С		Memoria, bit	Portafoto
	0…70	-40…85
DS32B35	v		2k x 8	SO-20
DS32B35N		v
DS32C35	v		8k x 8
DS32C35N		v

Riso. 4.

Tabella 1. Orologio in tempo reale con memoria integrata, sensore di temperatura
e cristallo di quarzo

Nome innovazione	Inter- faccia	Upit., V	Memoria, byte	Gamma temperatura, ° С	Portafoto
DS3231	io 2 C	3,3	—	0…70; -40…85	SO-16
DS3232	io 2 C		SRAM, 236
DS3234	SPI		SRAM, 256		SO-20
DS32B35	io 2 C		FRAM, 2k	-40…85
DS32C35	io 2 C		FRAM, 8k

DS4026 - oscillatore a cristallo ad alta frequenza e alta precisione

Per una precisione di temporizzazione ancora maggiore, Maxim offre i nuovi oscillatori a cristallo con compensazione della temperatura ad alta frequenza DS4026 con regolazione del codice digitale e compensazione digitale (DC-TCXO). Il produttore garantisce l'accuratezza e la stabilità della frequenza ± 1 ppm nell'intervallo di temperatura di esercizio: -40 ... 85 ° С. La Figura 5 mostra lo schema a blocchi del DS4026. Per ottenere questa elevata precisione e ridurre al minimo il rumore di alimentazione, le parti digitale e analogica del circuito sono separate.

Riso. 5.

Frequenze standard DS4026 - 12,8; 19.44; 20.0; 38,88; 40 e 51,84 MHz. È possibile produrre su ordinazione generatori per altre frequenze. Ogni chip è calibrato dal produttore per ottenere precisione e stabilità di ± 1 ppm. Il produttore garantisce una deviazione massima della frequenza dal valore nominale di soli ± 4,6 ppm per 10 anni. Tramite l'interfaccia I 2 C, è possibile regolare la frequenza tramite codice digitale entro ± 8 ppm. Il DS4026 è disponibile in un contenitore SO-16 per intervalli di temperatura commerciali e industriali. Il segnale generato, grazie al buffer di uscita, ha un'elevata stabilità di fase e fronti simmetrici durante la salita e la discesa degli impulsi. La tensione di alimentazione dei generatori DS4026 è di 3,3V ± 5%. Sono disponibili nel corpo largo standard SO-16.

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Nuovo orologio in tempo reale a 32 bit

Maxim Integrated Products introduce l'orologio in tempo reale (RTC) DS1372 con contatore binario integrato e ID univoco a 64 bit. Software gestione dei diritti digitali(DRM) richiede un timestamp per i trasferimenti di file e un ID per identificare un utente autorizzato. L'integrazione di un contatore binario e di un ID univoco a 64 bit nel DS1372 non solo soddisferà i requisiti DRM, ma ridurrà anche il numero di componenti nel sistema e utilizzerà un processore meno costoso. L'orologio è disponibile in un pacchetto mSOP a 8 derivazioni ed è ideale per l'uso in lettori MP3 / MP4 / PMP, videoregistratori personali (PVR), fotocamere digitali e terminali POS (Point of Sale).

Un contatore binario incluso con il DS1372 fornisce una facile conversione delle misurazioni in tempo reale e tempo trascorso. Inoltre, anche in fase di produzione, un ID a 64 bit viene introdotto nell'IC mediante masterizzazione laser, che salva l'utente da una costosa procedura di programmazione ed esclude la possibilità di modifiche non autorizzate. numero di serie... Il DS1372 è progettato specificamente per applicazioni di backup della batteria, con un consumo di corrente di 450 nA (tip) @ 3V. L'uso di tali RTC a bassa potenza, ad esempio, in un lettore MP3 alimentato a batteria, consentirà l'arresto del processore principale per conservare la carica della batteria.

Il DS1372 è disponibile in un contenitore mSOP a 8 pin conforme a RoHS ed è classificato per il funzionamento in un intervallo di temperatura da -40 ° C a 85 ° C.

Sembrerebbe una cosa banale lanciare un orologio al quarzo. Che problemi possono esserci? C'è un microcontrollore e due delle sue gambe, che sono appositamente progettate per collegare il quarzo. C'è un orologio al quarzo. La saldatura del quarzo è una questione di due secondi. È necessario un altro minuto per aggiungere un paio di righe di inizializzazione del timer al programma. È tutto. MA, dopo aver acceso questo fottuto orologio al quarzo per tre giorni, mi sono reso conto che la domanda non è così semplice come pensavo.

E lo sfondo era così. Un amico mi ha chiesto di fargli un semplice orologio, senza campanelli e fischietti, su display a 7 segmenti. Una dannata cosa. Il microcontrollore è stato preso ATmega48 (sa lavorare con il quarzo dell'orologio), il programma è stato scritto rapidamente, il sigillo è stato inciso. Dopo aver assemblato l'orologio e aver eseguito il debug del programma (indicazione dinamica, pulsanti, ecc.), È arrivato il turno di guardare il quarzo. Prima di questo orologio, avevo già usato l'orologio al quarzo un paio di volte nei miei progetti e non prometteva nulla di buono :), ma è successo l'imprevisto: l'orologio al quarzo si è rifiutato categoricamente di avviarsi. In genere!
Nel tentativo di capire cosa impediva al mio orologio al quarzo di guadagnare, mi sono rivolto prima di tutto alla scheda tecnica del microcontrollore (ATmega48). C'erano pochissime informazioni sulla modalità asincrona e sulla connessione del timer. Poi ho iniziato a cercare una soluzione al problema sui forum. Qui c'era una varietà di soluzioni e consigli fino alle danze rituali con i tamburelli, che inoltre non mi aiutavano molto. Ho dovuto per tentativi ed errori (da non confondere con il "metodo poke"!) Per capire cosa è cosa. Come risultato di eroici tentativi, calpestando ogni rastrello e ucciso per tre giorni, è nata un'esperienza pratica di collegamento dell'orologio al quarzo, con cui condividerò qui.

Quindi, quale rastrello ci aspetta quando lanciamo un orologio al quarzo?

1 Circuito.
1.1 Condensatori.
Nella scheda tecnica del microcontrollore, è ampiamente menzionato che i condensatori devono essere collegati al quarzo dell'orologio ed è generalmente difficile scoprire la loro capacità. Guarda il quarzo, molto probabilmente, funzionerà senza condensatori, ma è meglio inserirli in questo migliorerà la stabilità della frequenza e aiuterà il quarzo ad avviarsi più velocemente.
La capacità dei condensatori dovrebbe essere compresa tra 12-22 pF.

1.2 Disposizione delle tracce per quarzo.
Qui la scheda tecnica e apnot ci danno istruzioni chiare. Le tracce dalle gambe del microcontrollore al quarzo dovrebbero essere il più corte possibile, la traccia di terra per i condensatori dovrebbe essere separata, cioè nessuna corrente estranea dovrebbe fluire attraverso di essa (specialmente per circuiti ad alta corrente e ad alta frequenza).

1.3 Cassa dell'orologio al quarzo.
La cassa in ferro del quarzo dell'orologio deve essere saldata a terra (a cui sono saldati i condensatori). Una cassa senza messa a terra fungerà da antenna, distorcendo il funzionamento del quarzo, compromettendo la precisione dell'orologio.

1.4 Sporcizia sul tabellone.
Guardare il quarzo è una cosa piuttosto delicata e basteranno un paio di megaohm tra le gambe per fermarlo. Come ha dimostrato la pratica, il flusso liquido, se viene lavato via male, fornisce una resistenza sufficiente in modo che il quarzo non funzioni. Lavare accuratamente la scheda dopo la saldatura. Molto spesso i flussi contengono acido, che conferisce conduttività tra le gambe. Per neutralizzare l'acido, sciacquare la tavola con una soluzione debole di bicarbonato di sodio (commestibile) e sciacquare abbondantemente con acqua pulita.

2 Programmazione.
2.1 Inizializzazione della modalità timer asincrono.
Affinché il timer funzioni da un orologio al quarzo, esso (il timer) deve essere commutato in modalità asincrona. Per trasferire il timer (per quasi tutti i microcontrollori, questo è il timer 2) in questa modalità, è necessario scrivere 1 nel bit AS2. Ma non tutto è così semplice, è necessario seguire un determinato algoritmo di avvio. Secondo la scheda tecnica, la procedura per abilitare la modalità asincrona per il timer 2 è la seguente:
1. Disabilita timer/contatore interrupt 2 - OCIE2x, TOIE2;
2. Passare in modalità asincrona 1 -> AS2;
3. Scrivere nuovi valori sui registri TCNT2, OCR2x e TCCR2x;
4. Attendere che i flag TCN2UB, OCR2xUB e TCR2xUB siano azzerati;
5. Reimpostare i flag di interruzione del timer/contatore 2;
6. Abilitare gli interrupt (se richiesto).

Assicurati di seguire questa sequenza. Ecco un elenco della corretta inizializzazione della modalità asincrona del timer2.

/ * disabilita gli interrupt * / cli (); / * 1. Disabilitare gli interrupt Timer / Counter2 azzerando OCIE2x e TOIE2. * / TIMSK2 & = ~ ((1<< OCIE2A) | (1 << OCIE2B) | (1 << TOIE2) ) ; / * 2. Impostare Timer/Contatore2 in modalità asincrona impostando AS2. * / ASSR = (1<< AS2) ; / * Dare un po' di tempo per stabilizzare il generatore (può essere omesso). * / _delay_ms (1000); / * 3. Scrivere i nuovi valori per TCNT2, OCR2x e TCCR2B. * / TCNT2 = 0; / * imposta il limitatore = 128 32,768 kHz / 128/256 = overflow una volta al secondo. * / TCCR2B | = (1<< CS22) | (1 << CS20) ; / * 4. Per essere sicuri che l'orologio funzioni, aspettiamo che i bit vengano cancellati: TCN2UB, OCR2AUB, OCR2BUB, TCR2AUB e TCR2BUB. * / mentre (ASSR e 0x1F); / * 5. Reimposta i flag di interruzione Timer/Contatore2. * / TIFR2 | = ((1<< OCF2A) | (1 << OCF2B) | (1 << TOV2) ) ; / * 6. Abilita l'interrupt di overflow del timer 2 * / TIMSK2 | = (1<< TOIE2) ; / * abilita gli interrupt * / sei ();

/ * disabilita gli interrupt * / cli (); / * 1. Disabilitare gli interrupt Timer / Counter2 azzerando OCIE2x e TOIE2. * / TIMSK2 & = ~ ((1<

2.2 Limitatore del tempo 2.
Affinché gli interrupt di overflow del Timer2 si verifichino una volta al secondo, il valore del limitatore deve essere 128. (128locator * 256overflow = 32768 frequenza di quarzo).

2.3 Ore di lavoro in modalità di sospensione PowerSave.
È molto allettante mettere il microcontrollore in modalità di sospensione nelle pause tra i secondi interrupt, nel qual caso la corrente del microcontrollore scenderà a 6-7 μA. In tal caso, esiste una modalità a basso consumo PowerSave, in cui il timer2 continua a funzionare da un quarzo e sveglia il microcontrollore con un'interruzione. L'algoritmo di questa modalità di funzionamento è semplice, dopo essere usciti dalla modalità di sospensione a causa dell'interruzione del timer nella procedura di gestione dell'interruzione, "ticchettiamo" per ore, usciamo dall'interruzione e diamo nuovamente il comando di sospensione (SLEEP). C'è una sfumatura molto importante qui. Ancora una volta, guardiamo la scheda tecnica sul microcontrollore nella sezione per le modalità a basso consumo e asincrone. Affinché il timer inizi a funzionare normalmente dopo il risveglio e sia in grado di riattivare il microcontrollore dallo stato di sospensione alla successiva interruzione, è necessario attendere un certo tempo prima che il comando si addormenti. Per assicurarsi che il generatore funzioni normalmente, è necessario scrivere su qualsiasi registro timer, da quelli che non interrompono l'orologio (ad esempio, in OCR2x) e attendere che i flag di prontezza di questo registro vengano cancellati (OCR2xUB ). Dopo che il flag è stato cancellato, puoi tranquillamente mettere il microcontrollore in modalità di sospensione.

/ * Punto di uscita dell'interrupt di overflow Timer2 * / / * Scrive qualsiasi valore su OCR2A. * / OCR2A = 0; / * Attendi fino a quando OCR2AUB non viene cancellato. * / mentre (ASSR & (1<

3 Varie.
3.1 Non usare quarzo cinese economico(specialmente quelli saldati da vecchi orologi penny rotti). Anche se funzionano, non avranno precisione.

3.2 E infine, avere diversi quarzi a portata di mano, il tuo quarzo potrebbe non avviarsi a causa del fatto che si trova nelle camere da letto. Prova a sostituirlo.

Ecco, a quanto pare, e tutti i rastrelli su cui ho calpestato mentre giravo l'orologio al quarzo. O qualcos'altro da aggiungere?

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Cos'è un generatore? Un generatore è essenzialmente un dispositivo che converte un tipo di energia in un altro. In elettronica, puoi spesso sentire la frase "generatore di energia elettrica, generatore di frequenza" e così via.

Un oscillatore a cristallo è un generatore di frequenza e include. Fondamentalmente, gli oscillatori a cristallo sono di due tipi:

quelli che possono emettere un segnale sinusoidale

e quelli che emettono un'onda quadra

Il più comunemente usato in elettronica è un'onda quadra.

Lo schema di Pierce

Per eccitare il quarzo alla frequenza di risonanza, dobbiamo assemblare un circuito. Il circuito più semplice per eccitare il quarzo è il classico Generatore di perforazione, che consiste in un solo transistor ad effetto di campo e una piccola reggia di quattro elementi radio:

Qualche parola su come funziona il circuito. Il circuito ha un feedback positivo e iniziano a comparire auto-oscillazioni. Ma qual è il feedback positivo?

A scuola, tutti voi siete stati vaccinati per la reazione di Mantoux per determinare se avete o meno un sondino. Dopo un po' sono venute le infermiere e hanno misurato la tua reazione cutanea a questa vaccinazione con un righello.

Quando è stato somministrato questo vaccino, era impossibile graffiare il sito di iniezione. Ma io, allora ancora un furfante, non ero sul tamburo. Non appena ho iniziato a graffiare silenziosamente il sito di iniezione, volevo graffiare ancora di più)) E la velocità della mano che ha graffiato il vaccino si è bloccata a un certo punto, perché potevo oscillare la mano con una frequenza massima di 15 Hertz. le mie mani si sono gonfiate sul pavimento)) E anche una volta mi hanno portato a donare il sangue per sospetto di tubercolosi, ma si è scoperto che non mi hanno trovato. Non è sorprendente ;-).

Allora, cosa ti sto raccontando alcune barzellette della vita? Il fatto è che questa vaccinazione contro la scabbia è il feedback più positivo. Cioè, mentre non l'ho toccato, non volevo graffiarlo. Ma non appena ho grattato delicatamente, ha iniziato a prudere di più e ho iniziato a grattarmi di più, e ha iniziato a prudere ancora di più, e così via. Se non ci fossero state restrizioni fisiche sulla mia mano, allora di sicuro il sito di vaccinazione sarebbe già stato cancellato dalla carne. Ma potevo solo agitare la mano con una frequenza massima. Quindi, il principio è lo stesso per un oscillatore a cristallo ;-). Ho dato un piccolo impulso, e inizia ad accelerare e si ferma già solo alla frequenza di risonanza parallela ;-). Diciamo solo "limitazione fisica".

La prima cosa che dobbiamo fare è selezionare l'induttore. Ho preso un nucleo toroidale e avvolto diversi giri dal filo MGTF

L'intero processo è stato controllato utilizzando un misuratore LC, raggiungendo un valore nominale, come nel diagramma - 2,5 mH. Se non bastava aggiungevo i turni, se esageravo lo diminuivo. Di conseguenza, ho ottenuto la seguente induttanza:

Il suo nome corretto è.

Pinout da sinistra a destra: Stoke - Source - Shutter

Una piccola digressione lirica.

Quindi, abbiamo assemblato l'oscillatore a cristallo, applicato la tensione, resta solo da rimuovere il segnale dall'uscita del nostro oscillatore fatto da sé. Un oscilloscopio digitale prende il sopravvento

Per prima cosa ho preso il quarzo alla frequenza più alta che ho: 32.768 Megahertz. Non confonderlo con il quarzo dell'orologio (sarà discusso di seguito).

Nell'angolo in basso a sinistra, l'oscilloscopio ci mostra la frequenza:

Come puoi vedere 32,77 Megahertz. La cosa principale è che il nostro quarzo è vivo e lo schema funziona!

Prendiamo un cristallo 27MHz:

La mia testimonianza è saltata. Ho proiettato che avevo tempo:

Anche la frequenza viene mostrata più o meno correttamente.

Bene, allo stesso modo controlliamo tutti gli altri quarzi che ho.

Ecco un oscillogramma di quarzo a 16MHz:

L'oscilloscopio ha mostrato una frequenza di esattamente 16 Megahertz.

Qui ho impostato il quarzo a 6 Megahertz:

Esattamente 6 Megahertz

4 Megahertz:

Tutto ok.

Bene, prendiamo un altro Soviet da 1 Megahertz. Ecco come appare:

Sopra dice 1000 Kilohertz = 1MegaHertz ;-)

Osserviamo l'oscillogramma:

Lavoratore!

Con un forte desiderio, puoi persino misurare la frequenza con un generatore di frequenza cinese:

L'errore di 400 Hertz per un vecchio quarzo sovietico non è molto. Ma è meglio, ovviamente, usare un normale frequenzimetro professionale ;-)

Orologio al quarzo

Con l'orologio al quarzo, l'oscillatore al quarzo secondo lo schema Pierce si rifiutava di funzionare.

"Cos'altro è il quarzo di questo orologio?" - tu chiedi. Il quarzo dell'orologio è un quarzo con una frequenza di 32.768 Hertz. Perché ha una frequenza così strana? Il punto è che 32 768 fa 2 15. Questo quarzo funziona in tandem con un microcircuito contatore a 15 bit. Questo è il nostro microcircuito K176IE5.

Il principio di funzionamento di questo microcircuito è il seguente:Dopo aver contato 32.768 impulsi, emette un impulso su una delle gambe. Appare questo impulso su uno stelo con un risonatore al quarzo a 32 768 Hertz esattamente una volta al secondo... E come ricordi, l'oscillazione una volta al secondo è di 1 Hertz. Cioè, su questa gamba verrà emesso un impulso con una frequenza di 1 Hertz. E visto che è così, perché non usarlo nel tuo orologio? Da qui il nome -.

Attualmente, negli orologi da polso e in altri gadget mobili, questo contatore e un risonatore al quarzo sono integrati in un microcircuito e forniscono non solo il conteggio dei secondi, ma anche una serie di altre funzioni, come sveglia, calendario, ecc. Tali microcircuiti sono chiamati RTC (R eal T ime C lock) o tradotto dal borghese Real Time Clock.

Circuito di perforazione per onda quadra

Quindi, torniamo al diagramma di Pierce. Il precedente circuito Pierce genera un segnale sinusoidale

Ma c'è anche un circuito Pierce modificato per un'onda quadra.

Ed eccola:

Le valutazioni di alcuni radioelementi possono essere modificate in un intervallo abbastanza ampio. Ad esempio, i condensatori C1 e C2 possono variare da 10 pF a 100 pF. Qui la regola è: minore è la frequenza del quarzo, minore dovrebbe essere la capacità del condensatore. Per orologi al quarzo, i condensatori possono essere forniti con un valore nominale di 15-18 pF. Se quarzo con una frequenza da 1 a 10 Megahertz, puoi mettere 22-56 pF. Se non vuoi disturbarti, inserisci dei condensatori da 22 pF. Sicuramente non sbaglierai.

Inoltre, un piccolo trucco da notare: modificando il valore del condensatore C1, è possibile regolare la frequenza di risonanza entro limiti molto sottili.

Il resistore R1 può essere modificato da 1 a 20 MΩ e R2 da zero a 100 kΩ. C'è anche una regola qui: minore è la frequenza del quarzo, maggiore è il valore di questi resistori e viceversa.

La frequenza massima del cristallo che può essere inserita nel circuito dipende dalla velocità dell'inverter CMOS. Ho preso il chip 74HC04. Non è una recitazione molto veloce. Consiste di sei inverter, ma utilizzeremo un solo inverter:

Ecco il suo pinout:

Dopo aver collegato un cristallo di orologio a questo circuito, l'oscilloscopio ha prodotto il seguente oscillogramma:

A proposito, questa parte del diagramma ti ricorda qualcosa?

Questa parte del circuito è utilizzata per il clock dei microcontrollori AVR?

Lei è la più! È solo che gli elementi del circuito mancanti sono già nello stesso MK ;-)

Pro degli oscillatori a cristallo

I vantaggi dei generatori di frequenza a cristallo sono la stabilità alle alte frequenze. Fondamentalmente è 10 -5 - 10 -6 del nominale o, come spesso si dice, ppm (dall'inglese. parti per milione)- parti per milione, cioè un milionesimo o 10 -6. La deviazione di frequenza in una direzione o nell'altra in un oscillatore al quarzo è principalmente associata a una variazione della temperatura ambiente, nonché all'invecchiamento del quarzo. Con l'invecchiamento del quarzo, la frequenza dell'oscillatore a cristallo diventa un po' meno ogni anno di circa 1,8x10 -7 dal nominale. Se, ad esempio, ho preso un quarzo con una frequenza di 10 Megahertz (10.000.000 Hertz) e lo metto nel circuito, in un anno la sua frequenza diminuirà di circa 2 Hertz ;-) Penso che sia abbastanza tollerabile.

Attualmente, gli oscillatori a cristallo sono prodotti sotto forma di moduli completi. Alcune aziende che producono tali generatori raggiungono una stabilità di frequenza fino a 10 -11 del nominale! I moduli finiti assomigliano a questo:

o giù di lì

Questi moduli oscillatori a cristallo hanno generalmente 4 pin. Ecco il pinout dell'oscillatore a cristallo quadrato:

Controlliamo uno di loro. Dice 1 MHz

Ecco la sua vista posteriore:

Ecco il suo pinout:

Applicando una tensione costante da 3,3 a 5 Volt con un più di 8, e un meno di 4, dall'uscita 5 ho ottenuto un meandro pulito, liscio, bello con una frequenza scritta su un oscillatore al quarzo, cioè 1 Megahertz, con molto piccole emissioni.

Beh, solo uno spettacolo per gli occhi irritati!

E il frequenzimetro cinese del generatore ha mostrato la frequenza esatta:

Quindi, concludiamo: è meglio acquistare un oscillatore al cristallo già pronto piuttosto che ammazzare un sacco di tempo e nervi per regolare il circuito di Pierce. Il circuito di Pierce sarà adatto per testare i risonatori e per i tuoi vari prodotti fatti in casa.