Precíz kvarckristály rezonátor órákhoz. Kristály oszcillátor
Ebben a cikkben a kvarcóra és a kvarc rezonátor eszközéről fogunk beszélni. Talán ez egy meglehetősen nehezen érthető téma lesz. Felhívjuk figyelmét, hogy a cikk a kvarcóra működési elvét nem egy meglévő mechanizmus példáján tárgyalja, hanem egy primitív absztrakt és durva modellen, amely csak a legtöbb elektronikus és kvarcóra működésének lényegét mutatja be.
Ebben a cikkben szeretném eloszlatni azokat a pontatlanságokat a kvarcóra áramkör tervezésével kapcsolatban, amelyeket más forrásokon láttam, de erről alább.
Vegyük például a legegyszerűbb kvarcmozgást, amely a következőkből áll:
- Elektronikus egység vezérlővel és kvarc rezonátorral
- Akkumulátor (a képen nem látható)
- Léptetőmotor (állórész tekercs és állandó mágneses forgórész)
- Fogaskerék meghajtó nyilak
Itt minden egyszerűnek tűnik, az elektronikus egység elektromos impulzust küld az állórész tekercseinek, a forgórész pedig egy másodperces fordulatot tesz. De hogyan "érti" az elektronikus egység, hogy eltelt az idő a rotor elfordítására.
Tekintsük részletesebben a kvarcóra legegyszerűbb elektronikus blokkjának áramkörének működését, amely egy kvarc rezonátorból (zöld téglalap) és egy mikrokontrollerből (piros négyzet) áll.
Most nézzük meg részletesebben a kvarc rezonátor működési elvét és eszközét.
A képen egy kinyitott kvarc rezonátor látható, sajnos nem tudtam kinyitni a karórákban leggyakrabban használt kvarc sérülése nélkül.
A kvarc rezonátor munkája piezoelektromos effektuson alapul.
A piezoelektromos hatás lényege, hogy egy piezoelektromos elektromágneses teret generál, amikor egy szilárd testet (piezoelektromos) összenyomnak vagy megnyújtanak (rezgés), és fordítva, amikor feszültséget alkalmaznak, a piezoelektromos anyag összenyomódik vagy kitágul. Fontos megjegyezni, hogy ez a hatás csak a tömörítés vagy nyújtás pillanatában jelentkezik.
Bármely kvarc rezonátor egy meghatározott módon kivágott kvarc egykristályból áll, amelyhez fémlemezek vannak rögzítve, amelyekhez érintkezők vannak csatlakoztatva. Pontosabban, az óra lapos kristályos rezonátorokat használ hangvilla formájában ("Y" vagy "U" betű formájában), amelyekhez fémlemezek vannak rögzítve azokhoz a síkokhoz, amelyekhez a vezetékek csatlakoznak. A kvarc maga egy dielektrikum, vagyis nem vezet elektromos áramot.
Most térjünk át ennek az összetevőnek a lényegére. Úgy gondolják, hogy maga a kvarc rezonátor állandó frekvenciát generál, amikor egyenáramot alkalmaznak. Ez nem így van, sőt, minden valamivel bonyolultabb.
Mint fentebb említettük, a piezoelektromos hatás csak akkor lép fel, ha a piezoelektromos anyagot összenyomják vagy megnyújtják. Például, ha rövid ideig elektromos töltést ad a kvarcrezonátor vezetékeire, akkor a kvarckristály összenyomódik (EMF). De abban a pillanatban, amikor a kvarc visszacsavarodik, ellentétes polaritású (ellen-EMF) töltést hoz létre a kapcsokon, természetesen sokkal kisebb, mint az eredetileg szállított. Vagyis egy kilengés lesz. Többféle rezgés is előfordulhat, az a fontos, hogy ebben az esetben (ha nincs kívülről történő elektromos töltés újratöltése) azok harmonikusan csillapodnak. Mindez nagyon rövid időn belül megtörténik. Ez körülbelül ugyanaz, mint egy hangvillát ütni. Egy kvarckristály csak egy frekvencián tud rezegni, függetlenül az amplitúdótól.
Rezonancia
Annak érdekében, hogy a kvarc rezgései állandóak legyenek, és ne csillapodjanak, ezeknek a rezgéseknek állandó külső betáplálását kell biztosítani, például egy bizonyos frekvenciájú elektromos árammal.
Most menjünk tovább arra, hogy miért nevezik a rezonátort rezonátornak. Magának a kvarckristálynak megvan a maga mechanikai rezgési frekvenciája. Ahogy a fenti példát már hangvillával hoztam. Ennek is megvan a saját mechanikus frekvenciája, vagyis akárhogy ütöd, ugyanazon a hangon (frekvencián) fog szólni. A kvarc ugyanaz. Ha bármilyen frekvenciájú (ésszerű határokon belüli) elektromos áramot vezetünk a kapcsokra, akkor a kvarc mechanikusan rezeg (ezúttal már állandóan, ellentétben a rövid távú töltéssel) csak egy bizonyos (rezonancia) frekvenciával, EMF-et és vissza EMF-et generálva. . De ha a pontos frekvenciájú áramot, amelyen a kvarc rezonál, a kvarcvezetékekre alkalmazzák, akkor a munkává (kvarc rezgésekbe) átalakuló villamos energia fogyasztása minimális lesz, ellentétben más frekvenciákkal. Nagyjából elmondható, hogy a kvarc minden frekvenciát átenged magán, kivéve a rezonanciafrekvenciáját, amelynél az ellenállás meredeken megnő. Mindez egy oszcillációs áramkör működésére emlékeztet, de a kvarcnak sokkal jobb minőségi tényezője van.
Mikrokontroller
A mikrokontroller feladatai közé tartozik, hogy a kvarc vezetékeknél azt a frekvenciát tartsa, amelyen rezonál egy bizonyos frekvencián az ellenállás alapján.
Vagyis a mikrokontroller szinkronizálva van a kvarccal, és mivel a kvarc frekvenciája ismert, így ismert, hogy mennyi idő telt el egy bizonyos számú kvarc rezgésig. Leggyakrabban az órákban használt kvarc frekvenciája 32 768 Hz. Ilyen frekvenciával jó időzítési pontosság érhető el.
Triviális dolognak tűnik egy órakvarcot piacra dobni. Milyen problémák adódhatnak? Van egy mikrokontroller és annak két lába, amelyeket kifejezetten a kvarc csatlakoztatására terveztek. Van egy óra kvarc. A kvarc forrasztása két másodperc kérdése. Még egy percre van szükség néhány időzítő inicializálási sor hozzáadásához a programhoz. Ez minden. DE miután három napig futottam ezzel a kibaszott órakvarccal, rájöttem, hogy a kérdés nem olyan egyszerű, mint gondoltam.
A háttér pedig ilyen volt. Egy barátom megkért, hogy készítsek neki egy egyszerű órát, harangok és sípok nélkül, 7 szegmenses kijelzőn. Egy átkozott dolog. A mikrokontrollert ATmega48-al vették (tudja, hogyan kell órakvarccal dolgozni), gyorsan megírták a programot, bevésték a pecsétet. Az óra összeszerelése és a program hibakeresése (dinamikus jelzés, gombok stb.) után a kvarcnézésre került a sor. Ez előtt az óra előtt már használtam párszor órakvarcot a projektjeimben, és ez nem sok jót ígért :), de megtörtént a váratlan - az órakvarc határozottan nem indult el. Általában!
Annak érdekében, hogy kiderítsem, mi akadályozta meg a kvarcórám bevételeit, először is a mikrokontroller (ATmega48) adatlapjához fordultam. Nagyon kevés információ volt az aszinkron módról és az időzítő kapcsolatról. Aztán elkezdtem megoldást keresni a problémára a fórumokon. Itt sokféle megoldás és tanács volt a rituális tamburás táncokig, ami szintén nem sokat segített. Próbálgatással (nem keverendő össze a "bökés módszerrel"!) kellett rájönnöm, mi az. Hősies próbálkozások eredményeként, minden gereblyére lépve és három napon át ölve megszületett az órakvarc összekapcsolásának gyakorlati tapasztalata, amit itt megosztok.
Tehát milyen gereblye vár ránk, amikor elindítunk egy órakvarcot?
1 Áramkör.
1.1 Kondenzátorok.
A mikrokontroller adatlapján elég bőven szerepel, hogy az órakvarchoz kondenzátorokat kell kötni, ezek kapacitásáról általában nehéz tájékozódni. A kvarc óra valószínűleg kondenzátorok nélkül fog működni, de jobb, ha behelyezi őket, ez javítja a frekvenciastabilitást és segít a kvarc gyorsabb indításában.
A kondenzátorok kapacitásának 12-22 pF között kell lennie.
1.2 A pályák elrendezése kvarchoz.
Itt az adatlap és az apnot egyértelmű utasításokat ad nekünk. A mikrokontroller lábaktól a kvarcig a pályák minél rövidebbek legyenek, a kondenzátorok földelési pályája külön legyen, vagyis ne folyhasson át rajta idegen áram (főleg nagyáramú és nagyfrekvenciás áramköröknél).
1.3 Kvarc óraház.
Az órakvarc vasházát a földhöz kell forrasztani (amelyhez a kondenzátorok vannak forrasztva). A földeletlen tok antennaként működik, torzítja a kvarc működését, rontja az óra pontosságát.
1.4 Kosz a táblán.
Az órakvarc elég kényes dolog, és pár megohm a lábak között elég lesz a leállításához. Amint a gyakorlat azt mutatja, a folyékony fluxus, ha rosszul van lemosva, elegendő ellenállást biztosít ahhoz, hogy a kvarc ne működjön. Forrasztás után alaposan mossa le a táblát. A fluxusok nagyon gyakran tartalmaznak savat, amely vezetőképességet biztosít a lábak között. A sav semlegesítéséhez öblítse le a táblát gyenge szódabikarbóna-oldattal (élelmiszer-minőségű), és alaposan öblítse le tiszta vízzel.
2 Programozás.
2.1 Az aszinkron időzítő üzemmód inicializálása.
Ahhoz, hogy az időzítő órakvarcról működjön, azt (az időzítőt) aszinkron üzemmódba kell kapcsolni. Az időzítő (majdnem minden mikrokontrollernél ez a 2. időzítő) ebbe a módba történő átviteléhez 1-et kell írni az AS2 bitre. De nem minden olyan egyszerű, követnie kell egy bizonyos indítási algoritmust. Az adatlap szerint a 2. időzítő aszinkron üzemmódjának engedélyezése a következő:
1. Az időzítő/számláló megszakítások letiltása 2 - OCIE2x, TOIE2;
2. Kapcsolja át aszinkron módra 1 -> AS2;
3. Írjon új értékeket a TCNT2, OCR2x és TCCR2x regiszterekbe;
4. Várjon, amíg a TCN2UB, OCR2xUB és TCR2xUB jelzők törlődnek;
5. Állítsa vissza az időzítő / számláló 2 megszakítási jelzőit;
6. Engedélyezze a megszakításokat (ha szükséges).
Feltétlenül kövesse ezt a sorrendet. Itt van egy lista az időzítő2 aszinkron üzemmódjának helyes inicializálásáról.
| / * megszakítások letiltása * / cli (); / * 1. Az időzítő / Counter2 megszakítások letiltása az OCIE2x és a TOIE2 nullázásával. * / TIMSK2 & = ~ ((1<< OCIE2A) | (1 << OCIE2B) | (1 << TOIE2) ) ; / * 2. Állítsa a Timer / Counter2-t aszinkron módba az AS2 beállításával. * / ASSR = (1<< AS2) ; / * Adjunk egy kis időt a generátor stabilizálására (elhagyható). * / _delay_ms (1000); / * 3. Írja be a TCNT2, OCR2x és TCCR2B új értékeit. * / TCNT2 = 0; / * állítsa be a limitert = 128 32,768 kHz / 128/256 = túlcsordulás másodpercenként egyszer. * / TCCR2B | = (1<< CS22) | (1 << CS20) ; / * 4. Hogy megbizonyosodjunk arról, hogy az óra jár, megvárjuk, amíg a bitek törlődnek: TCN2UB, OCR2AUB, OCR2BUB, TCR2AUB és TCR2BUB. * / while (ASSR & 0x1F); / * 5. Állítsa vissza a Timer / Counter2 megszakítási jelzőket. * / TIFR2 | = ((1<< OCF2A) | (1 << OCF2B) | (1 << TOV2) ) ; / * 6. Az időzítő túlcsordulási megszakításának engedélyezése 2 * / TIMSK2 | = (1<< TOIE2) ; / * megszakítás engedélyezése * / sei (); |
/ * megszakítások letiltása * / cli (); / * 1. Az időzítő / Counter2 megszakítások letiltása az OCIE2x és a TOIE2 nullázásával. * / TIMSK2 & = ~ ((1< 2.2 Időzítő korlátozó 2. 2.3 Munkaidő alvó üzemmódban PowerSave. / * Timer2 overflow megszakítás kilépési pontja * / / * Írjon be bármilyen értéket az OCR2A-ba. */OCR2A = 0; / * Várjon, amíg az OCR2AUB törlődik. * / while (ASSR & (1< 3 Vegyes. 3.2 És végül, ha több különböző kvarc van kéznél, előfordulhat, hogy a kvarc nem indul el, mivel a hálószobákban van. Próbálja kicserélni. Úgy tűnik, itt van, és az összes gereblye, amelyen az órakvarc futása közben tapostam. Vagy még valamit hozzá kell tenni? (9 508 alkalommal látogatva, ma 1 látogatás) Ebben a fényképes kis esszében megmutatom a nagyközönségnek, hogyan kell kezelni egy meglehetősen gyakori "fájós" digitális elektronikus órát – ez egy pontatlan mozdulat. Az óra lemaradhat, rohanhat, és a menet közbeni apró hibákra legtöbbször nem figyelünk, de ha napi 5 (öt) perccel lemarad az óra, akkor az kezd idegesítő lenni. Azért vettem ezt az órát, hogy nosztalgiázzak a régi szovjet idők után, amikor zöldebb volt a nap és világosabb a fű... vagy fordítva? .. mindegy! A lényeg az, hogy az öröm nem vált be - az óra aljasan késett. Több mint 5 perc naponta. Kezelni kell, gondoltam. Az óra meggyógyításához szükségünk van: Szükségszerűen Kívánatos Szétszedjük az órát Csavarja ki a hátlapot tartó négy csavart. Óvatosan távolítsa el a fedelet, távolítsa el a piezoelektromos rezonátort (nyikorgót). A csikorgót nem az ujjunkkal mancsoljuk, az oldalsó éleinél és a fém alapnál fogjuk. Kivesszük az órát a tokból. Négy csavart kicsavarunk - három a 2016-os lítium akkumulátort tartja, az egyik a rugós lábat tartja, hogy jelet küldjön a berregőnek. Óvatosan vegye ki a táblát a műanyag tartóból csipesszel. A kvarc cseréjére úgy döntöttem, hogy egy régi alaplapból származó donor kvarcot használok, ami tíz éve halt meg, és lassan szétszedem egy kis készletbe. A cseréhez egyszerűen forrasztunk egy kvarcot, és egy másikat. Összeszerelés A mechanizmust fordított sorrendben szereljük össze - a táblát a klipre helyezzük, vannak vezetőcsapok. A táblára tettünk egy elemet, mínusz le. Megfordítjuk a blokkot, és nézzük - az órának el kell indulnia. Ha ez nem történik meg, akkor vagy az akkumulátor fel van fordítva, vagy a kvarc nincs forrasztva, vagy nem működik, vagy megölte a táblát a statikusság :) Rendben, most mindennek vége! Napközben sem előre, sem hátra nem járt az óra, pontosan és pontosan megy. Megnézem újra, majd leiratkozom a pontosság miatt. Azt kell mondanom, hogy a kvarc cseréjének eljárása minden kvarcóra esetében azonos - digitális, analóg. De emlékeznünk kell arra, hogy a kínai kvarcórák többsége műanyag szegecsekre van szerelve, amelyeket "gomba" olvaszt meg, pl. Valójában az óra szétszerelése után nagyon nehéz összeszerelni. Ezen a "murzilkán" kívül volt egy film, amit a kínaiak nem vettek le az LCD-ről, amikor belehelyezték a klipbe. Eltávolítottam ezt a filmet, és a képernyő kontrasztja kissé megnőtt. A film szinte láthatatlan, de az én órámon volt. UPD
. A megjegyzésekben a pontosság finomhangolásának receptjét adják meg a miniatűr kerámia kondenzátorok forrasztásával. A kvarc helyettesítésének alternatívájaként meglehetősen életképes és egészséges. A lényeg az, hogy van egy hely, ahol ezeket a kondenzátorokat elhelyezik. Nos, ezek jelenléte... És általában, barátok, a lényeg nem az áttekintés, a lényeg a megjegyzések))) A kvarc óra kifejezés a kvarcórákhoz dedikált akkumulátorra utal. Technikai szempontból az órakvarc egy kvarcgenerátor energia továbbítására, amely az óramutatók forgatásához szükséges. Amikor megnyomja az óra kvarcot, elektromos impulzus jelenik meg, amikor áramot vezetnek rá, kompresszió lép fel. A használt órakvarc műszaki jellemzőinek köszönhető, hogy a kvarcoszcillátorokon alapuló órák elképesztő leolvasási pontosságukról híresek. Webáruházunkban versenyképes áron vásárolhatja meg a kvarcórák kiváló minőségű modern változatait nagy- és kiskereskedelemben a legjobb világ és hazai gyártóktól. A moszkvai lakosok kedvezményes szállítási feltételeket biztosítanak. Ha egy óraszerkezetben kiváló minőségű kvarcoszcillátort használnak, az óra gyakorlatilag nem igényel további töltést. Elegendő néhány évente egyszer elindítani őket. Az órakvarc kiválasztásának fő paramétere az alkalmazási terület, az óramechanizmusnak való megfelelés. Az új generációs órakvarcok maximálisan igazodnak a kvarcórák legváltozatosabb változataihoz.
Ahhoz, hogy a Timer2 túlcsordulási megszakítása másodpercenként egyszer forduljon elő, a limiter értékének 128-nak kell lennie (128locator * 256overflow = 32768 kvarc frekvencia).
Nagyon csábító a mikrokontroller alvó üzemmódba állítása a második megszakítások közötti szünetekben, ilyenkor a mikrokontroller árama 6-7 μA-re csökken. Ilyen esetre van egy PowerSave alacsony fogyasztású mód, amelyben az időzítő2 órakristályból folytatja a munkát, és megszakítással felébreszti a mikrokontrollert. Az ilyen üzemmód algoritmusa egyszerű, az alvó üzemmódból való kilépés után az időzítő megszakítása miatt a megszakításkezelési eljárásban órákig "pipálunk", kilépünk a megszakításból, és ismét alvó (SLEEP) parancsot adunk. Itt van egy nagyon fontos árnyalat. Ismét megnézzük a mikrokontroller adatlapját az alacsony fogyasztásról és az aszinkron üzemmódokról szóló részben. Ahhoz, hogy az időzítő normálisan működjön ébredés után, és a következő megszakításkor fel tudja ébreszteni a mikrokontrollert alvó állapotból, várnia kell egy bizonyos időt, mielőtt a parancs elalszik. Annak érdekében, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a generátor megfelelően működik, írjon bármelyik időzítő regiszterbe, azok egyikébe, amelyek nem törik az órát (például az OCR2x-ben), és várjon, amíg a regiszter készenléti jelzői (OCR2xUB) megjelennek. törölve. A zászló törlése után a mikrokontroller biztonságosan alvó módba helyezhető.
3.1 Ne használjon olcsó kínai kvarcot(főleg a régi törött filléres órákból forrasztottak). Még ha működnek is, nem lesz pontosságuk.
Kész? Megy!
Intro
A jövőre nézve megjegyzem, nem én nyitottam vitát, száz rubel nem az a pénz. A probléma nem az eladóval van, aki a hibás terméket küldte. A probléma a termékben van, amit az eladó semmilyen módon nem tud ellenőrizni - nem fog egy kínai/kínai nő ülni és érzékelni a mozdulat pontosságát?
+ forrasztópáka. lehetőleg nem túl erős, 25-40 watt elég. 60 már kicsit sok lesz.
+ kvarc rezonátor csere. Kínában vagy bármely rádióüzletben értékesítik. olcsó, az úgynevezett "órakvarc".
+ vékony Phillips csavarhúzó vagy vékony lapos csavarhúzó. kereszt előnyös.
+ csipesz éles pofákkal - a csavarokat elvenni (dada, a ház műanyag, a keret is műanyag, csavarok mindenhol)
+ jó világítás és egy helyhez kötött nagyító vagy ékszerész/órakészítő szemüveg, hogy jó kilátás legyen a Piroska karórákra.
Vegye figyelembe, hogy az óra nem rendelkezik védőbetéttel, ezért víz és izzadság kerül az óra belsejébe. Megértjük, hogy a kínaiak az olcsóság kedvéért általában mindent megspórolnak, ami azt jelenti, hogy az üveg nagy valószínűséggel kétoldalas ragasztószalagon és gumitömítés nélküli gombokon ül. Ez azt jelenti, hogy rossz időben és fizikai munkavégzés közben az órát el kell távolítani.
Félretesszük a tokot, a hátlapot, a hátlap csavarjait és a nyikorgót.
Tegyük félre az egészet. Figyelembe vesszük a díjat. Több csavar nem látszik, ami azt jelenti, hogy jó.
A tartó belsejében egy vezetőképes gumiszalagot látunk, amely jelet továbbít az LCD-re és magának az LCD-nek.
A gumiszalagot ne érintsük meg az ujjunkkal, mert nem füge. Leesik egy folt vagy kosz, leesik néhány szegmens a jelzőn és újra szétszerelhető ... nafig kell ...
A kék hőzsugor az a tekercs, amely a hangot adja. Nem is kell hozzányúlni. a kártétel olyan könnyű, mint a körte pucolása, ott vékonyabbak a vezetékek, mint egy hajszál.
De a lábakon lévő fémhenger a mi kvarcrezonátorunk, amit cserélni kell.
A kvarc itt valamivel nagyobb, mint egy órában.
Itt összehasonlításképpen a már forrasztott kvarc az alaplapról és az óralapról. 
Kvarcot kenünk a táblára. Illik. klipbe kvarcot teszünk, az is megfelelő! Bírság! Változás! 
Nincs polaritás, nincsenek sajátosságok. Az eljárás egyszerű, és nem igényel különleges képesítést. 
Voálá! kvarc cserélve. A kvarcházat úgy igazítjuk, hogy közvetlenül a tábla alatt legyen, és ne érjen hozzá az akkumulátorhoz.
Az érintkezőblokkot az akkumulátor tetejére helyezzük. Ebben az órában egyszerre tartja az akkumulátort és a gombok érintkezési csoportja. Három csavarral rögzítjük. Ezután külön érintkezés a berregőhöz. Mi is rögzítjük.
Nos, ha minden működik, óvatosan helyezze be a táblát az óraházba, helyezze középre úgy, hogy a számok párhuzamosak legyenek a szélével, majd szerelje vissza a csikorgót, csavarja fel a fedelet ... 
Legyőztünk egy nagy problémát)))
Nos, a kvarc mérete is számít - ha az alaplapból származó kvarc nem passzolt a mérethez, akkor más, kisebb méretet kell keresnie.
Az elmúlt négy napban, a kvarc cseréje óta, az óra két másodpercet futott előre. 15 másodperc havonta.
Egy filléres óráért és ingyenes kvarcért szerintem kielégítő az eredmény. Engem személy szerint nagyon megeléged)))
Persze lehet keresni kvarcórákat egy fillérért a bolhapiacokon, onnan rúgni egy csomó kvarcot, és kísérletezni a pontossággal... de ezt meghagyjuk a perfekcionistáknak és a megköveszett korcsoknak)))
Köszönöm mindenkinek az értékes ötleteket és a különféle vitákat)))Az órakvarc kiválasztásának és működésének jellemzői
