Órarezonátor. AVR. Képzés. Aszinkron időzítő mód. A kristályoszcillátorok előnyei

Triviális dolognak tűnik egy órakvarcot elindítani. Milyen problémák lehetnek? Van egy mikrokontroller és annak két lába, melyeket kifejezetten a kvarc csatlakoztatására terveztek. Van egy óra kvarc. A kvarc forrasztása két másodperc kérdése. Még egy percre van szükség ahhoz, hogy néhány sornyi időzítő inicializálást adjon a programhoz. Úgy tűnik, ez minden. DE miután három napig futtattam ezt az átkozott órakvarcot, rájöttem, hogy a probléma nem olyan egyszerű, mint gondoltam.

A háttér pedig ilyen volt. Egy barátom megkért, hogy készítsek neki egy egyszerű órát, sallangok nélkül, 7 szegmenses kijelzőkkel. Nem nagy ügy. A mikrokontrollert ATmega48-al vettük (órás kvarccal működhet), gyorsan írtak egy programot, és bevésték a pecsétet. Az óra összeállítása és a program hibakeresése (dinamikus kijelző, gombok stb.) után eljött az órakvarc ideje. Ez előtt az óra előtt már használtam párszor az órakvarcot a projektjeimben, és semmi jele nem volt a bajnak :), de megtörtént a váratlan - az órakvarc határozottan nem akart elindulni. Egyáltalán!
Annak érdekében, hogy kiderítsem, mi akadályozza meg a kvarcórám működését, először a mikrokontroller (ATmega48) adatlapjához fordultam. Nagyon kevés információ volt az aszinkron módról és az időzítő csatlakoztatásáról. Aztán elkezdtem megoldást keresni a problémára a fórumokon. Itt sokféle megoldás és tanács volt, beleértve a rituális táncokat tamburával, ami szintén nem igazán segített. Próba és hiba útján kellett rájönnöm, hogy mi az, ami (nem tévesztendő össze a „piszkáló módszerrel”!). Hősies erőfeszítések eredményeként, minden lehetséges gereblyére taposva és három napig gyilkolva megszületett gyakorlati tapasztalatokórakvarc csatlakozása, amivel itt megosztom.

Szóval, milyen gereblye vár ránk az órakvarc piacra dobásakor?

1 Áramkör tervezés.
1.1 Kondenzátorok.
A mikrokontroller adatlapja hosszasan megemlíti, hogy a kondenzátorokat az órajel-kvarcra kell kötni, de általában nehéz kideríteni a kapacitásukat. Az órajeles kvarc valószínűleg kondenzátorok nélkül is működik, de jobb, ha beszereljük őket, ez javítja a frekvenciastabilitást és segít a kvarc gyorsabb indításában.
A kondenzátorok kapacitásának 12-22 pF tartományban kell lennie.

1.2 A pályák elrendezése kvarchoz.
Itt az adatlap és az apnotok egyértelmű utasításokat adnak nekünk. A mikrokontroller lábaktól a kvarcig az utak minimális hosszúságúak legyenek, a kondenzátorok földelési útja külön legyen, azaz ne folyhasson át rajta idegen áram (különösen nagyáramú és nagyfrekvenciás áramkörök esetén).

1.3 Kvarc óraház.
Ügyeljen arra, hogy az óra kvarc vasházát forrassza a földre (azhoz, amelyhez a kondenzátorok forrasztva vannak). A földeletlen tok antennaként fog működni, torzításokat hozva a kvarc működésébe, rontva az óra pontosságát.

1.4 Kosz a táblán.
Az órakvarc meglehetősen kényes dolog, és egy pár megaohmos ellenállás a lábak között bőven elég a leállításához. Amint a gyakorlat azt mutatja, a folyékony folyasztószer, ha rosszul mosódik le, elegendő ellenállást biztosít ahhoz, hogy a kvarc ne működjön. Forrasztás után alaposan mossa le a táblát. Nagyon gyakran a folyasztószerek savat tartalmaznak, amely vezetőképességet biztosít a lábak között. A sav semlegesítéséhez mossa le a táblát gyenge szódabikarbóna oldattal, és alaposan mossa le tiszta vízzel.

2 Programozás.
2.1 Az aszinkron időzítő mód 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 kapcsolásához 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. A 2. időzítő/számláló megszakításainak letiltása – 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 alaphelyzetbe állnak;
5. Reset timer/counter 2 interrupt flags;
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. Tiltsa le a Timer/Counter2 megszakításokat az OCIE2x és a TOIE2 alaphelyzetbe állításával. */ TIMSK2 &= ~((1<< OCIE2A) | (1 << OCIE2B) | (1 << TOIE2) ) ; /* 2. Állítsa a Timer/Counter2-t aszinkron módra az AS2 beállításával. */ ASSR = (1<< AS2) ; /* Adjunk egy kis időt a generátor stabilizálódására (elhagyható). */ _delay_ms(1000) ; /* 3. Írjon új értékeket: TCNT2, OCR2x és TCCR2B. */ TCNT2 = 0; /* állítsa be a limitert = 128 32,768 kHz / 128 / 256 = túlcsordulás másodpercenként egyszer. */ TCCR2B |= (1<< CS22) | (1 << CS20) ; /* 4. Annak érdekében, hogy megbizonyosodjon arról, hogy az óra elkezdett működni, várja meg, 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. A 2. időzítő túlcsordulási megszakításának engedélyezése */ TIMSK2 |= (1<< TOIE2) ; /* megszakítás engedélyezése */ sei() ;

/* megszakítások letiltása */ cli(); /* 1. Tiltsa le a Timer/Counter2 megszakításokat az OCIE2x és a TOIE2 alaphelyzetbe állításával. */ TIMSK2 &= ~((1<

2.2 Időzítő korlát 2.
Ahhoz, hogy a 2. időzítő túlcsordulási megszakítása másodpercenként egyszer forduljon elő, a limiter értékének 128.-nak kell lennie (128 limiter * 256 túlcsordulás = 32768 kvarc frekvencia).

2.3 Az óra működése energiatakarékos alvó módban.
Nagyon csábító a mikrokontroller alvó üzemmódba állítása a második megszakítások közötti szünetekben, ilyenkor a mikrokontroller árama 6-7 µA-re csökken. Ilyen esetre létezik egy kis fogyasztású PowerSave mód, amelyben a 2. időzítő az órajel kvarcjáról működik tovább, és megszakítással felébreszti a mikrokontrollert. Ennek a működési módnak az algoritmusa egyszerű: az alvó módból időzítő megszakítással történő kilépés után a megszakítás feldolgozási eljárásban „kipipáljuk” az órát, kilépünk a megszakításból és ismét alvó (SLEEP) parancsot adunk. Itt van egy nagyon fontos árnyalat. Ismét nézze meg a mikrokontroller adatlapját az alacsony fogyasztású módokról és az aszinkron üzemmódról szóló részben. Ahhoz, hogy az időzítő normálisan működni kezdjen ébredés után, és a következő megszakításkor fel tudja ébreszteni a mikrokontrollert alvó állapotból, várnia kell egy bizonyos időt az alvási parancs előtt. Annak érdekében, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a generátor megfelelően működik, írjon bármely időzítő regiszterbe, amely nem zavarja az órát (például az OCR2x-ben), és meg kell várnia, amíg a regiszter készenléti jelzői visszaállnak (OCR2xUB). . A zászló visszaállítása után biztonságosan alvó módba helyezheti a mikrokontrollert.

/* Timer2 túlcsordulási megszakítás kilépési pontja */ /* Írjon be bármilyen értéket az OCR2A-ba. */OCR2A = 0; /* Várja meg, amíg az OCR2AUB alaphelyzetbe áll. */ while(ASSR & (1<

3 Vegyes.
3.1 Ne használjon olcsó kínai kvarcot(főleg a régi törött filléres órákból forrasztottak). Még ha működnek is, nem lesz pontosságuk.

3.2 És végül, több különböző kvarc van kéznél, lehet, hogy a kvarcod azért nem indul el, mert alszik. Próbálja kicserélni.

Úgy tűnik, ez az összes gereblye, amit az órakvarc elindítása közben tapostam. Vagy van még valami hozzáfűznivaló?

(9 508 alkalommal látogatva, ma 1 látogatás)

Ebben a cikkben a kvarcóra és a kvarc rezonátor tervezéséről fogunk beszélni. Ez elég nehezen érthető téma lehet. Felhívjuk figyelmét, hogy a cikk a kvarcórák működési elvét nem egy meglévő mechanizmus példáján tárgyalja, hanem egy primitív absztrakt és durva modellt használ, amely csak a legtöbb elektronikus és kvarcóra működésének lényegét mutatja be.
Ebben a cikkben szeretném eloszlatni a kvarcóra áramkör tervezésével kapcsolatos pontatlanságokat, amelyekkel más forrásokon is találkoztam, de erről alább.

Nézzük például a legegyszerűbb kvarcmechanizmust, amely a következőkből áll:

1. Elektronikus egység vezérlővel és kvarc rezonátorral
2. Akkumulátor (nincs a képen)
3. Léptetőmotor (tekercs állórész és forgórész állandó mágnessel)
4. Fogaskerék meghajtó nyilak

Itt minden egyszerűnek tűnik, az elektronikus egység elektromos impulzust ad az állórész tekercseinek, a forgórész pedig egy másodperces fordulatot tesz. De hogyan „érti meg” az elektronikus egység, hogy eltelt az idő a rotor elforgatásához?

Nézzük meg közelebbről a kvarcóra legegyszerűbb elektronikus egysége áramkörének működését, amely egy kvarc rezonátorból (zöld téglalap) és egy mikrokontrollerből (piros négyzet) áll.

Most nézzük meg közelebbről a kvarc rezonátor működési elvét és kialakítását.

A képen egy kinyitott kvarc rezonátor látható, sajnos nem tudtam kinyitni a karórákban leggyakrabban használt kvarc sérülése nélkül.

A kvarc rezonátor működése a piezoelektromos hatáson alapul.

A piezoelektromos hatás lényege, hogy egy piezoelektromos EMF-et generál, amikor egy szilárd testet (piezoelektromos) összenyomnak vagy megnyújtanak (rezgés), és fordítva, amikor feszültséget alkalmaznak, a piezoelektromos 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 érintkezés történik. Pontosabban, az óra hangvilla alakú lapos kristályt használ ("Y" vagy "U" betű formájában), amelyekhez fémlemezek vannak rögzítve azokhoz a síkokhoz, amelyekhez a vezetékek csatlakoznak. A kvarc maga is dielektrikum – vagyis nem vezet elektromos áramot.

Most térjünk át ennek az összetevőnek a működésének lényegére. Úgy gondolják, hogy maga a kvarc rezonátor állandó frekvenciát generál egyenáram esetén. Ez nem igaz, sőt, minden valamivel bonyolultabb.

Mint fentebb említettük, a piezoelektromos hatás csak a piezoelektromos anyag összenyomásakor vagy nyújtásakor lép fel. Például, ha rövid időre elektromos töltést adunk egy kvarcrezonátor kapcsaira, a kvarckristály összezsugorodik (emf). De abban a pillanatban, amikor a kvarc visszanyílik, ellentétes polaritású töltést (hátsó EMF) hoz létre a kapcsokon, természetesen sokkal kisebb, mint az eredetileg alkalmazott. Vagyis egy oszcilláció fog bekövetkezni. Többféle rezgés is lehet, az a fontos, hogy ebben az esetben (ha nincs külső töltésellátás) harmonikusan csillapodnak. Mindez nagyon rövid időn belül megtörténik. Ez körülbelül ugyanaz, mint egy hangvillát ütni. A kvarckristály csak egy frekvencián tud rezegni, függetlenül az amplitúdótól.

Rezonancia

Annak érdekében, hogy a kvarc rezgések állandóak legyenek, és ne csillapodjanak, ezeknek a rezgéseknek állandó külső táplálását 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 fentebb már hoztam egy példát hangvillára. Ennek is megvan a saját mechanikai frekvenciája, vagyis akárhogy is ütik, ugyanazon a hangon (frekvencián) ad hangot. Ugyanez a helyzet a kvarccal. Ha bármilyen frekvenciájú elektromos áramot (ésszerű határokon belül) vezetünk a kivezetésekre, a kvarc mechanikusan rezeg (ezúttal állandóan, ellentétben a rövid távú töltéssel) csak egy bizonyos (rezonancia) frekvenciával, EMF-et és vissza EMF-et generálva. De ha a kvarckapcsokra pontosan olyan frekvencián vezetnek áramot, amelyen a kvarc rezonál, akkor a munkába (kvarc rezgések) átmenő villamosenergia-fogyasztás minimális lesz, ellentétben más frekvenciákkal. Nagyjából elmondható, hogy a kvarc minden frekvencián áthalad, kivéve a rezonánsát, amelyen az ellenállás meredeken megnő. Mindez egy oszcillációs áramkör működésére emlékeztet, de a kvarcnak sokkal jobb minőségi tényezője van.

Mikrokontroller

A mikrokontroller egyik feladata, hogy a kvarckapcsokon fenntartsa azt a frekvenciát, amelyen rezonál egy bizonyos frekvencia ellenállása 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. Az órákban használt kvarc leggyakoribb frekvenciája 32 768 Hz. Ezzel a frekvenciával jó teljesítmény érhető el a pontos időmérésben.

A karórák kvarcszerkezetének működési elveiről beszélünk

Kép: multi-master.ru

Úgy tűnik, többé-kevésbé mindenki érti a mechanikus órák alapfelépítését. Persze inkább kevesebb, mint több, de az alap egyértelmű: az energiaforrás - a rugó - hat a kerékre, ez utóbbi rezgésének frekvenciáját a spirál határozza meg, a rezgések átadódnak az egységnek, és ezt követi a sebességváltó, amely egyben a nyilakat meghajtó fogaskerekek (fogaskerekek).

Valójában minden hihetetlenül bonyolult, de ez az elv. A lényeg az, hogy mindez a szemeddel is látható legyen. És még a kezével is érintse meg. Legalábbis virtuálisan.

De a kvarcórák – hogyan készülnek? Hiszen ott nem lehet mindent látni, megérinteni még kevésbé. Ha azonban belenézünk, minden egyszerűbb. Szóval sorrendben.

Egy egyszerű kvarcmozgás működési rajza (másodmutatóval 6 órakor). Kép: Encyclopedia Britannica

Akkumulátor

Akkumulátor (az ETA Flatline 210.001 mechanizmus példájával). Kép: eta.ch

Az energiaforrás egy akkumulátor. Az energia nem mechanikus, mint egy rugó esetében, hanem elektromos. Ennek ellenére még mindig van energia. Az akkumulátor lehet „táblagép”, vagy például napelem. Ezek csak részletek.

Kvarc

Generátor kvarc rezonátorral (az ETA Flatline 210.001 mechanizmus példájával). Kép: eta.ch

Az oszcillációs rendszer egy generátor kvarc rezonátorral, vagy röviden kvarccal.

Az akkumulátor által termelt áram hatására a kvarckristály rezeg (piezoelektromos hatás). Ez a kristály - egy spirál analógja - leggyakrabban egy bizonyos rezgési frekvenciára van hangolva 32 768 hertz Ez hozzávetőleg tízezerszer több, mint egy közönséges mechanikus óra mérlegének lengéseinek száma.. Ezen a frekvencián egy generátor impulzusokat állít elő - ez a mérleg analógja.

Mikroprocesszor / bináris számláló (az ETA Flatline 210.001 mechanizmus példájával). Kép: eta.ch

A 32 768 2 a 15. teljesítményhez, ami azért fontos, mert az áramkörben található egy egyszerű bináris számláló is, más néven osztó, amelynek kimenetén a frekvencia 1 hertzre csökken - egy második órajelre.

Elektromos motor

Léptetőmotor (az ETA Flatline 210.001 mechanizmus példájával). Kép: eta.ch

Ezen a 32 768 hertzes frekvencián – másodpercenként egyszer – impulzusokat küldenek egy léptetőmotorra, ami hasonló a triggerhez.

A kvarc óra kifejezés a kvarcórák speciális elemére utal. Technikai szempontból az órakvarc egy kvarc oszcillátor energia továbbítására, amely szükséges az óra mutatóinak elfordításához. Amikor megnyomja az óra kvarcot, elektromos impulzus jelenik meg, és amikor áramot vezetnek rá, kompresszió lép fel. Az alkalmazott órakvarc műszaki jellemzőinek köszönhetően a kvarcoszcillátorokon alapuló órák híresek elképesztő leolvasási pontosságukról.

Az órakvarc kiválasztásának és működésének jellemzői

Webáruházunkban versenyképes áron vásárolhatja meg a kvarcórák kiváló minőségű modern változatait nagy- és kiskereskedelemben a legjobb nemzetközi és hazai gyártóktól. A moszkvai lakosok számára kedvezményes szállítási feltételek biztosítottak. Ha kiváló minőségű kvarcoszcillátort használ az óramechanizmusban, 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. A kvarcórák új generációi maximálisan alkalmazkodnak a kvarcórák különféle módosításaihoz.

Mi az a generátor? A generátor lényegében egy olyan eszköz, amely az egyik típusú energiát egy másikká alakítja át. Az elektronikában gyakran hallható az „elektromos energiagenerátor, frekvenciagenerátor” stb.

A kristályoszcillátor egy frekvenciagenerátor, és tartalmaz. A kristályoszcillátoroknak alapvetően két típusa van:

azok, amelyek szinuszos jelet tudnak előállítani

és azok, amelyek négyszögjelet állítanak elő

Az elektronikában leggyakrabban használt jel a négyszöghullám.

Pierce séma

Ahhoz, hogy a kvarcot a rezonancia frekvencián gerjeszthessük, össze kell szerelnünk egy áramkört. Az izgalmas kvarc legegyszerűbb áramköre a klasszikus Pierce generátor, amely csak egy térhatású tranzisztorból és egy négy rádióelemből álló kis kábelkötegből áll:

Néhány szó a séma működéséről. Pozitív visszacsatolás van az áramkörben, és önrezgések kezdenek megjelenni benne. De mi a pozitív visszajelzés?

Az iskolában mindenkit beoltottak a Mantoux-tesztre, hogy megállapítsák, van-e szondája vagy sem. Egy idő után ápolónők jöttek, és egy vonalzó segítségével mérték a bőrreakciót erre az oltásra.

Amikor ezt az oltást beadták, tilos volt megvakarni az injekció helyét. De én, akkor még új srác, nem törődtem vele. Amint elkezdtem halkan kaparni az injekció beadásának helyét, még jobban meg akartam kaparni)) És így a vakcinát vakaró kéz sebessége valami csúcson lefagyott, mert a kezemet maximum 15 Hertz frekvencián tudtam oszcillálni. . Oltás a karjaim a padlóig dagadtak)) És még egyszer elvittek vért adni tuberkulózis gyanúja miatt, de mint kiderült, nem találták meg. Nem meglepő ;-).

Akkor miért mesélek vicceket az itteni életből? Az a tény, hogy ez a rüh elleni védőoltás a legpozitívabb visszajelzés. Vagyis amíg nem nyúltam hozzá, addig nem akartam megvakarni. De amint halkan megvakartam, egyre jobban kezdett viszketni, és egyre jobban elkezdtem vakarni, és még jobban elkezdett viszketni stb. Ha nem lennének fizikai megkötések a karomon, akkor az biztos, hogy már húsig megkopott volna az oltási hely. De a kezemmel csak egy bizonyos maximális frekvenciával tudtam integetni. Tehát ugyanez az elv vonatkozik a kvarcoszcillátorra is ;-). Adj egy kis impulzust, és elkezd gyorsulni és csak a párhuzamos rezonancia frekvenciánál áll le ;-). Nevezzük ezt „fizikai korlátoknak”.

Először is ki kell választanunk egy induktort. Vettem egy toroid magot, és több fordulatot tekertem az MGTF huzalból

Az egész folyamatot LC mérővel vezéreltük, a diagramon látható névleges értéket elérve - 2,5 mH. Ha nem volt elég, akkor több fordulatot tett, ha túlzásba vitte, akkor csökkentette. Ennek eredményeként a következő induktivitást értem el:

A helyes neve: .

Kivezetés balról jobbra: Lefolyó – Forrás – Kapu

Egy kis lírai kitérő.

Tehát összeállítottuk a kvarc oszcillátort, rákapcsoltuk a feszültséget, már csak az maradt, hogy eltávolítsuk a jelet a házi készítésű generátorunk kimenetéről. Egy digitális oszcilloszkóp működik

Először is a kvarcot a legmagasabb frekvenciára vittem, ami nálam van: 32 768 megahertz. Ne tévessze össze az órakvarccal (amiről alább lesz szó).

A bal alsó sarokban az oszcilloszkóp a frekvenciát mutatja:

Amint látja, 32,77 megahertz. A lényeg, hogy a kvarcunk éljen és működjön az áramkör!

Vegyük a 27 megahertz frekvenciájú kvarcot:

Az olvasmányaim ugráltak. Lefotóztam, ami sikerült:

A frekvenciát is többé-kevésbé helyesen mutatták.

Nos, az összes többi kvarcot is ugyanúgy ellenőrizzük.

Íme a kvarc oszcillogramja 16 megahertzen:

Az oszcilloszkóp pontosan 16 megahertzes frekvenciát mutatott.

Itt állítottam be a kvarcot 6 megahertzre:

Pontosan 6 megahertz

4 megahertzen:

Minden oké.

Nos, vegyünk egy másik szovjet 1 megahertzest. Így néz ki:

Felül az van írva, hogy 1000 kilohertz = 1 megahertz;-)

Nézzük az oszcillogramot:

Munkás!

Ha nagyon akarod, akár kínai generátor-frekvenciamérővel is megmérheted a frekvenciát:

A 400 hertzes hiba nem túl sok egy régi szovjet kvarchoz. De persze jobb, ha egy normál professzionális frekvenciamérőt használsz ;-)

Óra kvarc

Kvarcóra esetén a Pierce-séma szerinti kvarcoszcillátor nem volt hajlandó működni.

– Miféle órakvarc ez? - kérdezed. Az órakvarc 32 768 Hertz frekvenciájú kvarc. Miért van ilyen furcsa frekvenciája? A lényeg az, hogy 32 768 az 2 15. Ez a kvarc egy 15 bites számlálóchippel van párosítva. Ez a mi K176IE5 mikroáramkörünk.

Ennek a mikroáramkörnek a működési elve a következő: pMiután 32 768 impulzust számol, impulzust bocsát ki az egyik lábára. Ez az impulzus egy 32 768 Hz-es kvarckristályon jelenik meg pontosan másodpercenként egyszer. És ahogy emlékszel, a másodpercenkénti egyszeri rezgés 1 Hertz. Vagyis ezen a lábon az impulzus 1 Hz-es frekvenciával kerül kiadásra. És ha ez így van, akkor miért nem használja órákban? Innen ered a név.

Jelenleg a karórákban és más mobil kütyükben ez a számláló és kvarcrezonátor egy chipbe van beépítve, és nem csak a másodpercek számlálását biztosítja, hanem számos egyéb funkciót is, például ébresztőórát, naptárat stb. Az ilyen mikroáramkörök az úgynevezett RTC (R eal T im C zár) vagy a polgári Real Time Clock-ból fordítva.

Pierce áramkör négyszöghullámhoz

Szóval, térjünk vissza Peirce rendszeréhez. Az előző Pierce áramkör szinuszos jelet generál

De van egy módosított Pierce áramkör is négyszöghullámhoz

És itt van:

Egyes radioelemek értékei meglehetősen széles tartományban változtathatók. Például a C1 és C2 kondenzátorok 10 és 100 pF közötti tartományban lehetnek. A szabály itt a következő: minél alacsonyabb a kvarc frekvencia, annál kisebbnek kell lennie a kondenzátor kapacitásának. Órakristályokhoz a kondenzátorok 15-18 pF névleges értékkel szállíthatók. Ha a kvarc frekvenciája 1-10 megahertz, akkor 22-56 pF-re állíthatja. Ha nem akar vesződni, akkor egyszerűen telepítsen 22 pF kapacitású kondenzátorokat. Tényleg nem tévedhetsz.

Szintén egy kis tipp, amit érdemes megjegyezni: a C1 kondenzátor értékének változtatásával a rezonanciafrekvenciát nagyon finom határok között állíthatja be.

Az R1 ellenállás 1-ről 20 MOhm-ra, az R2 pedig nulláról 100 kOhm-ra változtatható. Itt is van egy szabály: minél alacsonyabb a kvarc frekvencia, annál nagyobb ezeknek az ellenállásoknak az értéke és fordítva.

Az áramkörbe beilleszthető maximális kristályfrekvencia a CMOS inverter sebességétől függ. Vettem a 74HC04 chipet. Nem túl gyors hatású. Hat inverterből áll, de csak egy invertert használunk:

Íme a kivezetése:

Az órajel kvarcot csatlakoztatva ehhez az áramkörhöz az oszcilloszkóp a következő oszcillogramot produkálta:

Egyébként a diagramnak ez a része emlékeztet valamire?

Nem ez a része az áramkörnek az AVR mikrokontrollerek órajelére?

Ő az egyetlen! Csak az áramkör hiányzó elemei már benne vannak az MK-ban;-)

A kristályoszcillátorok előnyei

A kvarc frekvenciaoszcillátorok előnye a nagyfrekvenciás stabilitásuk. Alapvetően 10 -5 - 10 -6 a névleges értéktől, vagy ahogy szokták mondani, ppm (angolból. millió rész)- milliomodrész, azaz egy milliomod vagy a 10 -6 szám. A kvarcoszcillátor egyik vagy másik irányú frekvenciaeltérése elsősorban a környezeti hőmérséklet változásaival, valamint a kvarc öregedésével függ össze. A kvarc öregedésével a kvarc oszcillátor frekvenciája évente egy kicsivel csökken a névleges értékhez képest körülbelül 1,8x10 -7-tel. Ha mondjuk 10 megahertzes (10 000 000 hertz) frekvenciájú kvarcot veszek és beteszem az áramkörbe, akkor egy év alatt kb 2 hertcel lemegy a frekvenciája;-) szerintem egész elviselhető.

Jelenleg a kvarcoszcillátorokat komplett modulok formájában gyártják. Néhány ilyen generátort gyártó cég a névleges értéktől akár 10 -11 frekvenciastabilitást is elér! A kész modulok valahogy így néznek ki:

vagy úgy

Az ilyen kristály oszcillátor modulok többnyire 4 kimenettel rendelkeznek. Íme egy négyzet alakú kristályoszcillátor kivezetése:

Vizsgáljuk meg az egyiket. 1 MHz-et ír

Íme a hátulnézete:

Íme a kivezetése:

Az 5-ös kimenetről 3,3 és 5 Volt közötti állandó feszültséget kapcsolva plusz 8 és mínusz 4 mellett tiszta, sima, gyönyörű négyszöghullámot kaptam kvarcoszcillátorra írt frekvenciával, azaz 1 megahertz nagyon kicsi a kibocsátás.

Nos, ez a látvány fájó szemnek!

A kínai generátor-frekvenciamérő pedig a pontos frekvenciát mutatta:

Innen arra következtetünk: jobb, ha kész kvarcoszcillátort veszünk, mint sok időt és ideget pazarolni a Pierce áramkör beállítására. A Pierce áramköre alkalmas lesz rezonátorok tesztelésére és különféle házi projektjeire.