052-Как запустить неработающий часовой кварц (32768 Гц).

Повторить прибор не составит большого труда. Достаточно базовых знаний, навыков и минимума материалов и инструментов.В настоящее время кварцевые резонаторы можно встретить на каждом шагу. Они применяются в часах, радиоприёмниках, телевизорах, компьютерах, мобильных телефонах, автомобилях и даже в некоторых стиральных машинах и холодильниках!Разумеется, мастера — самодельщики тоже используют «кварцы» в своих конструкциях.Много лет назад я собрал по схеме из какого-то журнала примитивный приборчик. В панельку вставлялся кварцевый резонатор и на выходе получалась точная, стабильная частота, указанная на корпусе кварца. Помогало проверить и настроить приёмники и другие приборы.Со временем появился большой выбор кварцев и, казалось бы,теперь можно генерировать множество образцовых частот. Однако, я стал замечать, что далеко не каждый кварц работает в этом приборе. К тому же возникла необходимость проверять кварцевые резонаторы на исправность перед их установкой в свои конструкции и при ремонте различной аппаратуры. Прибор меня разочаровал и я его продал или просто подарил кому-то, точно не помню.Недавно я решил изготовить подобный прибор, используя накопленные знания и опыт. По моей задумке, новый прибор должен быть в разы лучше, сохранив простоту в изготовлении. Вот что у меня получилось.Это принципиальная электрическая схема прибора.Условно я разбил её на две части.Генераторная. При подключении испытуемого кварца, если он исправен, возникает генерация. Частота генерации определяется кварцевым резонатором. Получается маломощный передатчик, в спектре сигнала которого, помимо основной частоты, присутствуют её гармоники, то есть частоты, кратные основной. Например, если подключить кварц на частоту 10 МГц, в спектре так же будут частоты 20 МГц, 30 МГц и так далее. Это позволяет проверять и точно настраивать различную аппаратуру.Индикаторная. Определяет наличие генерации и зажигает светодиод.К генераторной части предъявляются весьма жёсткие требования. Генерация должна возникать при подключении любого исправного кварца, любого конструктивного исполнения. В тоже время не должна возникать «паразитная» генерация, то есть при отсутствии кварца или при подключении неисправного резонатора.Я решил применить не биполярный, как можно встретить в большинстве подобных устройств, а полевой транзистор. Так схема получается проще и стабильнее в работе. Режим работы транзистора VT1 по постоянному току задан резисторами R1 и R2. Проверяемый кварц через конденсатор C1 подключается к затвору и стоку транзистора. При исправном резонаторе создаётся положительная обратная связь и возникает генерация. Для подключения кварца решил использовать небольшие зажимы типа «крокодил» с проводами небольшой длины. Такие зажимы позволяют легко подключать кварцы с самыми разными выводами. Провода также выполняют функцию передающей антенны. Конденсатор C2 закорачивает по высокой частоте провод питания на общий провод. Корпус транзистора соединён с общим проводом.Индикаторная часть.Чтобы сделать её максимально простой, я решил применить так называемый транзисторный детектор. Раньше его называли триодным детектором. Его изредка можно встретить в схемах старых радиоприёмников. В отличие от диодного детектора, триодный не только детектирует, но и усиливает продетектированный сигнал. Колебания с выхода генераторной части через конденсатор небольшой ёмкости C3 поступают на базу транзистора VT2. При положительных полупериодах колебаний транзистор открывается и в его коллекторной цепи протекают импульсы тока. Этими импульсами заряжается конденсатор С4. Параллельно конденсатору через ограничительный резистор R4 подключен светодиод HL1, который начинает светиться. База транзистора через резистор R3 подключена к общему проводу, поэтому в отсутствие сигнала транзистор закрыт и светодиод не светится. Таким образом, индикаторная часть однозначно показывает наличие или отсутствие генерации, то есть исправность проверяемого кварцевого резонатора.Цепь питания прибора состоит из колодки для подключения батарейки 9 В типа «Крона», выключателя S1, диода VD1 защиты от переплюсовки и конденсатора C5.Далее я расскажу, как изготовить этот прибор. Детали и материалы:Транзистор КП307БТранзистор КТ325ВДиод Д310Конденсатор керамический малогабаритный 47 нФ — 2 шт.Конденсатор керамический малогабаритный 20 пФКонденсатор электролитический 47мкФ х 16ВКонденсатор электролитический 470мкФ х 16ВРезистор 10 МОмРезистор МЛТ-0,125 560 ОмРезистор МЛТ-0,125 100 кОмРезистор МЛТ-0,125 470 ОмСветодиодПереключатель или кнопка с фиксациейКолодка под батарейку типа «Крона»Зажим «крокодил» — 2шт.Пластиковый прозрачный контейнер для мелочейСтеклотекстолит фольгированныйПровод монтажный многожильныйПрипойКанифольПоролонКлейРастворитель 646ВетошьИнструменты:Паяльник 25-40 ВтКусачкиНожницыНожШилоПинцетПассатижиЛобзикНапильникМини дрель с насадкамиПерманентный фломастерЛинейкаЛупаШвейная иголкаМультиметрПроцесс изготовления.Шаг 1.Изготовление платы.В качестве заготовки я решил использовать самодельную плату из фольгированного стеклотекстолита, которую я изготовил много лет назад. На ней были собраны макеты нескольких устройств. Хороша она тем, что имеются небольшие кружочки «пятачки», окруженные фольгой, выполняющей функцию общего провода. Такая плата идеально подходит для изготовления ВЧ устройств, каковым и является данный прибор. Также на этой плате имеется провод питания в виде дорожки. Если у Вас подобной платы нет, её легко изготовить, вырезав кружочки при помощи мини дрели с насадкой наподобие зубоврачебного бора. Или при помощи линейки и резака изготовленного из ножовочного полотна. В этом случае надо вырезать не кружочки, а квадратики.Шаг 2.Монтаж деталей на плату. Залудив выводы деталей, я распаял их на плате, как показано на фотографиях. При монтаже старался выводы деталей сделать по возможности короткими, это важно для ВЧ устройств. Затем лобзиком аккуратно отпилил с двух сторон ненужные части платы и обработал края напильником. Конечно, это неправильно, эти операции нужно делать до монтажа деталей. Но всё дело в том, что я точно не знал, сколько деталей и каких потребуется для этой самоделки. Определился в процессе работы. Используя лупу осмотрел монтаж, особое внимание уделил отсутствию замыканий «пятачков» с окружающей их фольгой. При помощи швейной иголки и тряпочки смоченной растворителем очистил плату от остатков канифоли. В результате у меня получилась плата размерами 65 х 40 мм.

Казалось-бы, банальное дело, запустить часовой кварц. Какие могут быть проблемы? Есть микроконтроллер и две его ножки, которые специально предназначены для подключения кварца. Есть часовой кварц. Припаять кварц – дело двух секунд. Еще минута нужна для того, чтобы добавить пару строк инициализации таймера в программу. Вот вроде и все. НО, после того как я три дня запускал этот долбанный часовой кварц, я понял, что вопрос не так прост, как я думал.

А предыстория была такой. Друг попросил меня сделать ему простые часики, без наворотов, на 7-сегментных индикаторах. Плевое дело. Микроконтроллер был взят ATmega48 (умеет работать с часовым кварцем), быстренько написана программа, вытравлена печатка. После сборки часов и отладки программы (динамическая индикация, кнопки и т.д.) дошла очередь до часового кварца. До этих часиков я уже пару раз применял часовой кварц в своих проектах и ничего не предвещало беды :), но случилось непредвиденное – часовой кварц наотрез отказался запускаться. Вообще!В попытках разобраться, что-же мешает заработать моему часовому кварцу я первым делом обратился к даташиту на микроконтроллер (ATmega48). Информации по асинхронному режиму и подключению таймера там оказалось очень мало. Дальше я начал искать решение проблемы на форумах. Вот тут было разнообразие решений и советов вплоть до ритуальных танцев с бубнами, что тоже не особо мне помогло. Пришлось путем проб и ошибок (не путать с «методом тыка»!) самому разбираться, что к чему. В результате героических потугов, наступания на какие только можно грабли и убитых трех дней, родился практический опыт подключения часового кварца, с которым я здесь и поделюсь.

Итак, какие грабли нас ожидают при запуске часового кварца?

1 Схемотехника.1.1 Конденсаторы. В даташите на микроконтроллер довольно пространно упоминается то, что к часовому кварцу должны быть подключены конденсаторы, а про их емкость вообще узнать трудно. Часовой кварц, скорей всего, заработает и без конденсаторов, но лучше их поставить это улучшит стабильность частоты и поможет кварцу быстрей запускаться. Емкость конденсаторов должна быть в пределах 12-22 пФ.

1.2 Разводка дорожек под кварц. Тут даташит и апноты дают нам четкие указания. Дорожки от ножек микроконтроллера до кварца должны быть минимальной длинны, земляная» дорожка для конденсаторов должна быть отдельной, то есть через нее не должны протекать посторонние токи (особенно это касается сильноточных и высокочастотных цепей).

1.3 Корпус часового кварца. Железный корпус часового кварца обязательно припаяете к земле (к той к которой припаяны конденсаторы). Незаземленный корпус будет работать как антенна, внося искажения в работу кварца, ухудшая точность хода Ваших часов.

1.4 Грязь на плате. Часовой кварц довольно нежная штука и сопротивления в пару мегаом между ножками вполне хватит для его остановки. Как показала практика, жидкий флюс, если его плохо смыть, дает достаточное сопротивление, для того чтобы кварц не работал. После пайки тщательно вымойте плату. Очень часто во флюсах содержится кислота, что и дает проводимость между ножками. Для нейтрализации кислоты промойте плату слабым раствором соды (пищевой) и тщательно отмойте чистой водой.

Обязательно соблюдайте такую последовательность. Вот листинг правильной инициализации асинхронного режима таймера2.

/* запрещаем прерывания */   cli();        /* 1. Запрещаем прерывания Timer/Counter2 обнуляя OCIE2х и TOIE2. */   TIMSK2 &= ~((1<<OCIE2A)|(1<<OCIE2B)|(1<<TOIE2));        /* 2. Переводим Timer/Counter2 в асинхронный режим устанавливая AS2.  */   ASSR =(1<<AS2);/* Даем немного времени для стабилизации работы генератора (можно опустить). */   _delay_ms(1000);        /* 3. Записываем новые значения TCNT2, OCR2x, and TCCR2B. */   TCNT2 =;/* устанавливаем пределитель = 128        32.768 kHz / 128 / 256 = переполнение раз за секунду. */   TCCR2B |=(1<<CS22)|(1<<CS20);                    /* 4. Чтобы быть уверенным, что часы заработали      ждем пока обнулятся биты: TCN2UB, OCR2AUB, OCR2BUB, TCR2AUB и TCR2BUB. */while(ASSR &0x1F);        /* 5. Обнуляем флаги прерываний Timer/Counter2. */   TIFR2 |=((1<<OCF2A)|(1<<OCF2B)|(1<<TOV2));        /* 6. Разрешаем прерывание по переполнению таймера 2 */   TIMSK2 |=(1<<TOIE2);        /* разрешаем прерывания */   sei();

/* запрещаем прерывания */ cli(); /* 1. Запрещаем прерывания Timer/Counter2 обнуляя OCIE2х и TOIE2. */ TIMSK2 &= ~((1<<ociv>

2.3 Работа часов в режиме сна PowerSave. Очень заманчиво в паузах между секундными прерываниями переводить микроконтроллер в режим сна, в этом случае ток микроконтроллера упадет до 6-7мкА. Для такого случая есть режим пониженного потребления PowerSave, в нем таймер2 продолжает работать от часового кварца и пробуждает микроконтроллер прерыванием. Алгоритм такого режима работы простой, после выхода из режима сна по прерыванию от таймера в процедуре обработки прерывания «тикаем» часами, выходим из прерывания и опять даем команду заснуть (SLEEP). Вот тут есть очень важный нюанс. Опять смотрим даташит на микроконтроллер в разделе режимов пониженного потребления и работы асинхронного режима. Для того чтобы таймер после пробуждения начал нормально функционировать и был способен вывести микроконтроллер из сна при следующем прерывании нужно до команды засыпания выждать определенное время. Для того, чтобы убедится в том что генератор работает нормально нужно сделать запись в любой регистр таймера, из тех, которые не нарушат работу часов (например в OCR2x) и дождаться сброса флагов готовности данного регистра (OCR2xUB). После того как флаг сбросился можно смело переводить микроконтроллер в режим сна.

/* Точка выхода с прерывания по переполнению таймера2 */        /* Записываем любое значения в OCR2A. */   OCR2A =;        /* Дожидаемся пока обнулится OCR2AUB.  */while(ASSR &(1<<OCR2AUB));        /* Дальше можем спокойно засыпать */

/* Точка выхода с прерывания по переполнению таймера2 */ /* Записываем любое значения в OCR2A. */ OCR2A = 0; /* Дожидаемся пока обнулится OCR2AUB. */ while(ASSR & (1<<ocr2aub>3.1 Не используйте дешевые китайские кварцы (в особенности выпаянные со старых сломанных копеечных часов). Даже если они и заработают, точность у них будет никакая.

3.2 Ну и напоследок, имейте под рукой несколько разных кварцев, возможно, Ваш кварц не запускается по причине того, что он спален. Попробуйте его заменить.

Вот, вроде, и все грабли, по которым я потоптался, пока запускал часовой кварц. Или еще что-то добавить?

(Visited 10 554 times, 1 visits today)</ocr2aub>

<center>Упаковка: В блистр-ленте на катушке диаметром 330 ммпо 3000 часовых кварцевых резонаторов.</center>

<center>Часовые кварцы в SMD корпусах 3215 и 8032</center>

<center>Часовые кварцевые генераторы 32,768кГц с микромощным потреблением TCXO</center>

<center>Часовой кварцевый генератор SMD исполнения</center>

<center>Часовой кварцевый TCXO генератор 32,768 КГц</center>

Для стабилизации частот до 150 МГц используются кварцевые резонаторы и кварцевые тактовые генераторы в корпусах для поверхностного монтажа 0532 и 0705 Для бюджетных применений предназначен микроминиатюрный керамический резонатор Murata CSTCE16M0V53R0 на 16 МГц . Для стабилизации более высоких частот применяются ПАВ резонаторы на 433,92 МГц.

Используемые источники:

• https://usamodelkina.ru/16620-pribor-dlja-proverki-kvarcevyh-rezonatorovkvarcevyj-kalibrator.html
• http://www.getchip.net/posts/052-kak-zapustit-nerabotayushhijj-chasovojj-kvarc-32768-gc/
• https://www.smd.ru/katalog/kvarcevye/chasovye/

</ociv>