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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarz durch externen Takt ersetzen


Autor: Bastler0815 (Gast)
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Hallo,
bei einer bestehenden Schaltung (Digitaluhr) will ich den sich darauf 
befindlichen Uhrenquarz entfernen und durch eine externe Taktquelle 
ersetzen.
Wie schließe ich diese am besten an, damit das Gerät davon nichts merkt?

Autor: Power (Gast)
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Quarz entfernen, mit Oszi (Tastkopf x10) messen an welchem Pin der 
Generator ist (Frequenz messbar), dann auf den anderen Pin den externen 
Takt geben.
Oder willst du das unterbrechungsfrei machen?

Autor: Bastler0815 (Gast)
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@Power
Danke für die schnelle Antwort, das werde ich sobald als möglich 
ausprobieren.
Wäre es empfehlenswert, einen Vorwiderstand in die Taktleitung 
einzubringen, bzw. welche Spannung verkraftet so ein Takteingang? Im 
laufenden Betrieb kann ich die Amplitude leider nicht messen, da der 
Quarz bei Berührung mit dem Tastkopf aufhört zu schwingen.

> Oder willst du das unterbrechungsfrei machen?
Nein, ich will nur die Genauigkeit einer Uhr um ein paar Zehnerpotenzen 
verbessern.

Autor: Power (Gast)
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Vorwiderstand kann nicht schaden! Ich denke, 3V (abhängig von der Uhr) 
mit 10k-Widerstand sollte funktionieren.
- Versuch macht kluch ! -

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

@Bastler0815:

>Nein, ich will nur die Genauigkeit einer Uhr um ein paar Zehnerpotenzen
>verbessern.

Huch, gleich ein paar Zehnerpotenzen?
Hochstabilen Quarz im Thermostat ranhängen? ;)

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Dirk aus Cebu (Gast)
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Hallo Bastler0815.
Damit das klappt, muß Dein externer Taktgeber genauer als der alte 
Uhrenquarz sein. Für eine Genauigkeitserhöhung um paar Zehnerpotenzen 
bedarf es wohl einer Atomuhr. Kauf Dir doch bei ALDI oder LIDL oder so 
einen Funkwecker für 5 EUR, das ist billiger und geht schneller.

Autor: Frank (Gast)
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@Dirk

...nunja, die Uhr soll genauer gehen, nicht schneller.:)

Autor: Bastler0815 (Gast)
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> Hochstabilen Quarz im Thermostat ranhängen?
> Damit das klappt, muß Dein externer Taktgeber genauer als der alte Uhrenquarz 
sein.

So in der Art. Ich will mir eine GPS - synchronisierte Zeigeruhr bauen 
:-)
Man nehme eine vorhandene Quarz - Zeigeruhr (die leider nur von der 
Optik her gut aussieht; Abweichung ca. +6s / Tag) und speise den Takt 
über einen GPS - synchronisierten Oszillator ein.
Evtl. takte ich alternativ die Uhr direkt mit dem 1pps Signal vom 
Empfänger.

Autor: Dirk aus Cebu (Gast)
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Aha, das ist der Sinn der Übung. Allerdings werden die 
GPS-Zeitinformationen auch von terristischen Atomuhren synchronisiert 
(genau wie die Funkwecker). Vom GPS kommen übrigens keine Takte, schon 
gar nicht Sekundentakte, sondern Datenpakete mit der codierten 
Zeitinformation. Damit einen Oszillator zu synchronisieren, halte ich 
für nicht ganz einfach für einen "Bastler" (ich kann es übrigens auch 
nicht). Da es auch preiswerte Funkuhren mit Zeiger gibt, sehe ich hier 
die einfachere Möglichkeit: nimm das Funkuhrenmodul daraus und setze es 
in die vorhandene - nur optisch gut aussehende - Uhr ein.
Viel Spaß wünscht Dirk aus Cebu

Autor: Andreas K. (a-k)
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Ein trimmbarer Oszillator ist tatsächlich ganz einfach. Den hat jeder 
AVR drin. Heisst: Internen RC-Oszillator verwenden und dessen Tempo per 
OSCCAL über GPS trimmen. Ergebnis per Timer auf 32768Hz runterteilen und 
mit entsprechend angepasstem Pegel auf auf den Osz-Anschluss der Uhr 
geben.

PS: Man kann auch den Timer über dessen Teiler trimmen, aber irgendwoher 
muss der Controller sowieso seinen Takt kriegen, also warum nicht so.

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

wenn die 6s am Tag stabil vorgeht: Bürdekapazität des Quarzes falsch. 
Wenn kein Trimmer drin ist: C raus, Trimmer 4-20pF rein, abgleichen.
1s in 2 Wochen sind mit normalen Mitteln erreichbar, 1s in 8Wochen habe 
ich mal mit 100kHz-Thermostatquarz bei 70 Grad Thermostat-Temperatur 
erreicht. Als Abgleichmittel stand nur das Zeitzeichen des Rundfunks zur 
Verfügung... Dann fiel die Thermostatsteuerung aus, bei wohl 130 Grad 
ging sie doch beachtlich falsch. ;)

Heute würde ich eine DCF77-Uhr nehmen. :)

Man könnte sich den Spaß natürlich machen: mit einem AVR die 32kHz in 
Software erzeugen, mitzählen, mit der GPS-Zeit vergleichen und 
entsprechend die 32kHz variieren...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Bastler0815 (Gast)
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Mir ist schon klar, dass ich mir für wenige Euro eine Funkuhr oder ein 
Funkuhrenmodul kaufen kann. Mir geht es nur um das Basteln. GPS - Module 
habe ich auch noch ein paar übrig.
@Dirk:
Die meisten GPS - Module geben, neben den Daten, ein 1Hz und/oder ein 
10kHz Signal aus, das je nach Modul eine sehr gute Stabilität aufweisen 
kann. Manche Module sind sogar extra für diesen Einsatzzweck gedacht.
Mit diesem Taktsignal will ich dann entweder direkt die Erregerspule in 
der Uhr treiben oder aber mit Hilfe eines PLLs einen VCOX regeln und 
dieses Signal statt des Quarzes verwenden.

Autor: jjk (Gast)
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>Die meisten GPS - Module geben, neben den Daten, ein 1Hz und/oder ein
>10kHz Signal aus, das je nach Modul eine sehr gute Stabilität aufweisen
>kann. Manche Module sind sogar extra für diesen Einsatzzweck gedacht.

Ebent. Daher ist das ja auch voellig ausreichend fuer eine Uhr, mehr 
brauchst Du doch gar nicht.

>Mit diesem Taktsignal will ich dann entweder direkt die Erregerspule in
>der Uhr treiben oder aber mit Hilfe eines PLLs einen VCOX regeln und
>dieses Signal statt des Quarzes verwenden.

Wenn schon per GPS dann wuerde ich doch direkt das 1PPS Signal 
verwenden.

Ein per GPS nachgefuehrter Oszillator dagegen ist IMO nur dann sinnvoll 
wenn man extreme Frequenzstabilitaeten anstrebt. Extreme 
Frequenzstabilitaet wird aber per PLL und VCXO nicht erreicht werden 
koennen, dazu muss man sich mal das GPS Timing ansehen:

Der Datenstrom  wird von den Satelliten kontinuierlich mit 50 
Bit/Sekunde uebertragen, die einzelnen Datensaetze sind zu sogenannten 
frames oder pages gruppiert:
Jeder frame ist 1500 Bit lang, braucht also 30 Sekunden 
Ubertragungszeit. Frames wiederum sind in jeweils 5 sub-frames 
unterteilt
Ein sub-frame besteht dabei aus 10 Worten zu je 30 Bit.
Das jeweils 1. Wort des 1. sub-frames enthaelt die Zeitinformation, sie 
wird also nur alle 30 Sekunden aktualisiert.
Die Zwischenzeit muss der interne Oszillator des Empfaengers 
ueberbruecken.

Da in GPS Modulen ohnehin entweder VCXO's oder gleich TCXO's verwendet 
werden sollte das ja fuer eine simple Uhr ausreichen, da bringt ein 
extern nachgefuehrter VCXO nix mehr.

Fuer "disciplined oscillators" verwendet man dagegen einmal das GPS 
Signal fuer die Langzeitstabilitaet und einen OCXO (und keinen VCXO) 
fuer die Kurzzeitstabilitaet, sowas zum Beispiel:

http://www.jrmiller.demon.co.uk/projects/freqstd/frqstd.htm

Das ist nicht kompliziert, aber dafuer teuer ;)

Als Orientierung:

Das 1PPS Signal eines Navigation Modules mit SiRFIII Chipsatz erreicht 
systembedingt etwa +/- 1uS relativ zu UTC/USNO.

Ein gewoehnlicher klassischer Navigation Receiver mit "hardware 
channels" (statt der SiRFIII Softwarevariante mit gepufferten Daten) 
kommt etwa auf +/- 100 nS.

Timing Receiver dagegen schaffen rund 15 nS (Trimble Resolution-T) 
beziehungsweise 2-4 nS (Motorola M12+ T). Das wird in Verbindung mit 
einem OCXO dann schon ganz gut ;)

Um aber lediglich eine genaue Sekunde fuer eine Uhr zu haben waere das 
wohl "etwas" uebertrieben...

juergen

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