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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Warum Uhrenquarz 32,768 kHz?


Autor: Ralf (Gast)
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Mal eine Frage zum Uhrenquarz:
Warum sind die immer 32,768 kHz? Das hat doch bestimmt einen Grund,
oder? Ist eine Uhr, die ich mit dem externen z.B. 12 MHz großen Quarz
realisiert habe nicht so genau?

Danke für Antworten!

Autor: Philip (Gast)
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32768 = 256 * 128

Dann hast du (ohne Prescaler) 128 Timerüberläufe pro Sekunde.

Das geht bei 12 MHz z.B. nicht ohne Rest auf.

Daher gibt es Quarze, mit denen man man genaue Zeiten oder BaudRaten
erzeugen kann.


Gruss, Philip

Autor: Sascha (Gast)
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Weil einfacher zu teilen. Keine krummen Werte.

Mfg Sascha

Autor: Olaf (Gast)
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Ein guter 12Mhz Quarz koennte sogar genauer sein. Aber 32khz hat den
Vorteil eines wesentlich geringeren Stromverbrauchs. Oder moechtest du
einmal die Woche die Batterie deiner Armbanduhr wechseln?

Olaf

Autor: Ralf (Gast)
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Ok... deshalb hatte ich wohl auch immer Probleme mit der Genauigkeit
meiner 12 MHz - Uhr. :-)

Autor: Jens (Gast)
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ja
du kannst den quarz als takt fuer die timer nutzen
der IOclock muss nur mindestens 65kHz haben ;)

Autor: indufa .de (Gast)
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weil 2 hoch 15 = 32768 ist. Man lässt den Quarz schwingen, hängt 15 Flip
Flops dahinter (Flip Flop ist eine sehr einfache digitale Schaltung),
und aus dem letzten kommt ein Takt mit einer Sekunde heraus, exakt!!
Die Quarze sind sehr billig, überall zu bekommen und brauchen wenig
Energie, schon bei mehr als einem millionstel Watt gehen sie kaputt.
Die 15 Flip Flops sind zusammen (netto) etwa so groß wie ein Sandkorn.
Was Brutto und Netto ist, ist ganz einfach, frage Angela Merkel und
drehe es einfach um.

Autor: Peter Dannegger (Gast)
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"Warum sind die immer 32,768 kHz? Das hat doch bestimmt einen Grund,
oder? Ist eine Uhr, die ich mit dem externen z.B. 12 MHz großen Quarz
realisiert habe nicht so genau?"


Ist ausschließlich nur zum Stromsparen, bei CMOS ist der Stromverbrauch
direkt proportional zur Taktfrequenz.

Bezüglich Konstanz und Temperaturschwankungen sind Quarze im MHz
Bereich aber bei weitem besser.

Allerdings sind die typischen µC-Quarze nicht sehr genau kalibriert,
d.h. die Abweichung von der Nennfrequenz ist höher.

Willst Du eine genaue Uhr bauen und der Strombedarf ist nebensächlich,
dann nimm besser den 12MHz und kalibriere in einmal.


Es gibt aber auch von Maxim hochgenaue Quarzgeneratoren für 32kHz, da
ist dann ein Temperatursensor drin und ein EEPROM, in dem für jede
Temperatur ein Korrekturwert abgespeichert ist.
Das nennt sich dann TCXO (temperature compensated crystal oscillator).

Das X für crystal kommt daher, daß Quarze oft einen X-Schnitt haben.


Peter

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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.

  "Was Brutto und Netto ist, ist ganz einfach,
  frage Angela Merkel und drehe es einfach um."

Was umdrehen? Das Merkel?

Autor: Huburt (Gast)
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> Was umdrehen? Das Merkel?

Würdest du dich dann mal dranhängen?

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> weil 2 hoch 15 = 32768 ist. Man lässt den Quarz schwingen, hängt
> 15 Flip Flops dahinter (Flip Flop ist eine sehr einfache digitale
> Schaltung), und aus dem letzten kommt ein Takt mit einer Sekunde
> heraus, exakt!!

Allerdings werden die gleichen Quarze auch bei Stopuhren verwendet, die
eine Auflösung von  1/100 Sekunde haben. Wieso nimmt man trotzdem
32768Hz-Quarze, und wie bekommen sie es tzotzdem verfünftig hin? Das
geht doch damit nicht mehr so schön auf.

Autor: FAUST (Gast)
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Vorbemerkung: Die Auflösung sagt nichts über die Genauigkeit der Stopuhr
aus, das sind zwei verschiedene Dinge.

Der Fehler, den der Bediener der Stopuhr verursacht ist um ein
Vielfaches größer als die fehlerhafte Abweichung eines billigen 32kHz
Quarzes.
Soweit ich mich entsinnen kann liegt die durchschnittliche
Reaktionszeit des Menschen bei ca. 0,34 Sekunden.

Wie groß die Abweichung der Reaktionszeit zwischen "START"- und
"STOP"- Drücken ist, kannst du dir selbst ausmalen. Da ist jede
0815-Stopuhr aus asiatischer Billigproduktion, die du für ein paar Euro
im Aldi kaufen kannst trotzdem weitaus genauer. Für profesionelle
Zeitmessung (z.B. Sport [siehe Helsinki] ...) wird der
Unsicherheitsfaktor Mensch ausgeschlossen, die Messung erfolgt dort
mittels Sensoren. Wäre ja auch schlimm, wenn der Sprinter "xy" den
Weltrekord doch nicht geknackt hat, weil der ältere Herr am Zielstrich
eine Reaktionszeit wie ein Kaugummi hat ;-).

faust

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Vorbemerkung: Die Auflösung sagt nichts über die Genauigkeit der
> Stopuhr aus, das sind zwei verschiedene Dinge.

Das ist mir klar. Mir geht's auch eher darum, daß bei 32768Hz eben
einfach durch 2 hoch 15 geteilt werden kann, um einen Takt von 1Hz zu
bekommen. Aber wie komme ich mit so einem Quarz auf ähnlich einfache
Weise mit ähnlicher Genauigkeit auf einen Takt von 100Hz?
Ich kann ja nicht einfach 128Hz nehmen, denn dann würde die Uhr um 28%
zu schnell laufen, was wohl doch etwas zu ungenau wäre.
Wie teile ich den Takt also durch 327,68?

Autor: blöder ossi (Gast)
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Wie teile ich den Takt also durch 327,68?

Ganz einfach, Du teilst 32 mal durch 327 und 68 mal durch 328

Und das ganze noch etwas durchmischen (327,328,328,327,328,328...),
dann stimmen auch die 1/100s.


Das Prinzip wird auch im LPC2106 verwendet, nur umgekehrt, d.h. es
werden 32768Hz aus z.B. 12MHz gemacht.


Peter

Autor: TravelRec. (Gast)
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@ Peter: nicht blöder Ossi muß das heißen, sondern "Frustrierter
Ossi", weil so heißen wir ja nun neuerdings (oder auch schon länger -
wer weiß), sorry Off-Topic...

Autor: holm (Gast)
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Es gibt auch 4,096 Mhz Uhrenquarze, ich habe davon noch einie
herumliegen.

Gruß,

Holm (lt. Stoiber dummes Kalb)

Autor: TravelRec. (Gast)
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Waren die Uhrenquarze nicht 4,194304 Mhz ??!? (noch´n dummes Kalb)

Autor: Wirus! (Gast)
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Moin,

wie wäre es mit einem 3,2768 Mhz (gibts bei Reichelt) weil 32768000 Hz
/2^15 = <tata> 1

Autor: Wirus! (Gast)
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<grmpf> Immer klauen die Doppelnullagenten die Nullen </grmpf>

Moin,

wie wäre es mit einem 3,2768 Mhz (gibts bei Reichelt) weil 32768000 Hz
/2^15 = <tata> 100

Autor: Mark Struberg (struberg)
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die höheren 'krummen' Quarze (zB 3,2768MHz) sind meist keine
Uhrenquarze sondern Baudrate-Quarze.
Dh, man kann damit sehr genaue Baudraten, wie zB 19.2kBaud oder höher
erzeugen, was zB mit einem 8.000MHz Quarz eher schwierig wird.

Autor: Mark Struberg (struberg)
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> krummen' Quarze (zB 3,2768MHz)
oops mist, falsche Frequenz kopiert sichselbstschlägt
meinte die 4,194304 MHz

Autor: Tom Kranich (Gast)
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Hi,

ich würde gerne nochmal die Genauigkeit ansprechen.

Wenn der Stromverbrauch keine Rolle spielt, kann ich doch den ATMEGA mit 
nem Quarz mit 16MHz betreiben und den Timer dann mit 64 prescalen und 
mittels OCR=250 ein ms-Interrupt erzeugen.

Ist das jetzt genauer, als wenn ich den Timer mit nem Uhrenquarz laufen 
lasse und daraus ne Sekunden-Basis bekomme?

In meinem aktuellen Beispiel reichen Sekunden aus, die Frage ist aber 
was genauer ist.

Vielen Dank.

Autor: thread nekrophilist (Gast)
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Wenn du genaue Sekunden brauchst nimm einfach GPS ;-)

Autor: Juergen (Gast)
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> <grmpf> Immer klauen die Doppelnullagenten die Nullen </grmpf>

> wie wäre es mit einem 3,2768 Mhz (gibts bei Reichelt) weil 32768000 Hz
> /2^15 = <tata> 100

Eine Null hat er unterwegs verloren.                                ^

SCNR

Autor: Tom Kranich (Gast)
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thread nekrophilist schrieb:
> Wenn du genaue Sekunden brauchst nimm einfach GPS ;-)

Ja, oder DCF77, aber welche der beiden Methoden ist genauer würde ich 
gerne wissen, oder gibt es da keinen Unterschied?

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Juergen schrieb:
>> wie wäre es mit einem 3,2768 Mhz (gibts bei Reichelt) weil 32768000 Hz
>> /2^15 = <tata> 100
>
> Eine Null hat er unterwegs verloren.                                ^

... die andere im darauffolgenden Beitrag an der gleichen Stelle ;-)

Autor: Juergen (Gast)
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> In meinem aktuellen Beispiel reichen Sekunden aus, die Frage ist aber
> was genauer ist.

Das hängt vom Quarz ab, und wie du ihn betreibst.
Typisch werden für Feld-Wald-und-Wiesen-Quarze im MHz-Bereich 50ppm 
spezifiziert (1/20000 oder ca 5s am Tag). Um die Genauigkeit zu 
erreichen, müssen die Lastkapazitäten zum Quarz passen, siehe 
Datenblatt.

Uhren-Quarze scheinen typisch 20ppm zu haben (siehe Farnell-Suche).

Für mehr Geld gibt's auch mehr Genauigkeit.

Autor: Tom Kranich (Gast)
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der 16MHz-Quarz ist auf meiner Test-Platine mit zwei 27p-Kondensatoren 
gegen GND an XTAL1/2 angeschlossen und der Uhrenquarz ganz normal an 
TOSC1/2.

Also scheint der Unterschied nicht soo groß zu sein..

Autor: Michael_ (Gast)
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Man kanns auch aus dem Synchrosignal eines FS-Senders 
erzeugen-------Mist, gibt es nicht mehr! Nur noch Digital.

Autor: Michael H. (michael_h45)
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Tom Kranich schrieb:
> Ja, oder DCF77, aber welche der beiden Methoden ist genauer würde ich
> gerne wissen, oder gibt es da keinen Unterschied?
GPS, wenn du nur Zeitdifferenzen messen musst. DCF-77, wenn es um 
absolute Zeit geht.

Autor: MarioT (Gast)
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Michael H. schrieb:
> GPS, wenn du nur Zeitdifferenzen messen musst.

Kannst Du das genauer erklären?

Autor: Thomas Drebert (thomasd)
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Hallo,

GPS gibt ein Sekunden Impuls, DCF-77 übermittelt dir die Uhrzeit.

Schöne Grüße
Thomas

Autor: Edi R. (edi_r)
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GPS sendet zwar ein genaues Zeitsignal, aber dazu müsste man die von den 
Satelliten empfangenen Signale selber decodieren. Üblicherweise bekommt 
man von GPS-Empfängern (z. B. "GPS-Maus") fertige NMEA-Sätze, und da 
steht das Datum und die Uhrzeit drin.

NMEA-0183-Beispiel:

$GPRMC,191410,A,4735.5634,N,00739.3538,E,0.0,0.0,181102,0.4,E,A*19
       UHRZEIT                                   DATUM

(GP = GPS
RMC = Recommended Minimum Sentence C)

Quelle: http://www.kowoma.de/gps/zusatzerklaerungen/NMEA.htm

Allerdings ist die Zeit in UTC angegeben, nicht in MEZ/MESZ. Und man hat 
(im Gegensatz zu DCF-77) keine Aussage über den Sekundenbeginn, weil der 
Versatz durch die Datenübertragung (meist 4800 Baud) dazukommt.

Meine Folgerung: Für eine Uhr oder einen Wecker ist GPS via NMEA 
geeignet, für Zeitmessungen im Sekunden- oder Subsekundenbereich 
weniger.

Aber eigentlich geht das auch schon wieder vom ursprünglichen Thema weg.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Warum Uhrenquarz 32,768 kHz?
Abgesehen von den bisher angebrachten Argumenten (Teilbarkeit, 
Temperaturkonstanz...) sollte eines nicht vergessen werden:
die Uhrenquarze waren u(h)rsprünglich in Uhren verbaut (Nomen est Omen). 
Und diese sollten mit einer Batterie möglichst lange laufen. Um einen 
möglichst geringen Stromverbrauch zu erhalten war eine niedrige 
Taktfrequenz für die CMOS-Schaltungen unabdingbar.

Autor: Fred (Gast)
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Alternativ kann man sich immernoch auf die 50Hz aus dem Spannungsnetz 
synchronisieren. Wurde ganz früher bei Radioweckern so gemacht.

Autor: Tim T. (tim_taylor)
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Fred schrieb:
> Alternativ kann man sich immernoch auf die 50Hz aus dem Spannungsnetz
> synchronisieren. Wurde ganz früher bei Radioweckern so gemacht.

Das Problem hierbei ist das es nur im Mittel 50Hz sind, zu bestimmten 
Zeiten aber durchaus +-0,2Hz, für Sekunden- oder Subsekundenmessung zu 
ungenau.

Nicht das wir uns falsch verstehen, mir würde für einen Wecker die 
Genauigkeit durchaus reichen, aber bei Leuten denen die GPS-Zeit schon 
zu ungenau ist, kann man nicht mit der Netzfrequenz Idee kommen, daran 
werden sie sich erst recht hochziehen...

Autor: Old Papa (old-papa)
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Fred schrieb:
> Alternativ kann man sich immernoch auf die 50Hz aus dem Spannungsnetz
> synchronisieren. Wurde ganz früher bei Radioweckern so gemacht.

Also, ich kann mich nicht auf die 50Hz synchronisieren. Das habe ich 
schon unfreiwillig versucht, hat fürchterlich gekribbelt ;-)
Bei Radioweckern kribbelt das zwar nicht, der Erfolg ist aber auch eher 
mäßig. Der TS wollte was zu Quarzen wissen. Das wurde umfangreich 
erklärt und jetzt kommst Du mit dieser wackligen Netzfrequenz...
Knapp am Thema vorbei, würde ich sagen.

Old-Papa

Autor: thread nekrophilist (Gast)
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Edi R. schrieb:
> Üblicherweise bekommt
> man von GPS-Empfängern (z. B. "GPS-Maus") fertige NMEA-Sätze, und da
> steht das Datum und die Uhrzeit drin.

Ja, aber es gibt ein große Zahl Module, die dir ein sehr exaktes 
Sekundensignal ausgeben: 1PPS ist da das Stichwort, auch sehr gut um 
eine große Zahl verstreuter Geräte zu synchronisieren ...

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Tom Kranich schrieb:
> Wenn der Stromverbrauch keine Rolle spielt, kann ich doch den ATMEGA mit
> nem Quarz mit 16MHz betreiben und den Timer dann mit 64 prescalen und
> mittels OCR=250 ein ms-Interrupt erzeugen.
>
> Ist das jetzt genauer, als wenn ich den Timer mit nem Uhrenquarz laufen
> lasse und daraus ne Sekunden-Basis bekomme?

MC-Quarze sind ab Werk nicht so genau abgeglichen wie Uhrenquarze.
Aber sie sind prinzipiell deutlich konstanter (anderer Schnitt, höhere 
Güte).

Wenn Du sie abgleichst, sind sie daher deutlich besser als Uhrenquarze.
Dazu läßt man die Uhr einige Wochen laufen, ermittelt die Abweichung und 
rechnet sie dann in den Teilerfaktor mit ein.


Peter

Autor: ulrich (Gast)
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Die 32,... kHz für die Uhrenqurze hat man gewählt um
- einfache Teilung auf 1 Hz
- niedrigen Stromverbrauch
- noch günstig zu fertigen (nicht zu klein oder zu groß als 
Stimmgabelquarz)
- noch nicht so Empfindlich auf die Lage relativ zur Erdbeschleinigung
  (kann man bei 32 kHz aber teils auch schon merken)
- wenig EMV abstrahlung beim Oszillator

Wenn die 32 Khz nicht schon so verbreitet wären, würde man heute 
eventuell auch 65,... kHz (2^16 Hz) oder 51,2 kHz wählen.

Es gibt durchaus auch Armbanduhren die mit 4,1... MHz Quarzen arbeiten.

Autor: Peter R. (pnu)
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>Teilerfaktor per Software und Genauigkeit

Mit dem Abgleich per Software kann man die Fertigungstoleranz abfangen, 
nicht aber die Temperaturtoleranz.

Quarze mit AT-Schnitt, die preiswerten Quarze im MHz-Bereich, haben eine 
schnittabhängige Temperaturabweichung.

Bei großzügiger Fertigung, wie sie für Kontrollerzwecke ausreicht, 
werden da 20ppm nicht eingehalten. Nur bei sorgfältiger Fertigung, bei 
Quarzen für Frequenzaufbereitungen, werden die 20ppm 
Temperaturabweichung eingehalten.

Für Quarzuhren fürs Wohnzimmer oder fürs KFz sind die Quarze mit 4,16.. 
MHZ = 2 exp 22 die erste Wahl. Sie sind billiger als die 
Stimmgabelquarze und haben den besseren Temperaturverlauf in dem für 
Autos möglichen Temperaturbereich. Der Mehrverbauch für 22 FF's, die 
auch noch schneller schalten müssen spielt da keine Rolle.

Stimmgabelquarze sind im -zig kHz-Bereich am leichtesten zu fertigen, 
eine Freqenzzahl von 2 exp 15 ist wegen der einfachen Teilung bis auf 
ein Hz das zweite Argument für 32768Hz. Da sie in den am Arm getragenen 
Uhren temperiert sind, kein Mensch setzt seinen Arm freiwillig -20 Grad 
aus, haben sie auch bei dem parabolischen Verlauf der Temperaturkurve 
mit 25 Grad als Wendepunkt recht gute Frequenzstabilität.

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