Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Digitaluhr Genauigkeit


von Andreas C. (ice-kalt)


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Hallo Zusammen

Ich habe mir eine Digitaluhr aufgebaut und ein Problem mit der 
Genauigkeit.
Mein Takt habe ich mit einem 4.194304MHz Quartz aufgebaut und dies mit 
dem 4521 um 2^22 geteilt, um auf ein Hertz zu gelangen.
(siehe Anhang)
Das ganze lasse ich über die Zählerbausteine 4510 laufen und wandle es 
mittels 4511 von binär zu dezimal um und lasse es auf 7-Segment Anzeigen 
ausgeben.
(siehe Anhang)

Ich habe nach einem Tag fast schon eine Ungenauigkeit von +- 30 sec.


Ich weis jetzt nict ob es an dem Taktsignal liegt oder an den 
Bauteil/Schaltgeschwindigkeiten der Zähler.


Mit freundlichen Grüßen

von Karl H. (kbuchegg)


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Andreas Claus schrieb:
> Hallo Zusammen
>
> Ich habe mir eine Digitaluhr aufgebaut und ein Problem mit der
> Genauigkeit.
> Mein Takt habe ich mit einem 4.194304MHz Quartz aufgebaut

aha. Und hast du den Quartz auch mit Ziehkondensatoren auf exakt diese 
Frequenz gezogen und dann thermisch isoliert (anders rum: zuerst 
thermisch isolieren und mit einer Heizung/Kühlung auf konstanter 
Temperatur halten; dann auf die Frequenz ziehen)

> Ich weis jetzt nict ob es an dem Taktsignal liegt oder an den
> Bauteil/Schaltgeschwindigkeiten der Zähler.

Auch wenn auf dem Quarz irgendwas mit 8 Nachkommastellen drauf steht. Er 
hat nicht diese Frequenz out of the box.

: Bearbeitet durch User
von Andreas C. (ice-kalt)


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Nein dies habe ich nicht gemacht.
Habe das ganze nur nach dem Schaltplan aufgebaut.
Gibt es denn eine einfachere Lösung um ein genaues 1 Hertz Signal zu 
bekommen?

Das bedeutet also auch das die Schaltzeiten der ICs eine nicht so große 
Rolle spielen?

von Sascha (Gast)


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4MHz ist für CMOS noch machbar. an den ICs liegts nicht.
wirklich genaue 1Hz bekommst du mit einem herkömmlichen DCF-Empfänger, 
einem Rubidium-Frequenznormal oder einem GPS-Empfänger.

von Wolle G. (wolleg)


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Andreas Claus schrieb:
> Gibt es denn eine einfachere Lösung um ein genaues 1 Hertz Signal zu
> bekommen?

Vorschlag: zunächst die Uhr täglich mit einer Funkuhr vergleichen und 
mit Ziehkondensator korrigieren. Feinabstimmung evtl. später durch 
wöchentliche Korrektur. Das dauert allerdings eine gewisse Zeit

von Andreas C. (ice-kalt)


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Danke für die schnelle Antwort
Mal ne Frage zu dem DCF Empfänger, liefert der mir schon direkt 1 Hertz 
oder muss man das Signal noch mit einem µC auswerten?

von Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite


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Andreas Claus schrieb:
> Ich habe nach einem Tag fast schon eine Ungenauigkeit von +- 30 sec.

Wie kann die Abweichung nach einem Tag gleichzeitig +30s und -30s 
betragen?

Ich vermute aber, dass dies gelogen ist und die Abweichung nur in eine 
Richtung aufgetreten ist. Dann sollte sie sich durch Anpassung der 
Kondensatoren einigermaßen in den Griff bekommen lassen, so dass sie 
sich auf weniger als eine Minute pro Monat senken lässt.

von Amateur (Gast)


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>Mal ne Frage zu dem DCF Empfänger, liefert der mir schon direkt 1 Hertz
>oder muss man das Signal noch mit einem µC auswerten?

DCF ist in dieser Hinsicht etwas sparsam ausgelegt. Es werden nur 59 
Sekundentakte pro Minute ausgeliefert. Die Sechzigste musst Du Dir schon 
selber basteln.

von Andreas C. (ice-kalt)


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Um die Kondenstatoren anzupassen
- muss ich beide Verändern (C1 und C2)?
- in welcher Größenordnung befinden wir uns (geht es um ein paar pF) ?
- muss ich noch Widerstände ändern ?

von [Frank] (Gast)


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R2 ist sicherlich falsch. Der gehört in die Leitung von Pin 4 zum Quarz.

von Oldie (Gast)


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30 s am Tag????
Das ist ein Fehler von 347 ppm.

Billige Allerweltsquarze von 4 MHz mit C1 = C2 = 27 pF haben bei
den üblichen CMOS-Oszillatorschaltungen meist einen Fehler von
deutlich kleiner 100 ppm. Also vielleicht 5 s pro Tag.

Erster Schritt: C1 / C2 = 22 pF / 82 pF ist Mist
-> 27 pF / 27 pF.

Von da aus kannst du meist mit kleinen Änderungen (22...33 pF)
auf wenige Sekunden pro Woche kommen.

Ansonsten weiß hier natürlich keiner, wie gut, oder schlecht du
das aufgebaut hast. Damit kann man sich auch einiges versauen.

Foto?

von Andreas C. (ice-kalt)


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Bist du dir da sicher ich habe nochmal auf anderen Internetseiten 
geschaut und die haben das genauso?

von Ulrich H. (lurchi)


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Die Kondensatoren sind schon etwa in der richtigen Größe. Es dürft so in 
der Größe 15-35 pF statt der 22 pF liegen. Wenn man das mit einem 
Trimmer nicht hin bekommt kann man ggf. einen kleinen Kondensator 
parallel löten.
Die Widerstände muss man nicht extra anpassen. Nur wenn man bei den 
Kondensatoren extreme Werte braucht muss man ggf. was ändern.

Auch wenn man die Schaltung abgeglichen hat, kann die Frequenz noch 
schwanken, etwa weil sich die Temperatur oder Versorgungsspannung 
ändert. Auch das kann einige Sekunden am Tag ausmachen. Für weniger 
Drift kann man ggf. passende Kondensatoren aussuchen, die den 
Temperatureffekt etwas kompensieren.

Beim DCF77 bekommt man einmal den Sekundentakt 59 mal in der Sekunde 
(eine Fehlt) und dazu die Uhrzeit. Ggf. kann man auch die genau 77,5 kHz 
Trägerfrequenz nutzen, die aber viele fertige Module nicht zur Verfügung 
stellen. Die Auswertung geht fast immer per µC, nicht mehr direkt per 
Logic ICs. Man braucht in der Regel einen Quarz um kurze Ausfälle und 
Störungen zu überbrücken. Viele Uhren empfangen auch normal nur 1 mal am 
Tag (Nachts) das Signal und zeigen den Rest des Tages die Quarzuhr an.

von Andreas C. (ice-kalt)


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Ok vielen Dank


Ich versuche mal die Kondensatoren anzupassen.

von Max M. (jens2001)


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Deine Zählerschaltung sieht sehr merkwürdig aus.
Bist du sicher das die richtig zählt?
Wo hast du die her.
So hab ich das noch nie gesehen.
Warum die 4510 nicht ganz normal cascadieren?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ulrich H. schrieb:
> Die Kondensatoren sind schon etwa in der richtigen Größe. Es dürft so in
> der Größe 15-35 pF statt der 22 pF liegen. Wenn man das mit einem
> Trimmer nicht hin bekommt kann man ggf. einen kleinen Kondensator
> parallel löten.

Wobei mir der 82pF schon sehr hoch vorkommt. Aber es ist ja nicht so 
kompliziert, wenn die Uhr zu langsam läuft, sind die C zu groß, wenn sie 
zu schnell läuft, sind sie zu klein.

Max Mustermann schrieb:
> Warum die 4510 nicht ganz normal cascadieren?

Du brauchst nun mal Teiler:60 für Sekunden und Minuten und Teiler:24 für 
die Stunden, das sieht schon alles richtig aus. Stellen sollte man sie 
auch können, dafür die Load Leitung. Wäre da ein systematischer Fehler, 
würde die Uhr schon im Vergleich mit der Eieruhr durchfallen.
Wenn man also zuviele 4510 hat und nicht weiss, wohin damit, ist so eine 
Uhr schon gar nicht schlecht.

: Bearbeitet durch User
von Stefan F. (Gast)


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Ich musste mal einen Kondensator auf ca 100pF ändern, damit die Frequenz 
stimmte. Es war ebenfalls ein 4,irgendwas Mhz Quartz, jedoch an einem 
89C2051 Mikrocontroller.

Ein kleiner Tip für's nächste mal: Auf die 50Hz Netzfrequenz kann man 
sie sehr verlassen. Wenn du eine Uhr durch die Netzfrequenz aus der 
Steckdose taktest, musst du sie nach der Inbetriebnahme nie wieder 
korrigieren (außer bei Stromausfall).

von Fritz (Gast)


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Wenn man sich die Datenblätter von TI (CD4521) und NXP (HEF4521) 
ansieht, ist in beiden die Osillatorschaltung anders aufgebaut als du 
sie gemacht hast. Pin 4 und 6 vertauscht.
Warum machst du das?

von Dirk (Gast)


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Stefan Us schrieb:
> Auf die 50Hz Netzfrequenz kann man
> sie sehr verlassen.

Da wäre ich mir nicht so sicher. Siehe 
http://www.netzfrequenzmessung.de/

von 6A66 (Gast)


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Andreas Claus schrieb:
> Gibt es denn eine einfachere Lösung um ein genaues 1 Hertz Signal zu
> bekommen?

Wenn Du einen Netzanschluss (230V) hast nimm die Netzfrequenz, die wird 
übers Jahr stabil gehalten mit/-30s Maximalabweichung.

rgds

von npn (Gast)


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Dirk schrieb:
> Stefan Us schrieb:
>> Auf die 50Hz Netzfrequenz kann man
>> sie sehr verlassen.
>
> Da wäre ich mir nicht so sicher. Siehe
> http://www.netzfrequenzmessung.de/

Doch. Sehr sicher sogar. :-)
Die wird zwar in ihrem Momentanwert schwanken, je nach Belastung. Aber 
innerhalb eines größeren Zeitraumes mitteln sich die Abweichungen.

von 6A66 (Gast)


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6A66 schrieb:
> Andreas Claus schrieb:
>> Gibt es denn eine einfachere Lösung um ein genaues 1 Hertz Signal zu
>> bekommen?
>
> Wenn Du einen Netzanschluss (230V) hast nimm die Netzfrequenz, die wird
> übers Jahr stabil gehalten mit/-30s Maximalabweichung.

Siehe hier:
https://www.swissgrid.ch/content/swissgrid/de/home/experts/topics/frequency.html

rgds

von Harald W. (wilhelms)


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Stefan Us schrieb:

> Wenn du eine Uhr durch die Netzfrequenz aus der
> Steckdose taktest, musst du sie nach der Inbetriebnahme nie wieder
> korrigieren (außer bei Stromausfall).

Nur das mit der Sommerzeit haben sie im E-Werk noch nicht hingekriegt.
:-)

von Jubeljahr (Gast)


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Wenn du Lust hast zu programmieren, dann versuche den CD4521 durch einen 
µC zu ersetzen. Damit schaffst du die Möglichkeit Abweichungen in der 
Software zu kompensieren.

von npn (Gast)


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Jubeljahr schrieb:
> Wenn du Lust hast zu programmieren, dann versuche den CD4521 durch
> einen
> µC zu ersetzen. Damit schaffst du die Möglichkeit Abweichungen in der
> Software zu kompensieren.

Und statt den Quarz auf konstanter Temperatur zu halten, kann man die 
Temperatur der Uhr messen, die Kennlinie der Quarzfrequenz bei 
verschiedenen Temperaturen aufnehmen und dann die Berechnung der 
Abweichung durch Interpolation auf der Temperatur-Kennlinie des Quarzes 
ausgleichen. ;-))

von npn (Gast)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Stefan Us schrieb:
>
>> Wenn du eine Uhr durch die Netzfrequenz aus der
>> Steckdose taktest, musst du sie nach der Inbetriebnahme nie wieder
>> korrigieren (außer bei Stromausfall).
>
> Nur das mit der Sommerzeit haben sie im E-Werk noch nicht hingekriegt.
> :-)

Die stricken noch am Übertragungsprotokoll :-)

von Andreas C. (ice-kalt)


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Danke für die Antworten


Noch mal eine Frage zu dem Anpassen der Kondenstatoren.
Ich habe die momentan mit C1 22pF und C2 82pF

Im Ersten Schritt ändere ich beide so auf 27pF
und schaue nach ein paar Tagen wie sich die Zeit verändert hat.


Läuft die Uhr zu langsam = C kleiner
Läuft die Uhr zu schnell = C größer

Ändere ich beide Kondensatoren oder jeweils einzelnd ?

von Peter D. (peda)


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Fritz schrieb:
> Pin 4 und 6 vertauscht.

Stimmt.

Außerdem sind im NXP-Datenblatt nur 500kHz und 50kHz angegeben. Die 4MHz 
können daher außerhalb des Oszillatorbereiches liegen. Oder nimm 15V als 
VCC.

von Peter R. (pnu)


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Beim Ändern der Kondensatoren sollte das Verhältnis 1:1 nicht allzustark 
verändert werden 1:2 für Ängstliche, 1:3 geht noch locker, aber mehr 
wird dann schon grenzwertig.

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