Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Nixie Uhr, Quarztausch für höhere Genauigkeit


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Jan K. (keksstein)


Lesenswert?

Hallo,

ich habe mir vor einiger zeit eine Uhr mit Nixie Röhren gekauft, leider 
ist sie ziemlich unbrauchbar. Sie basiert auf einem PIC16F628, dessen 
4MHz Quarz ist in dieser Bauform ausgeführt:

https://www.digikey.de/product-detail/de/rami-technology-usa,-llc/AS-16.000-18/2151-AS-16.000-18-ND/10271769?utm_adgroup=General&utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=Smart%20Shopping_Product_Zombie%20SKUs&utm_term=&productid=10271769&gclid=CjwKCAjwi9-HBhACEiwAPzUhHOEKEXKrC83ldVyBm5JUQrY_EokXskpEhMDncryEqgArA3JtSPcwOBoCQnQQAvD_BwE

Das Problem ist das nach ca 1 Woche Betrieb die Uhr schon eine Minute 
falsch geht und nachgestellt werden muss. Das ist nicht genau genug.

Uhrenquarze sind ja auch "nur" normale Quarze, ich frage mich ob man mit 
dem tausch eine höhere Genauigkeit erreichen kann. Was ist denn das 
"genauste" das man in der Bauform kaufen könnte? Als Last sind 2x 15pF 
Cs angeschlossen, eine andere Möglichkeit ist das die 15pF zu dem Quarz 
nicht passen, vielleicht reicht es schon ihn zu ersetzten durch einen 
der mit der Lastkapazität klar kommt. (oder die Cs umbestücken)

Ein TCXO oder ähnliches scheidet aus, dafür ist kein Platz. Dazu kommt 
das das Gehäuse durchsichtig ist, das würde nicht schön aussehen. 
Schaltplan natürlich nicht vorhanden.

Danke!

Gruß,
Jan

: Bearbeitet durch User
von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


Lesenswert?

Nimm einen 4,194304 MHz Quarz und teile diese Frequenz 22 mal durch 2, 
dann kommt genau 1Hz raus. Dann kann auch das Programm im PIC16 
vereinfacht werden.

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Jan K. schrieb:
> Das Problem ist das nach ca 1 Woche Betrieb die Uhr schon eine Minute
> falsch geht und nachgestellt werden muss. Das ist nicht genau genug.

Das sind 100ppm, soweit kann man einen Quarz durchaus ziehen. Geht sie 
denn zu schnell oder zu langsam?

von HildeK (Gast)


Lesenswert?

1 Minute in 7 Tagen sind 100ppm Ablage.
Das ist jetzt kein besonders guter Quarz, aber gerade noch in der 
Toleranz von Standardquarzen.
Um eine Verbesserung zu erzielen, kann man mit den Bürdekapazitäten noch 
etwas herausholen. Sie sollten halt noch immer zum Quarz passen.

Oder eben einen neuen kaufen, der enger toleriert ist. Reichelt z.B. hat 
welche mit 30ppm, dann ist der Fehler von einer Minute halt erst in 3 
Wochen (worst case).

Geht die Uhr vor oder nach?

von Christoph M. (maije)


Lesenswert?

Der Quarz hat 50ppm Frequenzstabilität, damit komme ich auf eine 
maximale Abweichung von 30sec/Woche. Wie errechnest du im Programm die 
1sec? Kann es sein das die Sekunde in deinem Programm schon nicht genau 
ist?

Gruß,
Maije

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

HildeK schrieb:
> Oder eben einen neuen kaufen, der enger toleriert ist. Reichelt z.B. hat
> welche mit 30ppm, dann ist der Fehler von einer Minute halt erst in 3
> Wochen (worst case).

Aber auch der will für richtige Frequenz die richtige Lastkapazität 
sehen.

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


Lesenswert?

HildeK schrieb:
> Geht die Uhr vor oder nach?

Wenn die Uhr vor geht, dann kannst du einfach einen 47pF Trimmer 
parallel zum 15pF schalten.

von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Gangfehler können aber auch an Fehlern im Programm liegen, z.B. wenn 
Delayschleifen statt einem Timer benutzt wurden.
Hat man den Sourcecode, kann man den Gangfehler im Programm auch 
rausrechnen, bzw. erstmal das Programm auf Timer umstellen.

von Pete K. (pete77)


Lesenswert?

Jan K. schrieb:
> eine andere Möglichkeit ist das die 15pF zu dem Quarz
> nicht passen

Was sagt denn das Datenblatt zu dem von Dir verwendeten Quarz?

von Karl B. (gustav)


Lesenswert?

Jan K. schrieb:
> Das Problem ist das nach ca 1 Woche Betrieb die Uhr schon eine Minute
> falsch geht und nachgestellt werden muss. Das ist nicht genau genug.

Hi,
die leidige Temperaturdrift. Dafür nimmt man "Quarzöfen".
Beitrag "Re: Quarzofen"

ciao
gustav

von Peter R. (pnu)


Lesenswert?

Wenn die Uhr vorgeht, die Beschaltungskondensatoren etwas größer machen, 
wenn sie nachgeht halt etwas kleiner.

Grenze dafür ist die dazugehörige Oszillatorschaltung. Wenn die 
überfordert ist, wegen zu keinem odeder zu großem Last-C schwingt sie 
halt nicht mehr.

Natürlich kann man im Programm eingreifen: Entweder den Teilungsfaktor 
ändern aus dem der Sekundentakt gebildet wird oder "Schaltsekunden" 
einfügen z.B. um sieben Uhr morgens, dann zeigt sie tagsüber relativ 
genau oder im Stundentakt, sodass die Anzeige meist innerhalb einer 
Sekunde liegt.

: Bearbeitet durch User
von Peter R. (pnu)


Lesenswert?

Karl B. schrieb:
> Hi,
> die leidige Temperaturdrift. Dafür nimmt man "Quarzöfen".
> Beitrag "Re: Quarzofen"

100ppm sind aber schon mehr als die übliche Temperaturdrift. Die ist im 
Bereich 0...70° meist kleiner als 50ppm und im üblichen Tempbereich 
einer Uhr wenige PPM. Bei einer Nixie darf der Quarz halt nicht gerade 
an der heißesten Stelle im Gehäuse platziert sein.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Michael M. schrieb:

> Nimm einen 4,194304 MHz Quarz und teile diese Frequenz 22 mal durch 2,
> dann kommt genau 1Hz raus. Dann kann auch das Programm im PIC16
> vereinfacht werden.

Man kann auch einfach einen billigen Analogquarzwecker kaufen
und dessen Taktgeber verwenden (plus zwei Transistoren als
Treiber). Bevor man den auseinander reisst, testet man eine
Woche land die Genauigkeit der Uhr.

von Kroko (Gast)


Lesenswert?

Da die Nixie-PIC-Uhr gekauft wurde, willst/kannst du wohl nichts
umprogrammieren. Obwohl das Problenm durchaus mit Software zu
verbessern ginge!

Wie schon oben gesagt: 1 Minute pro Woche entspricht einem Fehler
von 100 ppm, was für günstige Quarze ohne Abgleich noch im Rahmen des
Erlaubten liegt.

Speziell bei 4,194304 MHz (warum sollte es bei 4,0 MHz anders sein?)
sind mir oft Quarze untergekommen die statt mit 2 x 27 pF (ca. 15 pF 
Bürde)
erst mit 2 x 47 pF halbwegs die Sollfrequenz erreichten: Die Frequenz
war anfangs zu hoch - in deinem Fall ginge die Uhr vor.
(Wie ist das bei dir?)

Dein Quarz scheint zu schwingen - somit dürfte er abgleichbar sein:
Ein neueer 4 MHz-Quarz kostet nicht viel. Besorgst du noch 3 x 27 pF und
einen Trimmer 6...36 pF o.ä. solltest du auf < 22 ppm bei Raumtemperatur
von 15..30°C kommen: Weniger, als 1 Minute pro Monat.

Entweder: 27 pF - Quarz - Trimmer, oder
 27 pF || 27 pF - Quarz - Trimmer || 27 pF
"||" soll Parallelschaltung bedeuten...

Ohne (geborgten) Frequenzzähler wird das aber nicht leicht!

von 2aggressive (Gast)


Lesenswert?

Michael M. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> Geht die Uhr vor oder nach?
>
> Wenn die Uhr vor geht, dann kannst du einfach einen 47pF Trimmer
> parallel zum 15pF schalten.
Der 47pF Trimmer hat in seiner Minimalstellung dann womöglich schon eine 
viel zu hohe Kapazität.

Was ich machen würde: kein herkömmlicher Trimmkondensator, sondern 
verdrillten Kupferlackdraht.
Den Vorschlag gab es hier im Forum natürlich schon mal irgendwo, etwas 
Lesefutter findet sich in folgendem Faden:
Beitrag "Re: Kapazität Stromkabel; 0,75 mm^2"



Kroko schrieb:
> Da die Nixie-PIC-Uhr gekauft wurde, willst/kannst du wohl nichts
> umprogrammieren...
Fürchte ich auch.

> ...Ohne (geborgten) Frequenzzähler wird das aber nicht leicht!
Eigentlich isses ohne Frequenzzähler recht einfach, genug Zeit und 
Geduld vorausgesetzt. Ok, eine genaue Uhr sollte natürlich als Messmitel 
zwecks Vergleich zur Verfügung stehen, DCF77 machts möglich :D

Hilfe vom Frequenzzähler wird an der Stelle meiner Meinung nach erst 
recht nicht einfach; die 4Mhz direkt zu messen ist keinesfalls 
durchführbar weil der Oszillator beim Anschluss eines Tastkopfes 
ordentlich verstimmt werden würde. Workarounds (zB Abgreifen des 
Sekundensignals an den Nixies) wird womöglich auch nicht einfach.



Mit Kondensatoren aus verdrillten Drähten ein Fazit zum trimmen: 
"abwarten und abzwicken" :D

HTH

von ... (Gast)


Lesenswert?

> wenn Delayschleifen statt einem Timer benutzt wurden

Der Timer0 hat bei den kleinen PICs die unangenehme Eigenart,
u.U. einen zusaetzlichen Fehler zu erzeugen.
Wenn naemlich nur, ohne den Timer anzuhalten, der neue Reloadwert
per ADD dazuaddiert wird. Dazu gibt es auch eine Appnote die
diesen Fehler beschreibt.
Da kann der Quarz dann noch noch so gut sein, der Fehler bleibt.
Fuer einige wenige Werte kann man das mit Bitsetbefehlen umgehen.
Bei einem Fertiggeraet wird das aber wohl nichts.

Wenn denn die Uhr zu schnell geht, bleibt dem TO nur, ohne einen 
Frequenzzaehler, probeweise kleine SMD-Cs im Bereich 1 - 4.7 pF
den Kondensatoren am Quarz parallel zu schalten und dann die
Abweichung zu beobachten.
Geht sie zu langsam, muss man dann einen Kondensator tauschen.
Z.B. gegen einen 12 pF.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

http://www.nixiekits.eu/Downloads/Assembly_manual_Manuela_HR.pdf
ist es die Uhr? PIC und Quarz würden passen, aber es finden sich noch 
mehr solcher Uhren, zum Teil auch mit Quelltext.

http://www.electronixandmore.com/projects/nixieclocks/6.html
This 6-digit nixie clock runs off a PIC 16F628 using a program written 
by Steve Rougier.
http://www.electronixandmore.com/projects/nixieclocks/nixclkv6.jpg
http://www.electronixandmore.com/projects/nixieclocks/nixclkv6.asm
der trickst auch mit dem Timing
1
;--------
2
; Adjustment values for crystal variation
3
;--------
4
; Normal value = 4098 = 0x1002 = number of interrupts for 1 second
5
; 0 - 0x001002 = 0xEFFE = NORM_COUNT_MSB, NORM_COUNT_LSB
6
; leap value = 4164 = 1044 = fine adjustment for "number of interrupts for 1 second"
7
; 0 - 00108A = EFBC (only the lsbyte needs to be changed = LEAP_COUNT_LSB)
8
9
NORM_COUNT_MSB  equ  0xEF  ; see above comments for derivation of these constants
10
NORM_COUNT_LSB  equ  0xFE
11
LEAP_COUNT_LSB  equ  0xBC
12
13
ADJUSTMENT    equ  0xB6  ; number of seconds between applying fine adjustment, default = 182

: Bearbeitet durch User
von Axel R. (axlr)


Lesenswert?

naja: und dort im asm-File amAnfang
1
; timings all based on 4 MHz crystal
2
3
;--------
4
; these equates may already be in the include file
5
;--------
6
w    equ  0
7
f    equ  1
8
9
;--------
10
; Adjustment values for crystal variation
11
;--------
12
; Normal value = 4098 = 0x1002 = number of interrupts for 1 second
13
; 0 - 0x001002 = 0xEFFE = NORM_COUNT_MSB, NORM_COUNT_LSB
14
; leap value = 4164 = 1044 = fine adjustment for "number of interrupts for 1 second"
15
; 0 - 00108A = EFBC (only the lsbyte needs to be changed = LEAP_COUNT_LSB)
16
17
NORM_COUNT_MSB  equ  0xEF  ; see above comments for derivation of these constants
18
NORM_COUNT_LSB  equ  0xFE
19
LEAP_COUNT_LSB  equ  0xBC
20
21
ADJUSTMENT    equ  0xB6  ; number of seconds between applying fine adjustment, default = 182

fängt man jetzt wirklich an im Quelltext an den konstanten zu schrauben? 
Ist den der PIC in der Schaltung programmierbar? Ich würde mich jetzt 
bei den PICs nicht sonderlich auskennen und auch lieber an einem der 
kleinen C's am Quartz die Sache versuchen einzustellen.
BTW: welchen C ändert man da eigentlich? Den am Eingang des Inverters, 
oder den am Ausgang oder generell beide?

von Axel R. (axlr)


Lesenswert?

... dopppelt ;)

von ... (Gast)


Lesenswert?

Ich habe unter Nutzung des globalen Wirtschaftssystems mir Quarze
mit 4.096 und 8.192 MHz beschafft.
Da kann der elendige Timer nebst Vorteiler immer glatt durchlaufen.
Der Rest ist dann ein Kinderspiel.

Einer Uhr, wo man im Quelltext noch an "Konstanten" schrauben soll,
wuerde ich nicht besonders trauen...

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

Man könnte den Korrekturwert ja in einem Flash oder EEPROM ablegen, dann 
muss man nicht am Quelltext schrauben. Für die Massenproduktion ist das 
schon zu überlegen, wenn man das Geld für anständige TCXOs sparen will.

von Jan K. (keksstein)


Lesenswert?

Vielen Dank für die vielen Antworten!

Die Uhr ist fertig gekauft, am Code kann ich deshalb nichts machen. 
(könnte wohl auch nicht) Auch zu den Bauteilen habe ich keine Infos, der 
Quarz ist nur mit seinen 4MHz beschriftet.

Die Uhr geht nach.
Denkbar wäre dann doch einfach einen der Cs durch einen Trimmer zu 
ersetzen, kostet praktisch nichts außer den Zeitaufwand. Reicht es wenn 
man an einem der Cs "Dreht"?

Fehler im Programm wäre natürlich mies. Wird sich zeigen. Ich gehe 
momentan eher davon aus das der Quarz mal in der "Serie" getauscht wurde 
gegen einen zu dem die Lastkapazität nicht passt.

Das Layout ist durchdacht, der Quarz ist weit weg von dem HV 
Schaltregler und dem Spannungsregler für den uC. Er sitzt direkt neben 
ihm. Sonderlich warm ist es in seiner Umgebung wohl nicht.

Was eventuell machbar wäre ist den 1/2 Sekundentakt abzugreifen, da 
blinken ein paar Glimmlampen als " : " mit. Frequenzzähler bekomme ich 
vielleicht ausgeliehen, sonst halt "try and error".

Das Board hier ist (Optisch) das gleiche wie in meiner Uhr:

Ebay-Artikel Nr. 265202543488

Es gibt die Möglichkeit in den Einstellungen im Menü der Uhr 
nachzugleichen, ich fand das aber ziemlich unschön. Zumal die Uhr ihre 
Settings bei Stromausfall vergisst, Trotz Gold Cap. Der hilft nur wenige 
Minuten.

Gruß,
Jan

von H. H. (hhinz)


Lesenswert?

Jan K. schrieb:
> Die Uhr geht nach.

> Reicht es wenn
> man an einem der Cs "Dreht"?

Löte mal einfach beide aus. Ich fürchte selbst dann wird der Quarz noch 
auf zu niedriger Frequenz schwingen.

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

http://thenixietubewatch.com/nixie-clock-nixie-tube-clock-nixie-uhr-made-in-germany-2.php
Zu "Nixie-House" ist nirgends etwas näheres zu finden.

https://www.axtal.com/Deutsch/TechnInfo/Quarzkochbuch/
im Kapitel 6 (Kap6.pdf) ab Seite 28 werden die Ziehmöglichkeiten 
beschrieben.
Der PIC hat einen Pierce-Oszillator (Seite 16)

von Winne Z. (rugbywinne)


Lesenswert?

Hallo Jan,
was ist deine Vergleichsuhr ?
Kann man sich auf die Genauigkeit verlassen ?

von Christoph db1uq K. (christoph_kessler)


Lesenswert?

>den 1/2 Sekundentakt abzugreifen, da blinken ein paar Glimmlampen als " : " mit.
>Frequenzzähler bekomme ich vielleicht ausgeliehen,

Mit Periodendauermessung und vernünftiger Referenz könnte das gehen.

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


Lesenswert?

Winne Z. schrieb:
> Kann man sich auf die Genauigkeit verlassen ?

0180 4 100 100

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Jan K. schrieb:

> Zumal die Uhr ihre Settings bei Stromausfall vergisst,
> Trotz Gold Cap. Der hilft nur wenige Minuten.

Dann würde ich den mal durch einen Akku ersetzen.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.