Hallo zusammen, ich möchte zum ersten Mal in einem Projekt eine Uhr realisieren. Inzwischen stelle ich mir die Frage, ob es nicht (auch preislich) sinnvoller wäre, einen stabilieren 20-MHz-Quarz zu verwenden, als einen weniger stabilen 20-MHz-Quarz und zusätzlich einen stabilen Oszillator mir 32,768 kHz. Liege ich damit richtig? ------- Meine Überlegung war Folgende: Üblicherweise werden für die Realisierung einer Uhr Uhrenquarze mit 32,768 kHz eingesetzt. Ich dachte immer, wegen einer höheren Genauigkeit. Deshalb wollte dafür Oszillator mit 32,768 kHz verwenden. Nun stelle ich fest, dass die eine ähnliche Genauigkeit wie ein Systemquarz haben. Die breite Masse der Uhrenquarze und -Oszillatoren hat 25 bis 50 ppm, was im gleichen Bereich liegt, wie bei Quarzen mit 20 MHz. Nun ist ppm eine relative Angabe und damit frequenzunabhängig. Mit 25 ppm geht die Uhr bis zu 15 Sekunden pro Woche falsch, egal ob die Taktquelle 32,768 kHz oder 20 MHz hat. Da scheint es mir wenig sinnvoll, zusätzlich einen präzisen Oszillator mit 32,768 kHz zu verbauen, wenn ich für weniger Geld die Frequenzstabilität des 20-MHz-Quarzes verbessern kann. Da stellt sich mir die Frage, Warum werden Uhrenquarze überhaupt an Mikrocontrollern verwendet? Nur, weil pro Sekunde eine exakte Zahl von 2^n Takten gezählt werden musste, was die Chips bzw. den Code einfacher machte? Oder War das mit der Frequenzstabilität mal anders? Waren Uhrenquarze früher einmal genauer als Quarze im MHz-Bereich und das hat sich inzwischen geändert? P.S.: Mir ist der Unterschied zwischen Quarz und Oszillator bekannt, habe das nicht durcheinandergeworfen. Ich hätte einen Oszillator mit 32,768 kHz bevorzugt, da kleine Stückzahl und leichter zu integrieren.
Uhrenquarze nimmt man zum Stromsparen (Stützbatterie). Prinzipiell sind Quarze mit hoher Frequenz stabiler und unempfindlicher gegen Temperatur.
Die Frage ist, ob du die 20MHz überhaupt brauchst. Immerhin zieht der MC bei so hohen Taktfrequenzen viel mehr Strom als mit einem 32kHz Takt. Die heutigen vollstatisch arbeitenden MC funktionieren mit niedrigen Takten gut und verbrauchen dabei sehr wenig Strom. Den Uhrenquarz trimmst du einmal mit den Last-Kondensatoren oder per Software. https://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_-_Die_genaue_Sekunde_/_RTC
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Terence S. schrieb: > Inzwischen stelle ich mir die Frage, ob es nicht (auch preislich) > sinnvoller wäre, einen stabilieren 20-MHz-Quarz zu verwenden, als einen > weniger stabilen 20-MHz-Quarz und zusätzlich einen stabilen Oszillator > mir 32,768 kHz. Liege ich damit richtig? Kommt auf den verwendeten µC an. Es gabe da noch die Variante: -Uhrenquarz + interner RC-Oszillator Damit sparst du dir den externen System-clock Oszillator. Allerdings ist der RC-Oszillator recht ungenau, was den Uhrenquartz erforderlich macht. Beitrag "Toleranz interner Oszillator ATMEGA328PB"
wie schon geschrieben, je niedriger die Frequenz desto niedriger der Strombedarf. 32 Khz lies sich damals auch leichter und mit weniger Aufwand auf 1Hz runterteilen. Genauigkeit war damals nicht so das Problem, weil die Konkurenz mechanische Uhren waren. Die Genauigkeit kannst du erhoehen in dem du zusaetzlich die Temperatur (!) misst. Gruesse
Vielen Dank für die vielen und aufschlussreichen Antworten. Der Mikrocontroller wird ein TMS320F28027 von Texas Instruments sein. Peter D. schrieb: > Uhrenquarze nimmt man zum Stromsparen (Stützbatterie). Ah danke, an die Stromaufnahme habe ich gar nicht gedacht. Das ergibt Sinn. Matthias S. schrieb: > Die Frage ist, ob du die 20MHz überhaupt brauchst. Immerhin zieht der MC > bei so hohen Taktfrequenzen viel mehr Strom als mit einem 32kHz Takt. > Die heutigen vollstatisch arbeitenden MC funktionieren mit niedrigen > Takten gut und verbrauchen dabei sehr wenig Strom. Der Mikrocontroller Taktet am Ende sogar mit 60 MHz. Ob ich die wirklich brauche, ist ein guter Punkt. Das war bisher völlig egal, bei dem Projekt aber direkt einmal nicht ganz. Kann mir jemand spontan sagen, wie sich das auf die Stromaufnahme auswirkt? Ich nehme an, der CPU-Takt ist wesentlich für die Stromaufnahme. Spart es nennenswert, wenn der CPU-Takt gleich bleibt, aber der Quarz langsamer taktet? Also beispielsweise 10-MHz-Quarz statt 20 MHz, aber CPU-Takt in beiden Fällen 60 MHz. Schnucki Schwebung schrieb: > Kommt auf den verwendeten µC an. Es gabe da noch die Variante: > -Uhrenquarz + interner RC-Oszillator Ebenfalls eine gute Idee. Das könnte tatsächlich ausreichen. Klaus H. schrieb: > Die Genauigkeit kannst du erhoehen in dem du zusaetzlich die Temperatur > (!) misst. Das hatte ich auch schon geplant, auch um temperaturbedingte Abweichungen anderer Schaltungsteile herausrechnen zu können. -------- Also ich werde einfach einen Oszillator mit 32 kHz vorsehen, aber wahrscheinlich drauf verzichten. So habe ich alle Freiheitsgrade und kann jede Konstellation testen.
Terence S. schrieb: > Also > beispielsweise 10-MHz-Quarz statt 20 MHz, aber CPU-Takt in beiden Fällen > 60 MHz. Nee, das spart nix. Der grosse Teil des Stromverbrauchs geht auf Kosten von schnell umschaltenden MOSFet Pärchen. Der grösste Teil der Gatter wird nicht von 10MHz, sondern den 60MHz getaktet. Der Unterschied wird minimal sein. Aber warum 60Mhz für eine Uhr?
...... > minimal sein. Aber warum 60Mhz für eine Uhr? und was machst du mit einem TMS320F28027 ? Gibt es den ueberhaupt noch zu kaufen ?
Peter D. schrieb: > Prinzipiell sind Quarze mit hoher Frequenz stabiler und unempfindlicher > gegen Temperatur. Das kannst Du gerne behaupten, aber richtig wird es dadurch trotzdem nicht. Simple, billige Prozessorquarze sind alles andere als stabil. Für Geräte, wo es auf ein exaktes Timing ankommt, hatten wir Prozessorquarze von KVG, die ein vielfaches der Standardware kosteten. Klaus H. schrieb: > 32 Khz lie_ß_ sich damals auch leichter und mit weniger Aufwand auf 1Hz > runterteilen. Wohl wahr, rein binär mit relativ wenigen Stufen. Zu TTL-Zeiten haben wir mit 4,194304 MHz gebastelt, die waren relativ günstig und ebenfalls binär teilbar. Einen Keramiktrimmer mit 10pF dran und nach ein paar Monaten Laufzeit blieben die dann sehr stabil.
> Das kannst Du gerne behaupten, aber richtig wird es dadurch trotzdem nicht. Quarze mit einigen MHz kann man mit dem "AT-Schnitt" schneiden. Der hat ohne weiteres Zutun einen Sattelpunkt in seiner Temperatur/Frequenz-Charakteristik. Opimalerweise liegt der Sattelpunkt bei der Raumtemperatur. > Simple, billige Prozessorquarze sind alles andere als stabil. Ja, wer den billigsten Schrott kauft, wird auch nur schrottige Ergebnisse erhalten. Im allgemeinen haben "Prozessorquarze" aber auch einige MHz mehr, als der AT-Schnitt hergibt. > 4,194304 MHz Da wuerde man heute wohl 4.096 MHz oder das Doppelte nehmen.
Ja die Frage scheint mir berechtigt: Klaus H. schrieb: > und was machst du mit einem TMS320F28027 ? Wenn es um eine Uhr geht und ev. nur minimale Rechenleistung gefordert wird, Nimm doch ein MSP430FRxxx aus der TI Familie. Da gibt es Dinger die brauchen so wenig saft dass sich selbst eine CR2032 vorher selber entladen hat bevor der MSP430 sie lehr brauchen konnte :-) Und da gibt es welche die intern eine RTC haben wo sich die Software nicht um das ganze Zeit und Datumdingsbumd kümmern muss. Die laufen dann im LPM3.5 Mode wo mit guter Beschaltung der strom in 0.xµA bis 0,0x µA liegen. Was willst du bauen und kommt es auf extreme Batteriesparen an? Wie schon Vorposter geschrieben haben Strom-spar v.s. Genauigkeit ist eigentlich der 32'768Hz Quarz da ideal.
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Manfred schrieb: > Wohl wahr, rein binär mit relativ wenigen Stufen. Zu TTL-Zeiten haben > wir mit 4,194304 MHz gebastelt, die waren relativ günstig und ebenfalls > binär teilbar. Einen Keramiktrimmer mit 10pF dran und nach ein paar > Monaten Laufzeit blieben die dann sehr stabil. Mit einem CD4060 und einem dahinter geschalteten CD4020 kommt man bequem auf stabile 1Hz.
... schrieb: > Da wuerde man heute wohl 4.096 MHz oder das Doppelte nehmen. Mit einem uC könnte man mit einem 4,096 MHz Quarz auf 1Hz kommen, aber ohne Programmieren, sondern nur durch einfaches binäres teilen kommt man nur auf 0,9765625Hz. Dann hätte man bei der Uhr einen Genauigkeitsfehler von über 2%.
> Mit einem CD4060 und einem dahinter geschalteten CD4020
Da war man in der S.B.Z. weiter. Da gab es den U124.
Der konnte direkt ein (Schrittmotor-)Uhrwerk antreiben.
Der Quarz hatte 4,194304 MHz.
Seinen Saft zog das Ganze aus einer AA.
Terence S. schrieb: > Liege ich damit richtig? Womit willst du richtig liegen? Also: ein Quarz im unteren MHz Bereich ist zumeist frequenzstabiler als ein 32 kHz Uhrenquarz. Dafür ist letzterer dann sinnvoller, wenn man mit ganz wenig Betriebsleistung auskommen will. Und ein Rubidium- oder gar ein Cäsium-Frequenznormal ist noch viel frequenzstabiler. Also was soll's. Wenn du also bloß eine Uhr bauen willst ohne Rücksicht auf den Stromverbrauch, dann ist das mit einem µC und einem Quarz bei 4..16 MHz am ehesten und einfachsten möglich. Wenn es hingegen eine Uhr sein soll, die aus einer Knopfzelle jahrelang versorgt werden soll, dann ist am ehesten ein Spezial-IC und ein 32 kHz Uhrenquarz geeignet. Und wenn du das Preisargument hernimmst, dann ist der Preis für einen µC und Anzeigen und dessen Versorgung, Leiterplatte, Stellknöpfe usw. viel höher als die Preisunterschiede bei den gängigen Quarzen und Quarzoszillatoren. Wenn du es da genauer haben willst, dann wäre ein gebrauchter OCXO per Ebay usw. wohl die für den Bastler am ehesten geeignete Variante. W.S.
> sondern nur durch einfaches binäres teilen kommt man > nur auf 0,9765625Hz. Rechne nochmal. Der binaere Teiler teilt z.B. durch 4096. Dann hab man nebenbei noch einen praezisen 1 ms Systick. Einfaches stumpfes Binaerteilen ist bei Controllern heute halt nicht mehr so angezeigt.
Matthias S. schrieb: > Nee, das spart nix. Der grosse Teil des Stromverbrauchs geht auf Kosten > von schnell umschaltenden MOSFet Pärchen. Der grösste Teil der Gatter > wird nicht von 10MHz, sondern den 60MHz getaktet. Das dachte ich mir, danke. Matthias S. schrieb: > Der Unterschied wird minimal sein. Aber warum 60Mhz für eine Uhr? Die Uhr ist nur eine von vielen Funktionen. Allein für die Uhr sind 60 MHz natürlich überflüssig, aber für den Rest brauche ich schon mehrere 10 MHz, wenn vielleicht auch keine 60. Klaus H. schrieb: > und was machst du mit einem TMS320F28027 ? > Gibt es den ueberhaupt noch zu kaufen ? Gibt es noch zu kaufen, mit denen habe ich Erfahrung und habe ich noch übrig. Patrick L. schrieb: > Was willst du bauen und kommt es auf extreme Batteriesparen an? > Wie schon Vorposter geschrieben haben Strom-spar v.s. Genauigkeit ist > eigentlich der 32'768Hz Quarz da ideal. Ich möchte zeitgesteuert einen Motor zum Öffnen/Schließen einer Klappe ansteuern, dazu LED-Streifen, temperaturabhängig einen Heizwiderstand. Das Ganze soll optional über einen Akku gepuffert werden. Einen DC-DC-Wandler zum Laden steuert der Mikrocontroller ebenfalls an. Wie stark der Verbrauch des µC da ins Gewicht fällt, muss sich dann zeigen.
Terence S. schrieb: > Kann mir jemand spontan sagen, wie sich das auf die Stromaufnahme > auswirkt? Ich nehme an, der CPU-Takt ist wesentlich für die Stromaufnahme. Ja, wenn du die Taktfrequenz halbierst, dann halbiert es auch ungefähr die Stromaufnahme des Mikrocontrollers. Nur unterhalb von 1 mA gilt das nicht mehr so. Genaueres kannst du Tabellen und Diagrammen aus dem Datenblatt entnehmen. > Spart es nennenswert, wenn der CPU-Takt gleich bleibt, > aber der Quarz langsamer taktet? Es spart kaum messbar, weil dadurch nur der Oszillator weniger Strom aufnimmt. Die Millionen Transistoren der CPU sind von der Änderung ja nicht betroffen, sie brauchen genau so viel Strom wie vorher. Bei Uhrenquarzen wird normalerweise ein auf Stromsparen optimierter Oszillator verwendet. Der 32 kHz Oszillator vom STM32F103 ist deswegen so empfindlich, dass er manchmal stehen bleibt, wenn man die betroffenen Pins anfasst oder in ein Steckbrett steckt.
Steve schrieb: > Der 32 kHz Oszillator vom STM32F103 ist deswegen > so empfindlich, dass er manchmal stehen bleibt, wenn man die betroffenen > Pins anfasst oder in ein Steckbrett steckt. Aus diesem Grund haben die TI µC für Lowpower-Anwendungen sogar bereits die Caps integriert(Veränderbar), die man dann Softwaremäßig justieren kann. Auszug aus dem Datasheet
1 | 5.2.3 LFXT1 Oscillator |
2 | The LFXT1 oscillator supports ultra-low current consumption using a 32768-Hz watch crystal in LF mode |
3 | (XTS = 0). A watch crystal connects to XIN and XOUT without any other external components. The softwareselectable XCAPx bits configure the internally provided load capacitance for the LFXT1 crystal in LF mode. This |
4 | capacitance can be selected as 1 pF, 6 pF, 10 pF, or 12.5 pF typical. Additional external capacitors can be added |
5 | if necessary. |
Im pA Bereich spielt nämlich sogar die Leiterbahn und das verwendete PCB Material eine große Rolle. Also wenn es darauf ankommt möglichst Stromsparend zu sein ist FR4 oder Pertinax(wird das überhabt noch verwendet?) denkbar schlecht. Die Besten Resultate was Stromverbrauch anbelangt habe ich mit Aluminiumoxid Keramik PCB erzielt, da ist der Kriechstrom bei rund 32kHz so niedrig das selbst hochempfindliche Messgeräte zwar die Differenz je nach Flussmittel messen können aber der Verlust durch den Keramik nicht.... Soll heißen: Ob Luftschaltung oder auf Keramik identischer verbrauch ;-) Damit habe ich schon Schaltungen mit einem Verbrauch um 2.7µW realisiert und dass ist sehr sehr wenig ;-)
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Terence S. schrieb: > Ich möchte zeitgesteuert einen Motor zum Öffnen/Schließen einer Klappe > ansteuern, dazu LED-Streifen, temperaturabhängig einen Heizwiderstand. > Das Ganze soll optional über einen Akku gepuffert werden. Einen > DC-DC-Wandler zum Laden steuert der Mikrocontroller ebenfalls an. Wie > stark der Verbrauch des µC da ins Gewicht fällt, muss sich dann zeigen. Für halbwegs genaue Zeiten wurden Chips wie der DS3231 erfunden. Die haben den Quarz intern und sind temperaturkompensiert. Man kommt dann auch auf Werte bei 3ppm und besser.
Da ich zeitweise Verbraucher ansteuer, die Strom im Ampere-Bereich ziehen, ist es egal, ob der Mikrocontroller 100 µA oder 10 mA zieht. Interessant wird es eher im Bereich der 100 mA, denn das macht mit der Zeit doch schon was aus, ob es 80 mA oder 120 mA sind. Aber auch nur, wenn über Akku gepuffert wird. Wenn ich Anfange jedes mA aus dem Mikrocontroller zu kitzeln, sollte ich vorher die gesamte Schaltung drum herum optimieren. Da macht die Wahl eines Operationsverstärkers oder die Größe der Widerstände in der OP-Schaltung schon mehr aus. Also ich nehme mit, in meinem Fall kann ich auf den Uhrenquarz verzichten.
> Pertinax(wird das überhabt noch verwendet?) denkbar schlecht.
Klar, kauf mal was bei Aldi und schau rein. :-)
Olaf
RTC schrieb: > Für halbwegs genaue Zeiten wurden Chips wie der DS3231 erfunden. Die > haben den Quarz intern und sind temperaturkompensiert. Man kommt dann > auch auf Werte bei 3ppm und besser. Ist leider derzeit norgendwo lieferbar. Und wenn, würden die 10 bis 20 € das Stück kosten. Ich nehme an, das sind aber nur Mondpreise wegen Lieferschwierigkeiten.
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Terence S. schrieb: > Ich nehme an, das sind aber nur Mondpreise wegen > Lieferschwierigkeiten. Oder weil mal wieder die Zeitumstellung vor der Tür steht... SCNR
Wenn es nicht unbedingt ein Batterie- oder Akku-betriebenes Gerät werden soll, wäre auch eine Netzwerkanbindung (Wifi oder LAN) und die regelmäßige Synchronisation über NTP zu überlegen. Damit wäre auch die Funktionalität einer Weltzeituhr und automatische Sommer-/Wintterzeitumschaltung praktisch geschenkt. On-top: Wecker über Google-Kalender, Kleines Textdisplay zeigt wichtige Geburtstage an, etc....
>> ... DS3231 ... > Ist leider derzeit norgendwo lieferbar. Im Ernst? War zwar auch schon billiger, aber für die heutigen Zeiten ist 4.60 EUR eigentlich preiswert: Reichelt 'RPI RTC CLOCK'.
Terence S. schrieb: >> Für halbwegs genaue Zeiten wurden Chips wie der DS3231 erfunden. Die >> haben den Quarz intern und sind temperaturkompensiert. > > Ist leider derzeit norgendwo lieferbar. Und wenn, würden die 10 bis 20 € > das Stück kosten. Die DS32xx waren schon immer doppelt so teuer wie die Konkurenz und RTC schrieb "Chips wie der..." Na gut, lieferbar ist kaum einer, aber Ausnahmen bestätigen die Regel, noch dazu in einem Designer-Gehäuse: https://www.reichelt.de/rtc-modul-smd-keramik-3-2x5x1-2mm-i-c-bus-rv-3029-c2-p101070.html?&nbc=1 Bei dem sollte man allerdings das Datenblatt wirklich lesen, nicht nur, weil Reichelt die Temperaturkompensation verschweigt und ±20ppm angibt. Die anderen ICs in dieser Reichelt-Gruppe sind dank integriertem Quarz auch interessant. Dadurch gibt es jedenfalls keinen Stress mit dem extrem hochohmigen Oszillator. Und in Wohnräumen sind sie auch ohne Temperaturkompensation praktisch genauso genau. Jedenfalls, wenn man das Trim Register des RV-2123 nutzt. Bei den Schweizern gibt's noch mehr interessantes, zum Beispiel RV-3032: RTC inkl. Quarz und Temperaturkompensation bei 1.2V und 0.7µA in 3.2 x 1.5 x 0.8mm. Oder Oszillatoren mit 1µA in der Größe oder noch kleiner.
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LAN bzw. WLAN ist nicht verfügbar. Aber selbst wenn, das wäre völlig am Ziel vorbei. Ich will keinen Raspi mit Linux und Touchscreen benutzen, sondern eine Elektronik, die für ihre Funktion die Uhrzeit braucht. S. Landolt schrieb: >>> ... DS3231 ... >> Ist leider derzeit norgendwo lieferbar. > > Im Ernst? https://octopart.com/search?q=DS3231¤cy=EUR Sieht mies aus. Die Suche bei Reichelt ist für'n Arsch. Die Suche nach "ds3231" liefert ein IC, das nicht lieferbar ist. https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=446&LA=0&nbc=1&q=ds3231 Hänge ich "SN" an, dann finde ich das IC auf der Platine. Rüdiger B. schrieb: > Wenns genauer sein soll nimm einen TCXO. Das sieht gut aus, wie ich es mir vorgestellt habe. https://www.mouser.de/ProductDetail/ECS/ECS-TXO-3225MV-200-TR?qs=d0WKAl%252BL4KYR3Q833RONkw%3D%3D Ist mit 2,50 € nicht total günstig, aber noch bezahlbar, sehr genau (2,5 ppm) und ich habe alles mit einer Taktquelle erschlagen. Ich muss mir keine Sorgen ums Anschwingen machen und der Code bleibt einfach. Brauche kein I²C, spart wieder Pins. Die Uhr geht im Jahr bis zu 80 Sekunden falsch - das reicht. Ich will nur nicht jeden Monat die Uhr nachstellen müssen. So langsam ist das Thema damit für mich abgehakt. Danke für die vielen Beiträge!
Terence S. schrieb: > Sieht mies aus. Die Suche bei Reichelt ist für'n Arsch. Deshalb hatte ich Ihnen den Suchbegriff vorgegeben: 'RPI RTC CLOCK'; ist zwar eine komplette Platine, aber nicht viel größer als der IC selbst, lässt sich dafür leichter handhaben. Terence S. schrieb: >> Wenns genauer sein soll nimm einen TCXO. > > Das sieht gut aus, wie ich es mir vorgestellt habe. Der DS3231SN ist ein TCXO, mit 2 ppm maximal; mein Exemplar liegt bei 1 ppm. > Ist mit 2,50 € nicht total günstig, aber noch bezahlbar Hier nun trennen sich unsere Wege, wir haben von Hobby unterschiedliche Vorstellungen.
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