Как проверить кварц мультиметром. Как проверить кварцевый резонатор: пошаговая инструкция и советы

Как правильно проверить работоспособность кварцевого резонатора. Какие методы и инструменты использовать для диагностики кварца. На что обратить внимание при тестировании кварцевого резонатора.

Что такое кварцевый резонатор и для чего он используется

Кварцевый резонатор — это электронный компонент, использующий пьезоэлектрические свойства кварца для создания электрического сигнала с очень точной и стабильной частотой. Он широко применяется в различных электронных устройствах для генерации опорной частоты:

• В микроконтроллерах и процессорах для тактирования
• В часах и таймерах для отсчета времени
• В радиопередатчиках и приемниках для настройки частоты
• В измерительных приборах для калибровки

Кварцевые резонаторы обеспечивают высокую точность и стабильность частоты, что критически важно во многих применениях. Поэтому проверка их работоспособности — важная задача при диагностике и ремонте электронной техники.

Почему кварцевый резонатор может выйти из строя

Несмотря на высокую надежность, кварцевые резонаторы иногда могут выходить из строя по следующим причинам:

• Механические повреждения при падении или ударе устройства
• Перегрев при пайке или в процессе работы
• Старение и деградация кристалла кварца со временем
• Превышение допустимой мощности на кварце
• Попадание влаги внутрь корпуса резонатора

Неисправность кварца может привести к нарушению работы всего устройства, поэтому важно уметь быстро диагностировать проблему.

Какие инструменты понадобятся для проверки кварцевого резонатора

Для полноценной проверки кварцевого резонатора желательно иметь следующие инструменты:

• Мультиметр с режимом измерения емкости
• Осциллограф
• Частотомер
• Генератор сигналов
• Паяльная станция

Однако базовую проверку можно выполнить и с помощью только мультиметра. Главное — соблюдать правила работы с чувствительными электронными компонентами.

Проверка кварцевого резонатора с помощью мультиметра

Простейший способ убедиться в работоспособности кварца — проверить его с помощью мультиметра:

1. Установите мультиметр в режим измерения емкости
2. Подключите щупы к выводам кварцевого резонатора
3. Исправный кварц должен показать емкость в пределах 20-40 пФ
4. Переключите мультиметр в режим прозвонки
5. Между выводами исправного кварца не должно быть короткого замыкания

Это позволит выявить очевидные неисправности, такие как обрыв или короткое замыкание. Однако для точной проверки частоты потребуются дополнительные инструменты.

Проверка кварцевого резонатора с помощью осциллографа

Осциллограф позволяет визуально оценить сигнал, генерируемый кварцевым резонатором:

1. Соберите простую схему генератора на кварце
2. Подключите щуп осциллографа к выходу генератора
3. Настройте развертку осциллографа на ожидаемую частоту кварца
4. На экране должны наблюдаться стабильные колебания
5. Измерьте частоту сигнала — она должна соответствовать номиналу кварца

Осциллограф позволяет оценить не только наличие колебаний, но и их форму и стабильность, что важно для полноценной диагностики.

Использование частотомера для точного измерения частоты кварца

Частотомер — идеальный инструмент для проверки точной частоты кварцевого резонатора:

1. Подключите кварц к схеме генератора
2. Соедините выход генератора со входом частотомера
3. Измерьте частоту сигнала
4. Сравните полученное значение с номинальной частотой кварца
5. Отклонение не должно превышать указанный в документации допуск

Современные частотомеры позволяют измерять частоту с высокой точностью, что критически важно для некоторых применений кварцевых резонаторов.

Проверка кварцевого резонатора в реальной схеме устройства

Иногда кварц может нормально работать при тестировании, но давать сбои в реальном устройстве. Поэтому полезно проверить его работу непосредственно в схеме:

1. Припаяйте кварц в устройство, соблюдая температурный режим
2. Подключите осциллограф к выводу микроконтроллера с тактовым сигналом
3. Проверьте наличие стабильных колебаний нужной частоты
4. Проведите комплексное тестирование работы устройства
5. Убедитесь, что все функции, зависящие от точности тактирования, работают корректно

Такая проверка позволит выявить проблемы совместимости кварца с конкретной схемой или нарушения работы при реальных условиях эксплуатации.

На что обратить внимание при выборе нового кварцевого резонатора

Если старый кварц вышел из строя, при выборе замены стоит учитывать следующие параметры:

• Точное значение номинальной частоты
• Допустимое отклонение частоты
• Нагрузочная емкость
• Температурный диапазон работы
• Тип корпуса и габаритные размеры
• Максимальная рассеиваемая мощность

Важно подобрать кварц с характеристиками, максимально близкими к оригинальному. Использование резонатора с неподходящими параметрами может привести к нестабильной работе устройства.

Типичные ошибки при проверке кварцевых резонаторов

При диагностике кварцевых резонаторов следует избегать следующих распространенных ошибок:

• Измерение частоты кварца обычным мультиметром
• Проверка кварца без нагрузочных конденсаторов
• Превышение допустимой мощности при тестировании
• Игнорирование температурной зависимости частоты
• Неправильное подключение кварца в схему (переполюсовка)

Соблюдение правильной методики тестирования позволит получить достоверные результаты и избежать повреждения чувствительного компонента.

Как проверить кварцевый резонатор. » Хабстаб

Воспользуйтесь строкой поиска,
чтобы найти нужный материал

Сразу хотелось бы сказать, что проверить кварцевый резонатор с помощью мультиметра не получится. Для проверки кварцевого резонатора с помощью осциллографа необходимо подключить щуп к одному из выводов кварца, а земляной крокодил к другому, но такой способ не всегда даёт положительный результат, далее описано почему.
Одна из основных причин выхода из строя кварцевого резонатора — банальное падение, поэтому если перестал работать пульт от телевизора, брелок от сигнализации автомобиля, то первым делом необходимо его проверить. Проверить генерацию на плате не всегда получается потому, что щуп осциллографа имеет некоторую ёмкость, которая обычно составляет около 100pF, то есть, подключая щуп осциллографа, мы подключаем конденсатор номиналом 100pF. Так как номиналы ёмкостей в схемах кварцевых генераторов составляют десятки и сотни пикофарад, реже нанофарады, то подключение такой ёмкости вносит значительную ошибку в расчётные параметры схемы и соответственно может привести к срыву генерации.

Ёмкость щупа можно уменьшить до 20pF, если установить делитель на 10, но и это не всегда помогает.

Исходя из выше написанного можно сделать вывод, что для проверки кварцевого резонатора нужна схема, при подключении к которой щупа осциллографа не будет срываться генерация, то есть схема должна не чувствовать ёмкость щупа. Выбор пал на генератор Клаппа на транзисторах, а для того чтобы не срывалась генерация к выходу подключён эмиттерный повторитель.

Сначала схема была собрана на макетке, но запустить на ней кварцевый резонатор резонансная частота которого выше 8МHz, не удалось, оно и понятно, на макетке сильно много паразитных элементов, которые начинают проявляться с повышением частоты, также при увеличении частоты надо стараться делать соединения между элементами схемы как можно короче. Поэтому было решено собрать схему на фольгированном стеклотекстолите.

Если поставить плату на просвет видно, что с помощью сверла получаются аккуратненькие пятачки, если сверлить шуруповёртом, то почти аккуратненькие). По сути это тот же монтаж на пятачках, только пятачки не наклеиваются, а сверлятся.

Фотографию сверла можно увидеть ниже.

Теперь давайте перейдём непосредственно к проверке кварцев. Сначала возьмём кварц на 4.194304MHz.

Кварц на 8MHz.

Кварц на 14.31818MHz.

Кварц на 32MHz.

Хотелось бы несколько слов сказать про гармоники, Гармоники — колебания на частоте кратной основной, если основная частота кварцевого резонатора 8MHz, то гармониками в этом случае называют колебания на частотах: 24MHz – 3-я гармоника, 40MHz – 5-я гармоника и так далее. У кого-то мог возникнуть вопрос, почему в примере только нечётные гармоники, потому что

кварц на чётных гармониках работать не может!!!

Кварцевого резонатора на частоту выше 32MHz у меня не нашлось, но даже этот результат можно считать отличным.
Очевидно, что для начинающего радиолюбителя предпочтителен способ без использования дорогостоящего осциллографа, поэтому ниже изображена схема для проверки кварца с помощью светодиода. Максимальная частота кварца, который удалось проверить с помощью этой схемы составляет 14MHz, следующий номинал который у меня был это 32MHz, но с ним генератор уже не запустился, но от 14MHz до 32MHz большой промежуток, скорее всего до 20MHz будет работать.

Пожалуй, это всё, что хотелось рассказать про проверку кварцевых резонаторов. Сверло можно купить тут.

Источник: hubstub.ru

Статья

Введение во встраиваемую электронику, часть 3 | avr

Продолжение переводов руководства для начинающих от SparkFun [1]. Эта часть посвящена тактированию микроконтроллера, его работе от кварцевого (или керамического) резонатора. Вы также познакомитесь с фьюзами микроконтроллера.

Предыдующая часть: Введение во встраиваемую электронику, часть 2 (как программировать микроконтроллер).

На прошлом уроке Вы запустили свой первый проект — мигание светодиодом. Это был пожалуй самый трудный и ответственный шаг. Теперь мы сделаем так, что светодиод будет мигать намного чаще!

Вы загрузили код в микроконтроллер ATmega168 (или ATmega328P) и запустили его в работу, но почему он работает? И от чего зависит его скорость работы? Любой микроконтроллер всегда работает, получая такты от специального тактового генератора (oscillator). Этот генератор можно для наглядности представить себе как ‘музыкальный ритм’, который микроконтроллер использует для выполнения своего кода — с каждым ударом ритма выполняется одна команда. Без наличия тактовой частоты микроконтроллер не знает о том, когда нужно выполнить очередную команду, и когда тактовая частота некачественная или нестабильная, выполнение идет с непредсказуемой скоростью. У Вас должны быть такты определенного вида, и часто (это нужно для многих задач) эти такты должны быть очень точные и стабильные.

Пробовали когда-нибудь танцевать под CD, который заедает, и пропускает куски мелодии? Это весьма сложно и неприятно!

Есть несколько способов подавать тактовую частоту (такты) на микроконтроллер. Микроконтроллер ATmega168 имеет для этого много настроек (все микроконтроллеры AVR имеют очень похожие настройки, которые могут весьма незначительно отличаться у разных типов AVR). Здесь приведен краткий обзор разных типов генераторов для получения тактовой частоты:

1. External RC (внешний генератор, частота которого определяется параметрами цепочки RC). Этот вариант генератора используется для чрезвычайно дешевых приложений. Подбором номинала резистора и конденсатора выбирается скорость циклов перезарядки конденсатора (постоянная времени RC-цепочки), от чего зависит полученная частота генератора. Я никогда не использовал такой способ генерации тактовой частоты.

2. Internal RC (внутренний RC-генератор, встроенный в микроконтроллер). Это очень удобный тип генератора тактов. Он имеется на большинстве современных микроконтроллеров AVR. Вы можете просто настроить (фьюзами) ATmega168 генерировать собственную тактовую частоту! Генератор и соответствующая RC-цепочка расположены на кристалле AVR. К сожалению такой генератор не очень точный.

3. External Oscillator (внешний кварцевый резонатор, от которого работает встроенный в микроконтроллер генератор). Это стандартный тип получения тактовой частоты, используемый чаще всего. Подключите кварцевый резонатор (его для краткости называют ‘кварц’) к 2 выводам генератора, и код будет выполняться с частотой кварцевого резонатора.

4. External Resonator (внешний керамический резонатор). То же самое, что и вариант с кварцевым резонатором, только здесь применяется более дешевый тип резонатора, у которого хуже допуск по частоте.

5. External Clock (подача внешней тактовой частоты). В этом варианте подается тактовая частота от внешнего генератора (например, собранного на логических элементах, или частота, сгенерированная другим микроконтроллером). Этот вариант полезен, когда нужно запустить несколько микроконтроллеров на одинаковой тактовой частоте. Я никогда не использовал этот вариант.

В действительности обычно используются только 3 из этих 5 вариантов, поэтому стоит их рассмотреть подробнее.

Примечание переводчика: на самом деле есть еще и 6 способ, синтез тактовой частоты с помощью ФАПЧ (PLL). Однако он имеет в основном профессиональное применение, и не во всех микроконтроллерах AVR имеется такая возможность.

Internal RC (внутренний калибруемый RC-генератор). Этот генератор, который сделала компания Atmel, по-настоящему хорош. По умолчанию с завода ATmega168 поставляется настроенной на частоту внутреннего генератора 1 МГц. Микроконтроллер ATmega168 (как и все AVR) может работать, выполняя 1 инструкцию на 1 машинный цикл, т. е. на 1 период тактовой частоты (прим. переводчика: есть инструкции ассемблера, которые выполняются за 2 цикла, но их не так много). Это означает, что каждый раз, когда генератор произвел очередной цикл (период) таковой частоты, выполняется одна команда программы микроконтроллера (в некотором приближении, так как некоторые инструкции занимают больше 1 цикла). Если мы использовали ATmega168 из магазина и не меняли фьюзы, то наш код мигания светодиодом будет работать на тактовой частоте 1 МГц, или 1 MIPS (million instructions per second, миллион инструкций в секунду). Только представьте себе — 1 миллион операций в секунду! Это просто поразительно. Так в чем состоит недостаток внутреннего генератора? Его допуск на частоту +/-5%, и максимальная скорость 8MHz. Допуск +/-5% означает, то Ваш ATmega168 может работать на скоростях от 1,000,000 * 1.05 = 1,050,000 IPS до 1,000,000 * 0.95 = 950,000 IPS, причем заранее точно значение частоты знать нельзя. Возможно, что такая неточность Вам не покажется значительной, но в цифровом мире она огромна! Кроме того, ATmega168 может работать с максимальной скоростью 20 МГц от внешнего кварца, в то время как максимальная скорость внутреннего генератора составляет 8 МГц. Так что если Вам действительно нужно разогнать микроконтроллер с максимальной скоростью (и/или с максимальной точностью), то придется подключить внешний кварцевый резонатор.

External Oscillator (внешний кварцевый резонатор, или просто кварц). Это наиболее часто используемый тип генератора. На фотографии показан стандартный кварцевый резонатор в усеченном корпусе HC49/US.

Кварцы поставляются в различных корпусах, и бывают на разные частоты. Чаще всего встречаются частоты 20, 16, 15, 12, 10, 4 МГц. Также бывают частоты наподобие 14.7456 МГц, 9.216 МГц и 32.768 кГц — такие частоты используются потому, что они привязаны к стандартным скоростям обмена данными или предназначены для точного отсчета определенных интервалов времени. Например, если нужно достичь очень точно установленной скорости последовательного обмена данными 9600 bps, частота 9.216 МГц делится на 960, в результате получится 9600. Если использовать частоту 16 МГц, то не найдется целого делителя, чтобы получить 9600. Так что последовательный обмен данными будет очень точен при использовании частоты кварца 9.216 МГц, а при кварце 16 МГц всегда будет некоторая (хотя и незначительная) ошибка.

Внутри металлического корпуса прячется маленький кусочек кристалла кварца, размер которого и срез подобраны так, что он вибрирует на определенной частоте. Внутренний RC-генератор ATmega имеет точность +/-5%. В то же время кварц обычно имеет точность ‘+/-20ppm’. Аббревиатура ppm означает ‘parts per million’, т. е. точность +/-20 периодов на миллион! Таком образом, частота резонатора может быть в диапазоне от 15999680 до 16000320 Гц. Это эквивалентно точности +/-0.002%, так что кварц точнее внутреннего RC-генератора в 2500 раз.

Примечание: прошу прощение за то, что забиваю Вам голову скучными техническими подробностями, но это довольно важно. Понятия генератор (oscillator) и кварц (crystal) часто заменяют одно другим, что вносит путаницу. Показанный на фотографии резонатор не является собственно генератором, это просто кварцевый резонатор (кварц). Кварцы дешевы. Однако генераторы намного дороже (стоят примерно 2..4 доллара). В чем разница? Генератор требует подачи внешнего питания и сам вырабатывает импульсы выходной частоты. Эти импульсы могут использоваться для тактирования любых видов периферийных устройств и микроконтроллеров. Кварц полностью пассивный элемент, для работы которого требуется внешний драйвер (усилитель), только при их совместном использовании получается генератор. К счастью 99% микроконтроллеров имеют встроенные узлы драйвера для получения генератора, так что достаточно просто подключить снаружи дешевый кристалл к 2 внешним выводам микроконтроллера. Внутренний драйвер раскачает кварц, и микроконтроллер получит точный источник тактовой частоты.

Некоторые недостатки кварцев:

1. Кварцы немного дороже керамических резонаторов: $0.25 в сравнении с $0.10 для керамического резонатора.
2. Трудно сделать по-настоящему малогабаритный кварц (это сложнее, чем для керамического резонатора), так что для размещения кварца потребуется больше площади на печатной плате. Миниатюрные кварцы довольно дороги, и не очень широко распространены.
3. Кварцы требуют внешних нагрузочных конденсаторов, которые помогают запуску генерации. Без этих конденсаторов кварц может не заработать (хотя обычно работает нормально). Нагрузочные конденсаторы недороги, однако для них также нужна дополнительная площадь на печатной плате.

External Resonator (внешний керамический резонатор). По точности и цене керамические резонаторы занимают промежуточное положение между внутренним RC-генератором и кварцем.

Резонатор сделан из кусочка пьезокерамики, так что он может колебаться на определенной резонансной частоте. К сожалению, эта технология не позволяет достичь высокой точности, поэтому стандартный допуск по частоте для керамических резонаторов составляет +/-0.5%. Так что резонаторы в 10 раз точнее внутреннего RC-генератора, но по точности сильно проигрывают кварцам.

Резонаторы имеют тенденцию быть дешевле, чем кварцы, также их частота обычно ниже, и размеры меньше. Резонаторы удобнее использовать, потому что не нужны нагрузочные конденсаторы — они уже встроены в резонатор (по этой причине у резонатора 3 вывода). Резонаторы можно изготовить очень маленькими по размеру, и они будут занимать на печатной плате совсем мало места.

Сделайте для себя выбор. Для большинства приложений внутренний генератор будет отлично работать! Но если Вы попробуете осуществить обмен данными по последовательному каналу связи, то точность 5% обычно недостаточна (нужна точность 1-2%). Я обычно для своих проектов использую кварцы, но для по-настоящему маленьких устройств использую керамические резонаторы. Приложения для цифровой радиосвязи требуют обычно кварцев из-за жестких требований к точности частоты. Частота любого генератора будет изменяться во времени (из-за эффекта старения), и на неё будет влиять изменение температуры.

Как упоминалось ранее, ATmega168 поставляется сконфигурированной на работу от внутреннего RC-генератора на частоте 1 МГц. Но мы сможем ускорить выполнение программы. Попробуем настроить ATmega168 для работы на частоте 16 МГц от внешнего кварца.

Какие еще дополнительные изменения в работе произойдут, когда ATmega168 будет работать на повышенной тактовой частоте? Нельзя будет работать на маленьких напряжениях питания (таких как 3. 3V или 2.8V). Поскольку у нас напряжение питания 5V, то это неважно. Работающий на повышенных частотах 16..20 МГц микроконтроллер будет потреблять больше тока, чем при работе на 1 МГц. Это следует учитывать при разработке Вашей системы.

Подключите кварц на 16 МГц к выводам 9 и 10 микроконтроллера, как это показано на схеме. Также подключите к ним 2 конденсатора на 22 пФ, вторые выводы конденсаторов подключите на шину GND.

Теперь нужно настроить ATmega168 на использование выводов 9 и 10 как выводов генератора, работающего от внешнего кварца. Это делается с помощью перепрограммирования фьюзов.

Прим. переводчика: если Вы загружаете код с помощью загрузчика (USB bootloader типа USBasp или UART bootloader Arduino), то в Вашей системе фьюзы уже настроены на использование внешнего кварца. Кроме того, загрузчик не позволяет менять значения фьюзов, это нужно делать с помощью внешнего ISP-программатора.

[Настроечные биты фьюзов (Fuse Bits)]

Это одна из самых трудных вещей, которые используются в AVR. Фьюзы позволяют производить самое низкоуровневое конфигурирование системы микроконтроллера. Путем установки или сброса этих бит можно полностью поменять работу и функционирование AVR. Я был много лет фанатом PIC, и конфигурационные биты PIC были очень просты. Вы просто кликали в удобное окошко Windows-программы, или могли менять биты конфигурации прямо в коде языка C. Никакой суеты, никаких проблем. Микроконтроллеры AVR в этом плане сильно отличаются, и Вы даже можете буквально повредить свой AVR, если запрограммируете биты защиты кое-как.

Два байта для настроек, которые есть в ATmega168, как раз и составляют эти ‘fuse bits’. Если Вы этого еще не сделали, загрузите полный даташит на ATmega168 (сейчас он размером в целых 448 страниц!), и сохраните его на Рабочий Стол компьютера. Если Вы никогда до этого не читали даташит, не беспокойтесь! Вовсе не нужно изучать все эти 448 страниц, нужно только рассмотреть в нем нужную Вам необходимую часть.

Перейдите в раздел даташита «8. System Clock and Clock Options» (удобно пользоваться для этого оглавлением и закладками, которые по умолчанию появляются с левой стороны открытого PDF-документа). В подразделе «8.2 Clock Sources» Вы увидите, что есть много вариантов настройки тактовой частоты для ATmega168. Давайте сначала переключим работу внутреннего RC-генератора с частоты 1 МГц на частоту 8 МГц.

Таблица 8-1. Опции для настройки тактирования микроконтроллера.

Режим тактирования	Фьюзы CKSEL3 .. CKSEL0
Маломощный генератор с внешним кварцем.	1111 .. 1000
Обычный режим генератора с внешним кварцем.	0111 … 0110
Низкочастотный генератор с внешним кварцем.	0101 … 0100
Внутренний RC-генератор на 128 кГц.	0011
Внутренний калиброванный RC-генератор.	0010
Внешний источник тактов.	0000
Зарезервировано.	0001

В самом начале секции 8.6 написано: «По умолчанию Internal RC Oscillator (внутренний RC-генератор) предоставляет частоту примерно 8.0 МГц. Поскольку эта частота зависит от напряжения питания и температуры, она может быть при необходимости очень точно откалибрована пользователем. Микроконтроллер поставляется с запрограммированным фьюзом CKDIV8. Дополнительную информацию см. в разделе System Clock Prescaler».

Запрограммированный бит CKDIV8 приводит к тому, что частота внутреннего генератора 8 МГц проходит через делитель частоты на 8, и в результате получается частота 1 МГц, на которой и работает микроконтроллер. Чтобы микроконтроллер работал на частоте 8 МГц, нужно отключить делитель на 8, для чего нам нужно поменять значение фьюза CKDIV8. Фьюз CKDIV8 находится в младшем байте фьюзов, см. таблицу ниже.

Таблица 27-9. Fuse Low Byte (младший байт фьюзов).

Low Fuse Byte	№ бита	Описание	Значение по умолчанию
CKDIV8	7	0 включает деление тактов на 8.	0 (запрограммировано)
CKOUT	6	0 включает вывод тактовой частоты на ножку порта PORTB0.	1 (не запрограммировано)
SUT1	5	Выбор времени запуска генератора.	1 (не запрограммировано)
SUT0	4	Выбор времени запуска генератора.	0 (запрограммировано)
CKSEL3	3	Выбор варианта работы тактового генератора.	0 (запрограммировано)
CKSEL2	2	Выбор варианта работы тактового генератора.	0 (запрограммировано)
CKSEL1	1	Выбор варианта работы тактового генератора.	1 (не запрограммировано)
CKSEL0	0	Выбор варианта работы тактового генератора.	0 (запрограммировано)

Значение байта фьюзов по умолчанию 0b. 01100010. Новое значение байта фьюзов, в котором поменян бит CKDIV8, равно 0b.11100010.

Прим. переводчика: бит CKDIV8 находится в самом старшем бите 7 младшего байта фьюзов. Обратите внимание, что «запрограммированное» значение бита соответствует не лог. 1, а лог. 0. «Незапрограммированное» значение соответствует лог. 1. Почему так? Это вносит дополнительную путаницу в интерпретацию значения бит фьюзов. Все пошло от технологии EEPROM и FLASH — очищенная память имела всегда ячейки, заполненные единицами, и «программирование» битов ячейки соответствовало записи туда нулей. Чтобы уменьшить путаницу при вычислении бит фьюзов, старайтесь использовать шестнадцатеричные значения для байт фьюзов, и пользуйтесь для этого специальным онлайн ресурсом — калькулятором бит фьюзов [2].

С новым значением бита CKDIV8 микроконтроллер ATmega168 должен заработать от внутреннего RC-генератора на частоте 8 МГц, и мы увидим, что светодиод LED начнет мигать в 8 раз быстрее! Есть пара способов изменить фьюзы, но самый «прямой» метод сделать это через командную строку утилиты avrdude. Изменение фьюзов будет показано на примере использования программаторов от Olimex типа AVR-PG1 (подключается через последовательный порт RS-232) или AVR-PG2 (подключается через параллельный порт LPT).

# Чтобы прочитать фьюзы ATmega168 с помощью программатора AVR-PG1:
avrdude -p m168 -P COM1 -c ponyser -U lfuse:r:-:h -U hfuse:r:-:h

# Чтобы прочитать фьюзы ATmega168 с помощью программатора AVR-PG2:
avrdude -p m168 -P lpt1 -c stk200 -U lfuse:r:-:h -U hfuse:r:-:h

После выполнения команды чтения фьюзов утилита avrdude сообщит их значение в шестнадцатеричном виде: High fuse = 0xDF (значение старшего байта фьюзов), Low fuse = 0x62 (значение младшего байта фьюзов).

Новое значение для младшего байта фьюзов должно быть E2 (шестнадцатеричное значение). Как я сформировал новое значение для байта фьюзов? Таблица 27-9. Fuse Low Byte из даташита показывает значение по умолчанию байта фьюзов, равное 0x62, что в двоичном виде составит 0b01100010. Чтобы изменить значение фьюза CKDIV8 на противоположное состояние («незапрограммированное» состояние лог. 1), младший байт фьюзов должен изменить свой старший бит, и стать 0xE2, что в двоичном виде равно 0b11100010. Итак, чтобы переключить ATmega168 на работу от внутреннего RC-генератора на частоте 8 МГц, нужно выполнить следующую команду avrdude (конечно же, питание должен быть подключен программатор и подано питание на схему микроконтроллера):

# Запись младшего байта фьюзов ATmega168 с помощью программатора AVR-PG1:
avrdude -p m168 -P COM1 -c ponyser -U lfuse:w:0xE2:m

# Запись младшего байта фьюзов ATmega168 с помощью программатора AVR-PG2:
avrdude -p m168 -P lpt1 -c stk200 -U lfuse:w:0xE2:m

После перепрограммирования бита фьюзов CKDIV8 светодиод будет мигать в 8 раз быстрее. Давайте продолжим изучение настроек младшего байта фьюзов, и переключим микроконтроллер на использование внешнего кварца на 16 МГц, после чего светодиод будет мигать еще в 2 раза быстрее.

Примечание: на фотографии показана собранная схема с кварцем, однако нагрузочные конденсаторы 22 пФ для кварца тут не установлены. Имейте в виду, что это плохое решение, так как без них генератор может не запуститься.

Продолжим изучение настройки опций включения внешнего кварца. Перейдите снова в раздел даташита «8.2 Clock Sources». Таблица 8-1 Device Clocking Options Select (опции выбора тактирования) показывает разные варианты конфигурирования генератора, которые задают биты CKSEL3..CKSEL0 фьюзов.

Сейчас у нас состояние битов CKSEL3..CKSEL0 следующее:

CKSEL3 = 0
CKSEL2 = 0
CKSEL1 = 1
CKSEL0 = 0

Это значение включило внутренний RC-генератор. Чтобы включить использование кварца на 16 МГц, нужно поменять значение бита CKSEL2 на 1:

CKSEL3 = 0
CKSEL2 = 1
CKSEL1 = 1
CKSEL0 = 0

В результате получим новое значение младшего байта фьюзов 0xE6 (0b11100110). Выполните следующую команду, чтобы записать этот байт фьюзов:

# Запись младшего байта фьюзов ATmega168 с помощью программатора AVR-PG1:
avrdude -p m168 -P COM1 -c ponyser -U lfuse:w:0xE6:m
   
# Запись младшего байта фьюзов ATmega168 с помощью программатора AVR-PG2:
avrdude -p m168 -P lpt1 -c stk200 -U lfuse:w:0xE6:m

После выполнения этой команды заработает внешний кварц на 16 МГц, и светодиод начнет мигать еще быстрее. Если это не произошло, проверьте подключение кварца и внешних нагрузочных конденсаторов 22 пФ. По даташиту ATmega168 может работать на частоте до 20 МГц. Можно попробовать разогнать ядро AVR на частоте 30 и даже 40 МГц, и это возможно даже заработает. Однако я никогда не буду разрабатывать реальные системы с превышением рекомендованных в спецификации параметров.

Настало время «домашней работы». Предстоит научиться пользоваться мультиметром для измерения тока (см. [3]). Поскольку ток измеряется последовательным включением прибора (напряжение измеряется параллельным подключением), то Вам нужно найти такую цепь питания на Вашем макете, которую можно разорвать, чтобы туда подключить мультиметр в режиме измерения тока. Измерьте токи потребления в следующих ситуациях:

1. Когда ATmega168 в состоянии сброса (нажата кнопка S2).
2. Когда ATmega168 работает на частоте 1 МГц от внутреннего RC-генератора.
3. Когда ATmega168 работает на частоте 8 МГц от внутреннего RC-генератора.
4. Когда ATmega168 работает на частоте 16 МГц от внешнего кварца.

[Дополнительные замечания]

Для вычисления значения фьюзов в шестнадцатеричном формате пользуйтесь удобным калькулятором [2]. Несколько раз перепроверяйте себя, перед тем как записать новое значение фьюзов, чтобы случайно не вывести AVR из строя.

Во время выполнения экспериментов проверьте степень нагрева микросхемы стабилизатора напряжения. Обычно регулятор должен быть почти холодный. Если же он очень горячий, сразу выключите питание, и проверьте Вашу breadboard на наличие коротких замыканий.

Почему регуляторы могут нагреваться? У нас используется очень простой линейный регулятор напряжения. Этот тип регулятора имеет на входе высокое напряжение (в нашем случае 9V), которое на выходе понижается до рабочего напряжения схемы (5V). Разница между этими напряжениями падает на микросхеме стабилизатора, и приводит к его нагреву из-за рассеивания мощности. Эта мощность называется мощностью потерь, и измеряется в Ваттах (Вт). Если входное напряжение стабилизатора 9V, выходное 5V, и система потребляет ток 50 mA от 5V, то мощность потерь составит:

(9 — 5) * 0.050 = 0.2 Вт или 200 мВт

200mW не приведет к большому нагреву регулятора. А что, если ток возрастет до ампера?

(9 — 5) * 1.000 = 4 Вт!

Это уже серьезный нагрев. Без радиатора микросхема регулятора станет очень горячей и может выйти из строя, если будет работать в таком режиме долгое время.

Как Вы можете заметить, потери можно снизить, если уменьшить входное напряжение стабилизатора. Почему нельзя просто использовать напряжение уровня порядка 5..6V? Дешевые линейные регуляторы 7805 требуют обязательного падения напряжения не ниже определенного уровня (это падение напряжения называют ‘drop-out voltage’). Если падение напряжения на регуляторе будет меньше допустимого, то стабилизатор перестанет выполнять свои функции, и напряжение на выходе стабилизатора упадет ниже допустимого рабочего. Для LM7805 хорошим правилом является использование минимального напряжения 1.5V, так что для получения выходного напряжения 5V на входе должно быть как минимум 6.5V. Если вы подадите входное напряжение на стабилизатор меньше чем 6.5V (например, от 4 батареек AA), то выходное напряжение 5V не гарантируется. Каждый тип регулятора напряжения может иметь свое значение минимального drop-out voltage, поэтому проверяйте даташит. Некоторые регуляторы напряжения специально разработаны для получения низкого падения напряжения (так называемые регуляторы с фичей ‘low drop-out voltage’), которое может доходить до 50mV! Наш стандартный 3.3V регулятор требует минимального входного напряжения 3.35V, чтобы получить на выходе чистые 3.3V.

Многие регуляторы имеют функцию внутреннего отключения для защиты от выхода из строя при коротком замыкании на выходе. Если Вы щелкнули выключателем и подали питание на стабилизатор, но индикационный светодиод (показывающий наличие питания) не загорелся, то возможно регулятор не может предоставить достаточно тока из-за наличия ошибок в монтаже (есть короткое замыкание, или Вы где-то перепутали полярность подключения). Скорее выключите свой макет и тщательно все проверьте.

Нормальный рабочий режим регуляторов когда они незначительно нагреты, и можно на них держать руку. Если же Вы чувствуете специфический запах и ощущаете излучение тепла от breadboard, просто выключите питание и разберитесь, что на самом деле происходит.

Дальше в экспериментах будет использоваться кварц на 16 МГц.

Следующая часть: Введение во встраиваемую электронику, часть 4 (UART и последовательный обмен данными).

[Ссылки]

1. Beginning Embedded Electronics site:sparkfun.com.
2. Engbedded Atmel AVR® Fuse Calculator site:engbedded. com.
3. Руководство: как пользоваться мультиметром.
4. Как определить тактовую частоту микроконтроллера?

Как проверить кристалл с помощью тестера, контролера и осциллографа

A Кристалл и маркировка положения   Просто о том, как проверить кристалл тестером или контролером. Кварцевые генераторы используются для создания точных и стабильных радиосигналов. частоты и встречаются в самых разных электронных устройствах. такие как компьютеры (материнская плата и монитор), телевизор, Телекоммуникационные системы (мобильный телефон) и т. д. Функция чтобы частота часов не дрейфовала. Если сигнал от этого часы перестают выдавать частоту, или слабы, или импульсы начинают меняться или изменяться, электронное оборудование может показывать периодические проблемы или может остановиться вообще.   Кристаллы в компьютере Материнская плата   Контакты микропроцессора, удерживающие кварцевый генератор обычно называют OSC IN и OSC OUT и частота указана на кристалле. Расположение кристаллы были помечены как XTAL или X. Некоторые примеры кристаллов частота генератора 4 мГц, 8 мГц, 16 мГц и т. д. на.   Я испытал довольно много поломок кристалла компьютерного монитора, вызывающих Экранное меню (OSD), чтобы исчезнуть с экрана. Некоторые на Отображение экрана даже отсутствует половина дисплея, а также неустойчиво. Замена только кристалла решает проблему экранного меню в мониторе. А ослабление кристаллического соединения на материнской плате компьютера может привести к система «зависает» после некоторого времени работы.       Кристаллы довольно хрупкие компоненты из-за их конструкции и дизайна. В отличие от резистора или конденсатора, если вы уроните один из них на землю с приличной высоты шансов 50 на 50 будет ли он функционировать снова. Хоть бы кристалл не стал неисправным легко, как резистор или конденсатор, это важно для специалист по ремонту электроники, чтобы знать, как проверить кристалл.    Кристалл и его маркировка местоположения на мониторе компьютера Проверка кристалла не ветерок же. Вы не можете просто взять свой надежный измеритель и проверить кристалл в нем. На самом деле существует три метода проверки кристалл: —   Использование осциллографа — кристалл генератор производит синусоидальную волну при возбуждении. это уместно затем, чтобы увидеть форму волны, представляющую синусоиду на часах булавки. Если часы не работают должным образом, замените кристалл. Проверьте кристалл при включенном питании. Обычно микропроцессоры обычно очень надежный, но не в случае с Compaq MV720 Монитор. Монитор пришел без высокого признак напряжения. Использование прицела для проверки обнаруженного кристалла очень нестабильная форма волны, и замена микропроцессора решила проблему. нет проблем с высоким напряжением, и форма сигнала кристалла показала идеальную синусоидальная волна.   Кварцевый генератор синусоида   Второй метод — использовать частоту счетчик для проверки частоты кварцевого генератора. измерение должно проводиться при включенном питании оборудования. Положите щуп измерителя или частотомера к кристаллическому штифту и считать измерение. Убедитесь, что ваш частотомер имеет диапазон, который выше частоты кристалла, на которой вы находитесь проверка.   Если кварц 8 мгц то ваш метр должен иметь диапазон, чтобы иметь возможность проверить эту частоту. Предполагая, что показания кристалла составляют 2,5 МГц, вы знаете, что кристалл не работает должным образом и должен быть заменен. Нормальный цифровой мультиметр обычно имеет небольшой диапазон для проверки частота. Однако цифровой счетчик (бренд Greenlee), которым я пользуюсь использование может измерять до 24 МГц. Вы можете прочитать спецификации вашего счетчика и посмотрите, насколько высок диапазон является.   Частотомер в цифровой мультиметр   Кварцевый осциллятор и микропроцессор (ЦП) на материнской плате   Третий способ — использовать кристалл. Шашка — этим способом; обычно кристалл помещают в цепь обратной связи транзисторного генератора. Если он колеблется и светодиод загорается, это означает, что кристалл функционирование. Если кристалл не работает, светодиод гаснет. Вместо того, чтобы использовать светодиод в качестве индикатора, какой-нибудь другой дорогой кристалл Checker использует измеритель панели, чтобы указать, является ли кристалл функционируют или нет. Если вы ищете информацию о кристаллах на Интернете вы найдете несколько веб-сайтов, на которых можно найти советы о том, как испытательный кристалл, а также как его построить.

Как проверить кристаллы кварца в часах

06

Эта статья, я думаю, будет очень интересна для тех из нас, кто хочет протестировать эти специальные крошечные обычные кварцевые кристаллы, которые используются во всех современных электронных часах и всевозможных таймерах. Особенно, если у вас, как и у меня, есть пара таких, и вы хотите узнать, работают ли они до сих пор. И мы также находим эти кристаллы на всех материнских платах ПК для запуска часов реального времени (на плате микросхемы RTC). К сожалению, большинство схем могут без проблем тестировать только большие кварцевые кристаллы, но не работают с кристаллами, которые используются в современных часах. Энергия колебаний, исходящая от этих часовых кристаллов меньшего размера, слишком мала для большинства схем, чтобы генерировать заметный колебательный синусоидальный сигнал на выходе.

Итак, выше на eBay и многих других интернет-сайтах продается тестер кристаллов кварца, который не может проверить эти специальные кристаллы для часов. Они могут тестировать обычные большие кристаллы только до 50 МГц. Несмотря на то, что описанный выше красивый и недорогой комплект в комплекте с программируемым PIC-процессором, дисплеем и плексигласовым корпусом в нашем случае бесполезен.

Поэтому другим вариантом может быть использование старых бывших в употреблении часов с ЖК-дисплеем, которые все еще работают и на которых мы можем легко измерить кристаллические штифты. Я сделал это, подключив 1,5 В постоянного тока к часам на следующих фотографиях и измерив с помощью моего щупа прямо на одном из обоих кварцевых контактов, пока он работал. И земля моего контакта прицела, который я только что подключил к земле входа постоянного тока 1,5 В.

Мой осциллограф Tektronix 2465A показал идеально колеблющийся кварцевый кристалл с частотой 32768 Гц.

Итак, это уже похоже на великолепный тестовый образец для наших часовых стекол. Тем не менее, я хотел протестировать другие схемы, чтобы увидеть, смогу ли я проверить эти кристаллы другими способами, кроме как с помощью старых цифровых часов с ЖК-дисплеем. Также потому, что часы очень маленькие и хрупкие и не идеально подходят для замены их другими кристаллами.

Следующая фотография экрана моего осциллографа показывает идеально генерируемый синусоидальный сигнал.

На предыдущей фотографии показано, как мой осциллограф Tektronix исследовал колеблющийся кристалл с помощью красного провода, прикрепленного к внутреннему кварцевому штифту. Чтобы убедиться, что мой тестер часовых кристаллов также работает с частотами, отличными от стандартных 32 768 кГц, эти старые часы в качестве тестового устройства могут быть проблемой, если часы не будут колебаться на других частотах. Поэтому я протестировал несколько других схем на плате экспериментатора.

Вышеуказанная схема не годилась и даже имела проблемы со стандартными кристаллами кварца. (Я использовал другой тип BC547, так что это может быть причиной того, что он не работает. Но обычно они имеют fT около 100 МГц, так что это не может быть).

Следующая схема FET справа отлично работала с обычными кристаллами, но опять же не с нашими крошечными часовыми кристаллами. Но по крайней мере, с обычными кристаллами это работало сразу.

И, возможно, следующая схема Пирса работает так же, как она используется во многих микропроцессорных колебательных схемах Xtal, но я не пробовал. Также потому, что я решил использовать тестер кристаллов часов вокруг старой доброй CMOS IC CD4060.

Принцип всех колебательных контуров заключается в том, чтобы усилить как минимум с коэффициентом выше 1 с положительной обратной связью на вход нашего усилителя, чтобы он начал колебаться. Если усиление меньше, он просто отказывается колебаться. И в нашем случае с очень маленькими кристаллами кварца усиление должно быть в состоянии усилить очень маленькую энергию наших кристаллов до уровня, при котором она достигает устойчивого колебания. Для генерации применяются следующие правила: когда усиление (усиление) A = Uout/Uin, и когда 1/3 выхода является обратной связью со входом, мы должны убедиться, что 1/3 x A = 1, чтобы начались колебания. Или, если 1/3 — коэффициент обратной связи k, нам нужно убедиться, что 1/k >=A. Таким образом, в этом случае A будет иметь усиление не менее 3333 или выше, чтобы компенсировать потери в цепи и сохранить положительную обратную связь. Потому что

энергия, исходящая от нашего кристалла, настолько мала, что нам нужен усилитель, который это компенсирует. Таким образом, начальное усиление будет намного выше в начале, прежде чем будет достигнуто стабильное колебание. А в часах это компенсируется схемой, которая вначале усиливает шум, генерируемый крошечным кристаллом, прежде чем он станет устойчивым синусоидальным колебанием. Предыдущая фотография показала простой и совершенный тестер часовых кристаллов на доске для экспериментов, который можно использовать с большинством, если не со всеми этими крошечными кристаллами кварца.

Используется стандартная микросхема CD4060 CMOS, а резисторы и конденсаторы вообще не критичны! Я использовал резистор 2,2 МОм плюс резистор 330 кОм, плюс два конденсатора по 33 пФ на ножках тестируемого кварца. Но другие значения компонентов, вероятно, тоже будут работать. Все, что нужно, это осциллограф и источник питания 5 В для питания этого маленького тестера. Все мои кварцевые кристаллы хорошо протестированы этим тестером.

И ни один из тех очень дорогих часовых инструментов, которые я видел в Интернете, не может проверить только кварцевые кристаллы, если их снять с плат.