电子手表新技术 郑冬凯.doc

电子计时仪器原理与结构报告题目：电子手表精度检测技术姓名：郑冬凯 学 号：1094110110学科：电子计时仪器报 告 日 期：2012年11月5电子计时仪器结构报告摘 要自从1955年第一块摆游丝式电子手表问世，由于电子手表的低成本和高走时精度，电子手表迅速发展，手表工业就进入了电子时代，打破了机械手表约有200年之久的稳定格局。使钟表从纯碎的“精密机械” 范畴中解脱出来，从而引起了手表产业迅速而深刻的变化。含有电子线路的手表是根据所用震动系统或振荡器的不同，可分为摆轮电子手表、音叉手表和石英手表等。随着科技的进步，电子手表的走时精度越来越高，世界各国都在研究更新技术的电子手表的走时精度，并形成了一系列的精度测试与调整方法。关键词：电子表校表仪 单片机校表仪 精度检测7电子计时仪器结构报告目录摘 要I1.1 电子校表仪检验手表11.2 单片机电子表检验6结论10参考文献10电子计时仪器结构报告1.1 电子校表仪检验手表以浪琴手表为例，说明电子校表仪的使用。电子校表仪检测浪琴电子手表时，应按产品说明书上介绍的方法使用电子校表仪，一般按以下步骤进行 1、选择能避免高频音响干扰手表的地方，将校表仪放置平稳，装好纸带、墨带、微音器，开启校表仪。2、手表预热5分钟后电子管达工作温度，将起动杆从最上方的位置拨到最下方，使用电子校表仪检测手表电动机即被启动。 3、被测试手表的频率一定要与标准频率转换开关所指示的频率相同。转动读数盘上的手柄，使用电子校表仪检测手表使盘上的测量线与纸带的记录线条相平行。具体方法为:选择能避免高频音响干扰手表的地方，将校表仪放置平稳，装好纸带、墨带、微音器，使用电子校表仪检测手表先将开关旋纽对到“o”的位置，起动杆放于最上方位置，然后将电源插头插入电源，旋动开关旋纽，接通电路。下图为校表仪正确放置方法。手表预热5分钟后电子管达工作温度，将起动杆从最上方的位置拨到最下方，使用电子校表仪检测手表电动机即被启动。将表机放在徽音器上用活动夹央紧，调整音量旋纽，直到记录清晰为止。使用电子校表仪检测手表转动微动器部分，即可放到手表在六个不同方位(图174)的走时精度和表的误差。被测试手表的频率一定要与标准频率转换开关所指示的频率相同。转动读数盘上的手柄，使用电子校表仪检测手表使盘上的测量线与纸带的记录线条相平行。在箭头下面刻度盘上的读数，即为波测手表在该位置24小时的瞬时误差。工作结束时应将开关旋纽旋至“O”的位置，电源切断。如在短时闻内不用，应拔下电源插头，方可使用电子校表仪检测手表。校表仪单次工作原理，校表仪单次工作原理首先将“触发”扫描开关按下，以校准信 号代替被测信号接人Y1或Y2输入端，调节“电平”旋钮使波形显示稳定；然后将“触发”按键弹起，接收被测信号，按下“单次”按钮，则“准备”指示灯亮， 校表仪单次工作原理当被测的单次信号一旦出现便立即扫描一次，荧光屏上即显示出该信号的波形，下图为手表故障分析图片。1.2单片机检验电子手表单片机电子表误差分析仪由msp430F247 作为主控制器，前端信号检测电路由LC 谐振回路感应电子表晶振发出的微弱电磁场信号，经低噪放大、带通滤波、再放大获得正弦信号。后端信号处理电路通过精度为 10-7 的“程序补偿”标准晶振来测量晶振信号的周期，进而计算出电子表晶振的频率。本仪器可以实现在不拆开表的条件下就对其进行误差检测。计算出电子表晶振的频率。本仪器可以实现在不拆开表的条件下就对其进行误检测。由于要在不拆开电子表的情况下对其内部晶振的频率进行测量，因此需要用LC 回路靠近电子表去感应电子表晶振振动发出的微弱电磁场信号。为了加强感应信号的强度，需要在 LC 回路两端并联一个频率为 32768Hz 的晶振。由于感应信号非常微弱且夹杂着很强的噪声， 因此需要采取放大、滤波等措施来提纯信号。 感应信号非常微弱，所以第一级放大器采用场效应管放大电路，由于此时信号幅度依然很微弱，因此紧接着又接一级放大器。由于信号依然微弱，所以放大器必须是小信号低噪声放大器， 这里使用opa340 低噪放大器搭建同相放大电路，放大倍数位100。二级放大后进入滤波电路，鉴于需要获得非常纯净的单频率信号，这里使用晶振串联谐振电路。两个晶振串联起来，并在晶振之间加 LC 并联谐振电路滤除高频信号。由于无源滤波电路有较大的损耗，因此滤波之后需要再次低噪放大，该级放大电路基本和二级放大电路相同，只是这一级放大倍数达到200 倍。 由于后端处理电路需要输入方波信号， 因此三级放大之后信号进入比较器电路，把正弦信号转化为方波信号。比较电路由运放 opa340 构成迟滞比较电路，比较电路输出高电平位 5v 低电平位 0v 的方波，而 CPLD 输入信号幅度不能超过3.3.v，因此需要在比较电路之后接 3.3v稳压电路。该电子表检测仪采用测周期法间接测量频率，而周期法测量中需要 CPLD 进入分频，最后由单片机计算出晶振信号的周期，进而得出期频率，之后就可以测出秒误差、日误差等参数。 由于感应信号非常微弱，放大器增益要求达到 510 以上, 因此需要采用多级放大电路级联的形式。一级放大器的输出信号很微弱且噪声仍较大，因此二级放大电路在处理这种弱信号时,要求LNA 具有高开环增益、高共模抑制比、低噪声以及较高的线性度。信号的幅值非常微弱, 当该信号幅度与叠加在其上的内部噪声信号幅度相比拟时, 输出的有用的信号就可能被噪声所淹没。因而,低噪声系数是LNA 的首要要求，前级网络足够的增益能够有效抑制后级网络的噪声。 这里使用 TI 公司的 300 opa 低噪高精度、高共模抑制比、高速放大器。它提供稳定的增益和很小的谐波失真率。2.75.5V 的单电源供电即可满足要求，并提供从 100mv 到100mv之间很宽的动态输出范围。 并且 300 opa 具有150Mhz的增益带宽、高达 1310 的输入阻抗和 3nV/Hz 的低电压噪声。 主要程序模块有：电压测量，温度测量，键盘，LCD 显示等。软件主程序流程图如右图。程序初始化后，开始 测量当前环境的温度，从而用于补偿标准晶体的频率（晶体 的温度频率特性需事先测量好）。测量电压模块用于测量前 端电路感应到电子表信号的强度，当电压稳定，且达到一定 幅度的时候（一般是最大幅度），此时就可以测量频率了。如 果电压不稳定或者较小，用户调整电子表的位置，直至满足 电压要求。这些都完成后，由键盘控制msp430给 cpld 发送 一个开始测量的信号，然后cpld 就开始分频和计数，计数完 成后，cpld 将给单片机发送一个完成的信号。单片机收到信号 后，就开始控制 cpld 发送数据。当数据接收完成后，单片机 处理数据，最终显示需要的数据。测试主要分波形测试与显示结果测试两部分。波形测试是用示波器观察各级放大电路的输出波形，从而判断信号质量的好坏。为了使测出的信号波形有说服力，我们采用对比的方法进行测试。首先前端传感器电路不放电子表也不不加任何外界的干扰，记录此时各放大器的输出波形然后前端放上电子表，并使单片机检测到的电压达到最大，说明此时电子表已经放好了，然后记录此时各放大器的输出波形。显示结果测试主要是通过实际测量电子表的误 差，查看电子表的实际频率和时间误差。结论随着电子手表走时精度的发展，对检测仪器的要求也越来越高。电子表的种类繁多，如何设计一款通用性强，操作性好，检测精度高的检测设备是非常有意义的，我们要透彻了解电子计时仪器的原理与影响精度的方法，才能更好地设计检测仪器。参考文献1 康艳 石英钟校表仪的校准方法2 邓建军，张谦 石英钟表走时精度的测时内容与方法3 电子腕表型伽玛个人剂量仪4/products/pro_content