Perché utilizziamo cristalli a 32.768 kHz nella maggior parte dei circuiti?

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Perché utilizziamo cristalli a 32.768 kHz nella maggior parte dei circuiti, ad esempio nei circuiti RTC? Cosa succederà se uso un cristallo da 35 o 25 kHz?

Presumo perché il circuito integrato IC Xin, Xout pin dovrebbe essere in tecnologia CMOS / TTL / NMOS. È vero?

oscillator crystal

— ramesh6663
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E se dimezzi la frequenza 15 volte?

— Ignacio Vazquez-Abrams,

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@ FEB1115: intendeva (supponendo), cosa ottieni se moltiplichi 2 per 15 volte?

— WedaPashi,

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@ FEB1115 Penso che Ignacio Vazquez-Abrams indichi il fatto che

2^{15} = 32768

$2^{15}=32768$

— K. Rmth

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Bit OT ... Un'altra frequenza popolare per i cristalli era 4,43 MHz (o circa). I primi microcomputer domestici spesso lo usavano. Questo perché i cristalli con questa frequenza sono stati utilizzati per rilevare i segnali di colore nei televisori a colori CRT, quindi sono stati prodotti in grandi quantità (ogni TV a colori ne aveva bisogno) e quindi molto economici (una preoccupazione per i primi computer di casa). (È possibile che gli Stati Uniti e l'Europa abbiano usato due diverse frequenze per il colore, ma sarebbero entrambi nella gamma da 4 a 5 MHz.)

— Baard Kopperud

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@BaardKopperud NTSC (precedentemente utilizzato in Nord America e Giappone e in alcuni altri paesi) utilizzava una frequenza del cristallo a raffica di colore di 3,579545 MHz, motivo per cui esistevano numerosi chip, incluso un chip NS 1pps, che utilizzavano cristalli di quella frequenza.

— Spehro Pefhany,

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La frequenza di un orologio in tempo reale varia in base all'applicazione. La frequenza 32768 Hz (32.768 KHz) è comunemente usata, perché ha una potenza del valore di 2 (2 ¹⁵ ). E puoi ottenere un preciso periodo di 1 secondo (frequenza 1 Hz) usando un contatore binario a 15 stadi.

In pratica, nella maggior parte delle applicazioni, in particolare digitale, il consumo corrente deve essere il più basso possibile per preservare la durata della batteria. Quindi, questa frequenza è selezionata come il miglior compromesso tra bassa frequenza e produzione conveniente con disponibilità sul mercato e proprietà immobiliari in termini di dimensioni fisiche durante la progettazione della scheda, dove bassa frequenza significa generalmente che il quarzo è fisicamente più grande.

— WedaPashi
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un altro dubbio se alcuni dei processori usassero principalmente 27Mhz, ciò significa che a causa della frequenza di ingresso PLL richiedono 27mhz per generare tutte le altre frequenze.

— ramesh6663,

@ FEB1115: Dubito di aver capito bene la tua domanda, ma da quello che posso capire direi, molti processori hanno un oscillatore interno e una volta stabilizzato, l'oscillatore esterno della crosta viene utilizzato con la necessaria configurazione di moltiplicatori e / o divisori per ottenere una frequenza desiderata tipica. Questo valore moltiplicatore e / o divisore viene utilizzato dal PLL per generare frequenze di tuo interesse e requisito.

— WedaPashi,

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Se vuoi sapere perché un processore usa una frequenza "dispari", controlla se deve gestire un segnale a un multiplo di quella frequenza. 27Mhz è utile per fare video analogici PAL e NTSC.

— joeforker,

Intendi invece $ 32,768 $ kilohertz, non hertz? (Molti lettori di SE vivono in paesi in cui la virgola è un separatore decimale.)

— Ruslan,

@Ruslan: Sì, punto valido. Intendevo semplicemente 2 per la potenza 15 = 32.768 Hz o 32.768 KHz.

— WedaPashi,

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Il numero 32768 è una potenza di 2, cioè è 2 ^ 15. Se si dispone di una frequenza di clock di 32,768 kHz, è facile dividerlo in una frequenza di 1 Hz utilizzando divisori di frequenza binari, ovvero contatori binari, ovvero catene di infradito.

Avere una frequenza di 1Hz significa che hai un segnale di clock che fornisce una risoluzione temporale di 1s: conta i secondi con un contatore, fai i calcoli e hai un Real-Time Clock (RTC).

— Lorenzo Donati sostiene Monica
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grazie per la tua rapida risposta, quindi abbiamo bisogno di un contatore a 16 bit? potresti per favore aiutarmi a fornire qualsiasi link completo per imparare il mio per capire o per favore spiegalo qui.

— ramesh6663,

Penso che tu possa usare un contatore a 16 bit e usare solo l'uscita della cifra più significativa come uscita del segnale di clock

— tangrs

Oppure puoi semplicemente dividere 32768 per 2 ^ 15, cosa che può essere fatta posizionando 15 circuiti di divisione per 2 in serie. Vedi un esempio di divisione per 2 questo articolo: electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html Primo schema dall'alto!

— Bimpelrekkie,

Trovo interessante che persino i dispositivi con una lettura di 1/100 di secondo sembrino ancora generalmente usare cristalli a 32.768Hz e aumentare il conteggio 25 volte ogni 8192 impulsi, piuttosto che usare un cristallo a 32.000Hz e dividendo per 64, quindi 5, e poi dieci due volte.

— supercat

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@supercat: per dividere per qualsiasi numero che non sia una potenza di 2 come 5 o 10 (o 20) è necessario un circuito di divisione (o un ALU o CPU). Per dividere rigorosamente per potenze di 2 tutto ciò di cui hai bisogno è un flip-flop D (o più in cascata in serie: un circuito meglio conosciuto come un contatore)

— slebetman

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È principalmente dovuto al costo. Questi particolari cristalli sono poco costosi a causa del settore dell'orologeria. Questa risposta fornisce maggiori dettagli, ecco un estratto:

Ci sono 1,2 miliardi di orologi venduti ogni anno. La maggior parte di essi sono orologi digitali economici, che richiedono un piccolo cristallo a 32 kHz. ...

Di conseguenza, questi cristalli sono straordinariamente economici ... [Altri cristalli] costano da 10 a 100 volte in più rispetto a questi cristalli di orologi economici.

Inoltre, questi cristalli sono particolarmente ottimizzati per la bassa potenza. Si prevede che gli orologi in tempo reale eseguano tale oscillatore per 10 anni su una cella di tipo CR2032. Per ottenere bassa frequenza, bassa potenza, piccoli cristalli in altre frequenze, stai osservando un sostanziale aumento dei costi.

A bassi volumi questi cristalli sono ancora meno costosi anche della normale o alta potenza dei cristalli da 25kHz o 56kHz, ma costano la differenza non è grande fino a quando non si arriva alla produzione ad alto volume.

Scegli quello che ti serve, ma se hai intenzione di produrre un prodotto ad alto volume e puoi adattare il tuo design al funzionamento con un cristallo a 32kHz, allora c'è un notevole incentivo finanziario per farlo.

— Adam Davis
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Pensi che la frequenza di 31,25 kHz per MIDI (basata sulla divisione di un comune clock da 1 MHz) sia stata un errore? Il MIDI dovrebbe essere andato per 32.768?

— Kaz,

@Kaz La maggior parte delle macchine midi avrebbe comunque bisogno di un orologio più veloce. 1MHz e multipli di esso sono economici e facili da ottenere. Non credo che ci fosse alcun motivo per usare una base dei tempi a 32.768kHz in Midi - anche i volumi erano bassi, quindi non ci sarebbero stati grandi risparmi sui costi.

— Adam Davis,

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@Kaz: alcuni progetti UART richiedono che l'orologio della velocità di trasmissione sia sincrono con il cock della CPU principale e un multiplo di 16 volte la velocità di trasmissione desiderata. Quando fu introdotto il MIDI, era comune che i computer usassero un clock derivato da un multiplo di 1,0 Mhz o 3,579545 Mhz. Dividi il primo per 2 e poi 16 per ottenere 31250 con precisione. Dividi quest'ultimo per 7 e poi 16 per ottenere 31960Hz, che è veloce di circa il 2,2%. Sarebbe stato meglio specificare la frequenza MIDI come qualcosa come 31605Hz +/- 1,2%, per chiarire che qualsiasi dispositivo MIDI dovrebbe accettare input a entrambe le frequenze.

— Supercat,

@Kaz: se un UART richiede un orologio 16x, la successiva velocità più elevata che si potrebbe ottenere da un cristallo colorburst sarebbe 37287Hz, e le successive velocità più veloci da una base dei tempi di 4.0Mhz sarebbero 35714 e 41667Hz, che sono sostanzialmente su entrambi i lati . La frequenza di 31250Hz è probabilmente la migliore se i sistemi dovranno essere in grado di ricavarla da un multiplo di 1,0 MHz o 3,579545 Mhz (BTW, PAL userebbe 4,433619 MHz; dividendo che per 9 e 16 si ottiene 30789, che è circa 1,5 % lento; forse 31250 è stato scelto come compromesso tra PAL e NTSC)?

— Supercat,

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È possibile utilizzare qualsiasi frequenza desiderata, a condizione che il circuito sia progettato per questo.

Con i chip CMOS, la frequenza è correlata al consumo energetico. Quindi un clock a 25 KHz consumerebbe meno energia di un clock a 32.768 KHz. Il clock a 35 KHz consumerebbe leggermente più energia. Dovresti fare i calcoli per determinare il tuo clock minimo / massimo corretto, coordinato con i chip effettivi che selezioni.

Esiste un compromesso tra la velocità di clock, il consumo di energia e la quantità di lavoro che è possibile eseguire per ogni ciclo di clock. Questo varia da circuito a circuito.

Gli RTC di classe si preoccupano maggiormente del consumo di energia quando l'alimentazione principale è spenta - e si utilizza la batteria a bottone a bottone di backup, ma è comunque necessario disporre anche di orologi ragionevolmente precisi - entro pochi secondi al mese tipicamente.

— L Brielmaier
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