Por que usamos cristais de 32.768 kHz na maioria dos circuitos?

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Por que usamos cristais de 32.768 kHz na maioria dos circuitos, por exemplo, em circuitos RTC? O que acontecerá se eu usar um cristal de 35 ou 25 kHz?

Presumo que o circuito interno dos pinos Xin e Xout do IC esteja na tecnologia CMOS / TTL / NMOS. Isso é verdade?

oscillator crystal ramesh6663
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E se você reduzir pela metade a frequência 15 vezes?
Ignacio Vazquez-Abrams
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@ FEB1115: Ele (assumindo) quis dizer, o que você ganha se multiplicar 2 por 15 vezes?
WrePashi
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@ FEB1115 Acho que Ignacio Vazquez-Abrams está sugerindo o fato de que 215=32768
K. Rmth
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Bit OT ... Outra frequência popular para cristais foi de 4,43 MHz (ou mais ou menos). Os micro-computadores domésticos antigos costumavam usar isso. Isso ocorre porque os cristais com essa frequência foram usados ​​para detectar os sinais de cores nas TVs em cores CRT, então eles foram produzidos em grandes quantidades (todas as TVs em cores precisavam de uma) e, portanto, muito baratas (uma preocupação para os primeiros computadores domésticos). (É possível que EUA e Europa usado duas freqüências diferentes para a cor, mas eles seriam tanto na faixa de 4 a 5 MHz.)
Baard Kopperud
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O @BaardKopperud NTSC (usado anteriormente na América do Norte e no Japão e em alguns outros países) usava uma frequência de cristal de explosão colorida de 3,579545 MHz, e é por isso que havia vários chips, incluindo um chip de 1pps NS, que usava cristais dessa frequência.
Spehro Pefhany

Respostas:

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A frequência de um relógio em tempo real varia com o aplicativo. A frequência 32768 Hz (32,768 KHz) é comumente usada, porque é uma potência de 2 (2 15 ). E você pode obter um período preciso de 1 segundo (frequência de 1 Hz) usando um contador binário de 15 estágios.

Praticamente, na maioria das aplicações, particularmente digitais, o consumo atual deve ser o mais baixo possível para preservar a vida útil da bateria. Portanto, essa frequência é selecionada como o melhor compromisso entre baixa frequência e manufatura conveniente, com disponibilidade de mercado e imóveis em termos de dimensões físicas ao projetar uma placa, onde baixa frequência geralmente significa que o quartzo é fisicamente maior.

WedaPashi
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mais uma dúvida, se alguns dos processadores usavam 27Mhz, isso significa que, devido à frequência de entrada do PLL, é necessário 27mhz para gerar todas as outras frequências. Estou certo?
ramesh6663
@ FEB1115: Duvido que tenha compreendido sua pergunta com clareza, mas pelo que posso entender, diria que muitos processadores têm osciladores internos e, uma vez estabilizados, o oscilador crustal externo é usado com a configuração necessária de multiplicadores e / ou divisores para obter uma frequência típica desejada. Esses valores multiplicadores e / ou divisores são usados ​​pela PLL para gerar frequências de seu interesse e necessidade.
WrePashi
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Se você quiser saber por que um processador usa uma frequência "ímpar", verifique se ele precisa lidar com um sinal em um múltiplo dessa frequência. 27Mhz é útil para gravar vídeo analógico PAL e NTSC.
joeforker
Você quer dizer $ 32.768 $ kilohertz, não hertz? (Muitos leitores SE vivem em países onde vírgula é o separador decimal.)
Ruslan
@Ruslan: Sim, ponto válido. Eu simplesmente quis dizer 2 ao poder 15 = 32.768 Hz ou 32.768 KHz.
WrePashi
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O número 32768 é uma potência de 2, ou seja, é 2 ^ 15. Se você tem uma frequência de relógio de 32.768kHz, é fácil dividi-la em uma frequência de 1Hz usando divisores de frequência binária, também conhecidos como contadores binários, ou seja, cadeias de flip-flops.

Ter uma frequência de 1Hz significa que você tem um sinal de relógio com resolução de tempo de 1s: conte os segundos com um contador, faça as contas e você tem um relógio em tempo real (RTC).

Lorenzo Donati apoia Monica
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obrigado pela sua resposta rápida, então precisamos de contador de 16 bits? você poderia me ajudar a fornecer algum link completo para aprender a entender ou explicar aqui?
ramesh6663
Acho que você pode usar um contador de 16 bits e usar apenas a saída mais significativo dígito como a saída do sinal de relógio
tangrs
Ou você pode simplesmente dividir o 32768 por 2 ^ 15, o que pode ser feito colocando 15 circuitos de divisão por 2 em série. Veja um exemplo de divisão por 2 deste artigo: electronics-tutorials.ws/counter/count_1.html Primeiro esquema a partir do topo!
Bimpelrekkie
Acho interessante que mesmo dispositivos com uma leitura de 1/100 de segundo geralmente pareçam usar cristais de 32.768Hz e aumentando a contagem 25 vezes a cada 8192 pulsos, em vez de usar um cristal de 32.000Hz e dividindo por 64, depois 5 e depois dez duas vezes.
Supercat 29/06
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@ supercat: Para dividir por qualquer número que não seja uma potência de 2 como 5 ou 10 (ou 20), você precisa de um circuito de divisão (ou uma ALU ou CPU). Para dividir estritamente por potências de 2 tudo o que você precisa é de um flip-flop D (ou vários cascata em série: um circuito de conhecer melhor como um contador)
slebetman
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É principalmente devido ao custo. Esses cristais em particular são muito baratos devido à indústria de relógios. Esta resposta fornece mais detalhes, eis um trecho:

Há 1,2 bilhão de relógios vendidos a cada ano. A maioria deles são relógios digitais baratos, exigindo um pequeno cristal de 32kHz. ...

Como resultado, esses cristais são extraordinariamente baratos ... [Outros cristais] custam de 10 a 100 vezes mais em quantidade do que esses cristais de relógio baratos.

Além disso, esses cristais são particularmente bem otimizados para baixa potência. Espera-se que os relógios em tempo real executem esse oscilador por 10 anos em uma célula do tipo CR2032. Para obter baixa frequência, baixa potência, pequenos cristais em outras frequências, você está observando um aumento substancial no custo.

Em volumes baixos, esses cristais ainda são menos dispendiosos do que a energia normal ou alta dos cristais de 25kHz ou 56kHz, mas custam a diferença não é grande até que você comece a fabricar volumes altos.

Escolha o que você precisa, mas se você estiver produzindo um produto de alto volume e puder ajustar seu design para funcionar com um cristal de 32kHz, haverá um incentivo financeiro substancial para isso.

Adam Davis
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Você acha que a taxa de 31,25 kHz para MIDI (baseada na divisão de um relógio comum de 1 MHz) foi um erro? MIDI deveria ter ido para 32.768?
Kaz
@Kaz A maioria das máquinas midi precisaria de um relógio mais rápido. 1MHz e múltiplos são baratos e fáceis de obter. Acho que não havia motivo para usar uma base de tempo de 32,768 kHz no midi - mesmo os volumes eram baixos, portanto não haveria grande economia de custos.
Adam Davis
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@Kaz: Alguns modelos de UART exigem que o relógio da taxa de transmissão seja síncrono com o compartimento da CPU principal e um múltiplo de 16x a taxa de transmissão desejada. Quando o MIDI foi introduzido, era comum os computadores usarem um relógio derivado de um múltiplo de 1.0Mhz ou 3.579545Mhz. Divida a primeira por 2 e depois por 16 para obter 31250 com precisão. Divida o último por 7 e 16 para obter 31960Hz, que é cerca de 2,2% rápido. Poderia ter sido melhor especificar a taxa MIDI como algo como 31605Hz +/- 1,2%, para deixar claro que qualquer dispositivo MIDI deve aceitar entrada em qualquer taxa.
Supercat
@Kaz: Se um UART exigir um relógio de 16x, a próxima velocidade mais rápida que se poderia obter de um cristal de explosão de cores seria 37287Hz, e as próximas velocidades mais rápidas de uma base de tempo de 4,0Mhz seriam 35714 e 41667Hz, que estão substancialmente em ambos os lados. . A taxa de 31250Hz é provavelmente a melhor se os sistemas precisarem derivá-la de um múltiplo de 1,0Mhz ou 3,579545Mhz (BTW, PAL usaria 4,433619MHz; dividir isso por 9 e 16 produz 30789, que é cerca de 1,5 % lento; talvez 31250 tenha sido escolhido como um compromisso entre PAL e NTSC)?
Supercat
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Você pode usar qualquer frequência que desejar - desde que seu circuito seja projetado para isso.

Com os chips CMOS, a frequência está relacionada ao consumo de energia. Portanto, um relógio de 25KHz consumiria menos energia que um relógio de 32.768 KHz. O clock de 35 KHz consumiria um pouco mais de energia. Você deve fazer as contas para determinar seu clock mínimo / máximo adequado, coordenado com os chips reais que você selecionar.

Há uma troca entre a velocidade do relógio, o consumo de energia e a quantidade de trabalho que você pode realizar por ciclo do relógio. Isso varia de circuito para circuito.

Os RTCs como classe, estão mais preocupados com o consumo de energia quando a energia principal está desligada - e você está usando a bateria de célula tipo moeda de reserva, mas também precisa ter relógios razoavelmente precisos - dentro de alguns segundos por mês tipicamente.

L Brielmaier
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