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CHOUR - Régleur de montres mécaniques / chronocomparateur d'atelier RM4


© Pascal Chour V1.0 - 2019-2022

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English version : img

Présentation

PC-RM4, vue d'ensemble

PC-RM4 est un chronocomparateur d'atelier destiné au réglage des montres mécaniques.

Ses principales fonctionnalités sont les suivantes :

Sa résolution est de l'ordre de 25ns ce qui autorise une précision de mesure sur 24heure de l'ordre de 0,02s à la précision de la base de temps près (on peut tabler sur 0,01%).

Si vous faites de l'électronique en amateur, son coût de réalisation est de l'ordre d'une cinquantaine d'euros, essentiellement dus à la carte processeur (DevEBox) et l'écran LCD 320x280 pixels. Vous pouvez aussi utiliser le circuit imprimé que j'ai développé pour une vingtaine d'euros (je fournis avec quelques éléments mécaniques comme l'interrupteur, la prise jack femelle, la prise RCA et le porte-pile femelle qui se soudent directement sur le circuit imprimé).

INFORMATIONS CONNEXES

Principe des montre mécaniques
Chronocomparateur PC-RM1, une version à base d'Arduino
Capteur pour chronocomparateur pour avoir des idées sur la façon de faire un capteur.
Cartes de développement STM (ressources)

Si vous souhaitez monter ce chronocomparateur, je peux vous fournir un circuit imprimé vierge (20€ plus port).

MODE D'EMPLOI

Avertissement : certaines photos d'écran ont été prises avec l'écran 3,2", définition 320x240, d'autres avec l'écran 3,5", définition 480x320. Evidemment, ces dernières sont plus jolies mais il ne faut pas se laisser impressionner. La version 320x240 est beaucoup plus belle dans la réalité que sur les photos.

Par ailleurs, il peut y avoir de légères différences entre les photos d'écran et la réalité, le programme évoluant régulièrement mais pas les photos. Par contre, les textes de description sont normalement à jour.

Aspects matériels

D'un point de vue externe, le chronocomparateur se présente ainsi :

Lorsque vous connectez un capteur sur la prise Jack (commutateur en position "signal non amplifié"), le chronocomparateur amplifie le signal reçu (qui provient en général d'un capteur piezo) de façon à pouvoir effectuer les mesures.

La LED clignote en fonction des battements reçus. Si elle ne clignote pas, cela signifie que l'amplification est insuffisante (ou que le capteur ne génère pas de signaux). Si elle clignote erratiquement, cela signifie que l'amplification est trop importante. Si elle clignote régulièrement, l'amplification est correctement réglée.

On règle le gain de l'amplification en agissant sur le potentiomètre.

Fonctionnalités

Les principales fonctionnalités sont :

Ces différentes fonctionnalités sont détaillées ci-après.

Ergonomie

Les différentes fonctionnalités sont proposées à travers des affichages et des saisies par boutons tactiles qui ont des caractéristiques communes :

Calibration TouchScreen

Lors de la première mise sous tension, l'appareil affiche un écran de calibration du TouchScreen. On sort de cet écran lorsque le calibrage est réussi.

Pour calibrer le TouchScreen, il faut appuyer le stylet sur les croix qui sont affichées. Si le calibrage réussi, on passe directement à l'écran d'accueil. Sinon, le programme redemande une calibration.

Les données de calibration sont sauvegardée dans une mémoire alimentée par pile (modèle CR1220, sa durée de vie est de plusieurs années).

Une fois le calibrage du TouchScreen effectué, les mises sous tensions suivantes ne proposent plus cet écran de calibration.

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Ecran d'accueil

C'est le premier écran affiché lorsque la calibration du TouchScreen a été effectué.

Il est affiché pendant environ 2 secondes. Si l'on appuie deux fois sur cet écran avec le stylet durant son affichage, l'écran qui suit sera celui de calibration du TouchScreen. Sinon, on passe à l'écran de sélection du battement.

L'écran d'accueil affiche :

Sélection d'un battement

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Cet écran affiche des boutons indiquant les battements possibles pour la montre à régler. La valeur sélectionnée par défaut est indiquée par un bouton avec un fond rouge (celle du choix précédent ou la première valeur disponible s'il s'agit de la première mise sous tension). Il donne également accès à l'écran de mesure des mesures temporelles de la montre ("Mesure") et à un écran de paramétrage du chronocomparateur ("Param.").

Pour choisir un battement, il suffit d'appuyer sur un des boutons affiché. La prise en compte de l'appui est indiqué par un clignotement du bouton qui reste ensuite en rouge.

A noter que le dernier battement proposé est paramétrable (voir bouton "Param." et écran de paramétrage). Il est signalé sur fond jaune lorsqu'il n'est pas sélectionné.

La valeur sélectionnée est conservée en mémoire sauvegardée.

Le bouton "Simulation" permet de faire fonctionner le chronocomparateur avec un simulateur de signal interne. Les mesures sont alors effectuées sur la base de ce simulateur. L'option est inactive par défaut.

Mesures temporelles de la montre

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Cet écran affiche :

Les commandes disponibles sont :

Quelques vues de mesures. La première série de 3 photos provient d'un mouvement Lorsa 237B qui a besoin d'une sérieuse révision. La première photo représente la mesure alors que le mouvement est horizonal. La courbe est caractéristique d'une amplitude insuffisante. Lors de la seconde mesure, le mouvement est vertical et les différences de temps entre Tic et Tac deviennent trop importants pour que l'affichage soit lisible. Il faut passer à une résolution de 1000µs pour qu'il soit de nouveau interprétable (3ème photo). Pour information, l'amplitude est de 150° !.

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La série de deux photos suivantes provient d'un mouvement chinois neuf 2813 (automatique et date) qui coutait environ 15€ en 2019. Pour la première photo, le mouvement est horizontal. On note une petite irrégularité périodique qui doit pouvoir se régler par un simple nettoyage dans le meilleurs des cas. Pour la seconde photo, la mouvement est vertical. La précision s'améliore légèrement mais on retrouve le défaut cité précédemment. Pour information, l'amplitude est de 272°.

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Indicateur de synchronisation

Un indicateur de synchronisation comportant la lettre "S" est présent en bas à droite de l'écran de mesure temporelle et plusieurs autres écrans. Cet indicateur est de couleur verte si l'appareil a réussi à se synchroniser avec la montre, orange s'il a réussi à se synchroniser mais qu'il perd des signaux de temps en temps, ou rouge lorsqu'il n'est pas synchronisé. La synchronisation se déroule de la façon suivante :

Fonction scope

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Cet écran affiche :

Note sur l'amplitude

Le calcul de l'amplitude se fait en mesurant le temps entre la première et la troisième impulsion d'un Tic ou d'un Tac en considérant qu'il y a une deuxième impulsion entre les deux (voir Scope pour plus de précisions).

La première impulsion détectée par le chronocomparateur détermine T1

T3 est le front qui correspond à la plus forte amplitude dans la fenêtre de mesure (normalement, T2 a une amplitude plus faible que T3).

L'amplitude est calculée sur une moyenne glissante de mesures successives pour l'angle de levée indiqué dans l'écran de paramétrage. Cette amplitude est très sensible à de faibles décallage de T3-T1. Pour illustrer ce point, voici un petit exemple numérique :

La formule de calcul de l'amplitude est : Amplitude = (3600 * AngleDeLevée)/(T*Π*n) ou T =|T1-T3| exprimé en secondes, Π est le nombre Pi et n, le nombre de battements par heure. Pour cet exemple, on suppose que la montre bat 18000 coups par heure et que son angle de levée est de 51°.

Avec 120µs, on peut déjà avoir des doutes sur le fait que le mouvement est dans sa meilleure forme. En pratique, si vous observez le battement de beaucoup de montres, vous constaterez que le déclenchement de T3 peut varier bien au delà des 120µs par rapport au meilleurs T3-T1 avec comme conséquence, une moyenne de l'amplitude qui aura tendance à être pessimiste. Il faut juste avoir ce point en tête lorsqu'on interprète la valeur affichée par le chronocomparateur.

Note sur la synchronisation

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Pour effectuer ses mesures, le chronocomparateur a besoin de détecter les premiers fronts des signaux générés par les tic ou les tac. Lorsque c'est le cas, l'appareil est correctement synchronisé.

Comme on le voit sur la figure ci-avant, le signal est composé d'une ligne de très faible amplitude (encadrée par les deux lignes en bleu) et de pics à interval périodique.

Pour détecter le premier front, le déclenchement de la synchronisation doit se faire pour une valeur supérieure à la ligne de faible amplitude. Si le seuil de déclenchement se fait à une valeur inférieure, l'appareil ne pourra pas se synchroniser.

La ligne de faible amplitude est un bruit plus ou moins aléatoire qui est produit par tout élément électronique. Du bruit extérieur peut s'ajouter à ce bruit interne. Par exemple, les éclairages à LED ou d'autres équipements électriques peuvent générer du bruit qui sera capté par les éléments conducteurs qui composent l'appareil, par exemple, son câble d'alimentation ou le câble qui relie le capteur au chronocomparateur.

Si le bruit est trop important, il peut noyer le signal utile. Dans ce cas, toute synchronisation est impossible. Il faut en trouver la cause et l'éliminer (par exemple, parfois, il suffit d'éteindre un éclairage à LED trop proche).

La fonction scope visualise ce bruit comme le reste du signal et permet de détecter quelque chose d'anormal.

Pour améliorer la synchronisation, le programme introduit une fenêtre d'occultation dont le principe est le suivant :

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Supposons qu'un certain Tic intervienne au temps T1. Le suivant doit intervenir au temps T2 = T1+durée d'une demi période.

La fenêtre de mesure autorisée est centrée sur T2. Les impulsions ne sont prises en compte que dans la zone verte. Si une impulsion survient dans la première zone grisée en rouge (avant T2), elle est ignorée. Si l'impulsion survient au delà de la zone verte, cela signifie probablement qu'un signal a été perdu. Le chronocomparateur ignore cette donnée et tente de se resynchroniser sur une autre impulsion.

Pour une montre qui bat à 18000 coups par heure, la demi-période (durée entre un Tic et un Tac) est de 200ms. Si l'on choisit une durée d'occultation de 9/10, les impulsions ne seront prises en compte qu'entre T1+180ms et T1+220ms.

Une durée d'occultation de 9/10 de la demi-période permet d'éliminer les phénomènes parasites.

Note sur les filtres et l'échantillonnage

Le signal affiché provient de mesures qui sont faites à intervalle de temps régulier, comme sur un oscilloscope numérique. Cela signifie que certains phénomènes peuvent ne pas apparaitre si leur durée est inférieure à la période d'échantillonnage.

Supposons que l'échantillonnage soit de 50µs. Cela signifie que l'appareil prend une mesure toutes les 50µs. Entre deux mesures, les éventuels signaux qui pourraient être présents ne sont tout simplement pas pris en compte.

Si un signal a une durée de plus de 50µs, il apparaitra, parfois sous la forme d'un simple trait.

Dans une montre, il est peu probable que des signaux aient une durée inférieure à 50µS. Les ordres de grandeurs sont plutôt de l'ordre de la milliseconde. Toutefois, cette durée de 50µs varie selon le zoom que l'on utilise. Si on veut visualiser le signal sur une longue période (par exemple, 4 Tic ou Tac), le signal affichée représentera une durée de 800ms pour une montre qui bat 18000 coups par heure. Sur un écran de 360 pixels de large, chaque pixel représentera donc 2ms ce qui arrive dans les ordres de grandeurs des signaux de faibles durées sur une montre. Il y a donc plus de risques de manquer certains signaux.

On pourrait sur-échantillonner mais à un moment, il faudra bien réduire l'ensemble des mesures pour qu'elles soient affichables sur un écran d'une définition donnée. Cette réduction devra se faire via un traitement qui est en fait un filtre. Et le choix d'un filtre a une conséquence sur la représentation graphique qui est donnée du signal et qui peut ne ne pas avoir grand chose à voir avec sa représentation réelle, telle qu'on pourrait la voir sur un oscilloscope analogique par exemple. Il faut donc dire quelques mots sur les filtres, leur intérêt et leurs limites.

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Un filtre est un traitement qui a pour but de mettre en évidence certains phénomènes et/ou d'en éliminer d'autres. Le résultat de l'application d'un filtre sur le signal brut modifie donc la forme de ce signal, parfois de façon très importante. Prenons quelques exemples :

Il existe toute sortes d'algorithmes de filtres numériques. Mais évidemment, tous ne sont pas applicables à un domaine particulier.

Dans PC-RM4, 3 filtres sont proposés à la date de rédaction de cette page (06/2022). D'autres pourront être ajoutés par la suite s'ils s'avèrent utiles.

Le premier filtre (F0) est... l'absence de traitement (de filtre). Enfin, pas tout à fait puisqu'il faut bien mettre en forme le signal pour qu'il tienne sur l'écran. Et en pratique, l'amplificateur (analogique) a une fonction de filtre passe-bande qui élimine les signaux basse fréquence (typiquement, ceux introduits par le secteur) et les signaux haute fréquence qui n'ont rien à voir avec une montre. Néanmoins, on peut considérer que ce qui est affiché à l'écran est la représentation la plus fidèle de ce que la montre produit, à la fréquence d'échantillonnage près.

Le second filtre (F1) calcule une moyenne glissante de chaque point du signal et effectue également une symétrisation (pour un signal au dessus de la valeur moyenne, on ajoute sa contrepartie en dessous de la valeur moyenne, et inversement). Concrètement, le filtre a tendance à lisser l'enveloppe de la courbe du signal et donne les résultats visuels les plus intéressants. Il élimine également une grande partie du bruit de fond. Par contre, en conséquence, un signal de faible amplitude risquera de disparaitre de l'affichage.

Le troisième filtre (F2) applique d'abord le filtre F1 puis réalise le traitement suivant (l'explication ne considère que la partie du signal supérieure à sa valeur moyenne) :

Ce filtre est particulièrement efficace pour mettre en évidence T3 (et T2).

Le quatrième filtre (F3) ne visualise que la partie supérieure du signal par rapport à sa valeur moyenne (la partie inférieure est ramenée sur la partie supérieure). Il privilégie les fronts montants et leur applique une fonction d'atténuation sur leur partie descendante. Il n'est pas très intéressant visuellement mais peut aider à l'identification de T1 et surtout T3, et éventuellement, T2.

Mode Simulation

En mode simulation, le chronocomparateur génère le signal d'une montre qui a un décalage de {+100µs, -110µs} autour de sa demi-période avec des petites variations aléatoires de 10µs de part et d'autre de la valeur nominale.

Ces petites variation entraînent une différence entre le Tic et le Tac d'environ 180µs et une différence sur la période qui peut varier entre un peu moins de 10µs jusqu'à près de 2ms selon le battement sélectionné. La raison de cette différence importante vient d'un effet de bord de l'implémentation. En simulation, le temps pour la période et la demi-période d'un battement est fourni en millisecondes (alors qu'en mesure réelle, les temps sont calculés en nanoseondes). Considérons un battement de 19800 coups par heure. Le reste de la division de 3600 par 19800, 0,181818181... La partie entière de la demi-période du battement est donc de 181 en milliseconde mais vaut 181181181 en ns. On a donc une différence de 181181ns ce qui n'est pas négligeable rapporté à 24h00. Cet effet de bord a été jugé intéressant car il permet de voir comment l'affichage varie lorsqu'une montre est très déréglée.

En fonction du paramétrage (voir "Paramétrage"), il est possible de changer le sens du décalage ce qui provoque, soit une avance (le signal va se déplacer vers le haut de l'écran), soit un retard (le signal va se déplacer vers le bas de l'écran).

Paramétrage

Quelques paramètres du chronocomparateur peuvent être modifiés via l'écran de paramétrage :

Pour modifier un paramètre, il suffit d'appuyer dessus avec le stylet.

Deux options de sorties sont disponibles : "Valid.", les valeurs saisies sont validées et enregistrées en mémoire sauvegardée, "Annul.", les valeurs saisies sont ignorées, les valeurs d'origine ne sont pas modifiées.

Pour les valeurs nécessitant une saisie numérique, le programme affiche un clavier basique comportant un afficheur qui affiche la valeur courante du paramètre. Le clavier comporte :

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Langage

La langue par défaut est le français. L'anglais est également implémenté. Il est très simple d'ajouter une autre langue (les textes sont regroupés dans un endroit unique) mais il faut recompiler le programme.

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Ajustement (calibration)

imageComme tout appareil de mesure, le chronocomparateur peut nécessiter une calibration. Dans le cas présent, il s'agit de déterminer la valeur à additionner ou soustraire au temps mesuré pour un Tic ou un Tac afin qu’elle soit correcte.

Cette valeur dépend de plusieurs facteurs qui ne peuvent être déterminés à l’avance : précision du quartz, temps de transit des signaux…

Pour effectuer l’ajustement, il faut disposer d’une base de temps sûre. Il peut s’agir :

Effectuez une mesure temporelle et notez la différence (ou la moyenne de la différence) par rapport à la période attendue. Supposons qu’elle soit de -90.0µs.

Allez dans l’écran de paramétrage et saisissez cette valeur en nanosecondes (en complétant avec des 0). Pour -90.0µs, vous saisirez donc -90000.

Validez la saisie et refaite la mesure. Vous devriez obtenir une différence de 0.0µS. Si c’est le cas, le chronocomparateur est calibré.

La valeur est sauvegardée en mémoire permanente.

La valeur par défaut de la calibration vaut -90000 qui se trouve être celle du prototype de PC-RM4.

Que Faire si...

L'indicateur de synchronisation est en rouge. La LED en façade est toujours allumée ou éteinte.

Vérifiez que vous avez branché le capteur et qu'une montre qui fonctionne se trouve dessus.

Vérifiez que le niveau de sensibilité est suffisant (réglage par potentiomètre).

Vérifiez que vous avez sélectionné le bon battement.

Vous pouvez vérifier la présence ou l'absence d'un signal de la façon suivante :

L'indicateur de synchronisation passe de rouge à vert en permanence. La LED en façade clignote de façon irrégulière.

Agissez sur la sensibilité en la diminuant ou en l'augmentant. Un niveau trop faible fait que certains signaux ne seront pas détectés ce qui fait perdre la synchronisation. Inversement, une sensibilité trop élevée peut introduire des signaux parasites issus du bruit de fond.

Vérifiez que vous avez sélectionné le bon battement. Si vous avez des doutes, essayez en plusieurs. Ayez en tête qu'il peut s'agir d'un battement non standard. La fonction de paramétrage vous permet d'entrer des battements non standards.

Dans l'écran de mesures temporelles, des points s'affichent n'importe-où sur l'écran.

Il est probable que le zoom est trop élevé. Appuyez sur la touche "-" jusqu'à ce que l'affichage présente une seule ligne ou deux lignes plus ou moins parallèles. Pour mémoire, le nombre affiché à gauche de l'écran dans la zone d'affichage graphique indique le nombre de µs par pixel sur l'écran. S'il affiche 1000µs, cela signifie qu'un pixel représente 1ms. S'il affiche 1µs, un pixel représente 1µs. Si au zoom minimum (100µs), les points continuent de s'afficher n'importe où sur l'écran, il est probable que vous avez une montre fortement déréglée avec un très grand écart entre le Tic et le Tac. Il faut d'abord procéder à une révision de la montre avant de tenter de régler sa marche.

Dans l'écran de mesures temporelles, la trace de la marche de la montre est presque verticale.

Vous avez une montre dont l'avance ou le retard est très élevé. Regardez la valeur "A/R Jour" pour vous en convaincre. A noter que la trace tendra d'autant plus vers la verticale que le zoom sera élevé.

La valeurs de l'amplitude semble élevée.

En zoom maximum, si le signal bouge beaucoup de droite à gauche et de gauche à droite, il est probable que la sensibilité n'est pas suffisante. Du coup, de temps en temps, la mesure se déclenche sur T1 et d'autres fois, sur T2 ou T3. Essayez d'augmenter la sensibilité.

REALISATION

Schéma bloc

Le schéma bloc se présente ainsi :

schéma bloc PC-RM4

Alimentation

Le chronocomparateur se connecte directement au secteur avec prise de terre. L'alimentation délivre une tension continue de 5V. La consommation est de l'ordre de 200mA en continu (5V).

Module de traitement

Le bloc "traitements, affichages, saisies" est une carte de développement à base de STM32F407 accompagnée de son écran LCD avec TouchScreen. Elle est alimentée en 5V continu (rouge sur le schéma) et délivre une tension de 3.3V (orange sur le schéma) qui est utilisée pour alimenter d'autres parties du montage.

Amplificateur

Il s'agit d'un montage adapté de celui proposé par le site Watchoscope. Il utilise un quadruple amplificateur opérationnel.

Logique signal

Ce bloc transforme le signal analogique en signal logique selon un automate qui est décrit plus loin. Il est composé d'une double bascules J/K et est alimenté en 3,3V (orange sur le schéma).

Vue globale

Le signal non amplifié provient typiquement d'un capteur piezo qui réagit au chocs générés par les Tic et Tac de la montre à régler. Ce signal est très faible en tension et doit être fortement amplifié pour être exploité.

On peut brancher le capteur d'un appareil de mesure existant, comme celui associé au Vibrograf, au Bandelin tickoprint ou tout appareil équivalent. Il faudra juste mettre une prise Jack en sortie.

Si on dispose d'un capteur déjà amplifié, on peut également le connecter à au chronocomparateur sur l'entrée prévue. Un contacteur permet de sélectionner, soit la sortie de l'amplificateur, soit le signal déjà amplifié comme source pour le bloc logique qui traite le signal.

Pour les signaux déjà amplifiés, on veillera à ce que la tension injectée ne dépasse pas 5V.

Le bloc logique est commandé par le module de traitement et délivre deux signaux permettant de commander le comptage des timers du microcontrôleur.

Le signal analogique en sortie de l'atténuateur est également fourni au module de traitement pour la visualisation analogique du signal (fonction scope) et est disponible sur une prise en sortie de l'appareil pour, par exemple, le visualiser sur un oscilloscope ou le traiter sur un ordinateur via l'entrée "microphone".

Schéma électronique

schema PC-RM4
Cliquez sur l'image pour agrandir

Amplification du signal

Pour l'amplification du signal issu du capteur piezo, on peut reprendre le principe du schéma proposé sur le site de Watchoscope avec cependant quelques modifications. Je l'ai utilisé pour PC-RM1 et PC-RM3 et il donne entière satisfaction.

Elle fait appel à un quadruple amplificateur opérationnel LM324 (U1).

Quelques explications :

Le reste des modifications est plutôt lié à des aspects fonctionnels ou conjoncturels.

Logique pour le comptage

Une horloge interne du processeur (42 à 84MHz) fournit une horloge AB1 qui va alimenter des compteurs 32 bits (TIM2 et TIM5) du microcontrôleur, les compteurs étant pilotés par une logique de commande réalisée autour de deux bascules U3A et U3B pilotée par le microcontrôleur. C'est la principale nouveauté de PC-RM4 par rapport aux précédents chronocomparateurs PC-RM1 et PC-RM3, la commande des compteurs est indépendante de l'activité du microcontrôleur.

U3 Microcontrôleur
U3A/Q (6)Compteur 1PA0TIM2
U3B/Q (8)Compteur 2PA1TIM5
U3AD (2)PA2
U3BD (12)PA3
HorlogeU3AC et U3BC
AnalogSignal analogiquePA4Entrée analogique

Carte microcontrôleur

Le microcontrôleur est un STM32F407 à 168MHz. La carte de développement est une DevEBox.

DevEBox
Carte DevEBox, face avant

Afficheur

Pour cette carte de développement, j'utilise un afficheur 3.2" TFT LCD Color MBR3205 320x240.

mbr3205
Afficheur 3,2 pouces, 380 x 240 pixels, tactile

Capteur

Le capteur standard utilise un module piezo

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On peut mettre ce capteur dans un étau prévu pour la réparation des montres. Avec un peu d'huile de coude, il est également possible de réaliser une mécanique adaptée telle que celle proposée sur cette page.

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Circuit imprimé

A ce stade, vous avez deux possibilités :

Par la suite, je ne détaillerai que la réalisation à base de circuit imprimé.

circuit imprimé PC-RM4
Circuit imprimé côté composant

Montage

Quelques informations sur le montage :

Voici une vue du circuit monté (il s'agit de la version prototype, il y a quelques corrections sur le circuit imprimé V1 en photo).

circuit imprimé PC-RM4 peuplé 1
Circuit imprimé avec ses composants

Pour les résistances et condensateurs, j'ai pris ce que j'avais en stock. Les condensateurs sont surdimensionnés (35V de tension de service pour les chimiques, 63V à 100V pour les autres). Si vous devez en acheter, inutile de prendre ces valeurs fantaisistes... La tension la plus élevée sur le circuit est de 5V. Vous pouvez donc prendre des 10V pour les chimiques.

circuit imprimé PC-RM4 peuplé 2
Circuit imprimé avec ses composants et l'écran

circuit imprimé PC-RM4 peuplé + boite
Circuit imprimé avec ses composants et l'écran dans sa boite

Récapitulatif des composants :

Ref schéma Boitier Qtté Valeur
U1DIP-14_W7.62mm_LongPads1LM324
U2DeveBox STM32F4071DevEBox_STM32F407
U3DIP-14_W7.62mm_LongPads174HC74
Q2TO-92_Wide1BS170
D1,D2,D5,D6D_DO-35_SOD27_P7.62mm_Horizontal21N4148 ou BAT85
LED1Modèle standard
C1C_Rect_L7.0mm_W2.0mm_P5.00mm11µF
C5,C8C_Rect_L7.0mm_W2.0mm_P5.00mm2470nF
C26,C9, C6CP_Radial_D5.0mm_P2.50mm2100µF 10V
C22,C28,C18,C16,C4,C2C_Rect_L7.0mm_W2.0mm_P5.00mm6100nF
C3,C7,C13C_Disc_D4.3mm_W1.9mm_P5.00mm3150pF
R1R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical1150kohms
R4,R8R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical22.2kohms
R11,R3,R17,R5,R2,R16R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical6100kohms
R9R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical147kohms
R6R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical11kohms
R14R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical16.8kohms
R15R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical133kohms
R25R_Axial_DIN0207_L6.3mm_D2.5mm_P2.54mm_Vertical1510 ohms ou 270 ohms
RV2Ajustable multitours vertical 3296W1100kohms
P1Potentiomètre log (piste B)110kohms B
J1Jack_3_5_PJ3161AudioJack2
J2DIN5 ou 31DIN 5 ou 3 broches (les 5 sont plus courantes).
J6RCA1RCA
J10TerminalBlock_MetzConnect_Type101_RT01602HBWC_1x03_P5.08mm_Horizontal1AC bornier
SW1SW_SS12F23_Angled1Switch SS12F23
F1Fuse:Fuseholder_TR5_Littelfuse_No560_No4601Fusible 200mA à souder
BT1S8411-45R_11Porte pile CR1220
Con. IDC2Connecteurs IDC femelle 34 broches pour relier l'écran au circuit imprimé via une nappe.
Inter. Secteur1Interrupteur secteur (non représenté sur le schéma).
HLK1Alimentation Hi-Link HLK-PM01, 0,6A.

CHARGEMENT LOGICIEL

ST-LINK-V2

Pour charger le logiciel dans le microcontrôleur, vous aurez besoin d'une sonde ST-LINK-V2 que l'on trouve facilement pour quelques euros.

ST-LINK-V2

Le branchement de la sonde à la carte microcontrôleur se fait ainsi :

ST-LINK-V2 Microcontrôleur (J1)
SWCLKCLK ou SWCLK selon marquage
GNDGND
SWDIODIO ou SWDIO selon marquage
3,3VNE PAS CONNECTER (sauf si vous alimentez le montage par la sonde).

ST Link Utility

Vérifiez que vous pouvez communiquer avec votre sonde ST-Link et qu'elle reconnait bien la carte de développement. Lancez l'utilitaire STM32 ST-LINK Utility qui est normalement disponible en téléchargement sur le site de ST Microelectronics.

Sélectionnez "connect to the target". Si vous avez une erreur, commencez par débrancher la sonde de son port USB, rebrancher la et sélectionnez de nouveau "connect to the target". Je fais l'hypothèse que la connexion s'effectue correctement (sinon, je ne sais pas).

L'utilitaire affiche les informations suivantes (certaines dépendent de la sonde, de la carte de développement et du moment ou vous faites la connexion).

StLink utility
Sonde ST-Link V2

Vous pouvez profiter que l'utilitaire est lancé pour faire une mise à jour du firmware de la sonde. Pour ce faire, mieux vaut débrancher et rebrancher la sonde de son port USB. Ceci fait, sélectionnez l'option ST-LINK dans le menu puis firmware update et laissez vous guider.

Pour charger le logiciel dans le STM32 :

Logiciels à télécharger

Chargement

La dernière version spécifique à la carte DevEBox et l'écran choisi est disponible ici :

Je dispose également d'autres versions pour la carte STM43F4VE avec écran 320x240 parallèle ou écran 480x320 bus SPI. Me contacter pour plus de précisions mais ces versions ne sont pas maintenues.

J'ai mis sur cette page des informations complémentaires sur la réalisation mais elles sont plus pour mémoire pour moi.

PRECISION ET RESOLUTION

La précision et la résolution de l’appareil doivent être définies pour les 3 mesures réalisées :

L’horloge de la carte microcontrôleur utilisée a une résolution de 25ns. Sa précision dépend de celle du quartz et est probablement très inférieure à 0,01%. On la nommera P% par la suite. Dans ce contexte, on peut dire que :

Pour la mesure de l'avance/retard, on effectue la différence entre la somme des durées des Tic et des Tac mesurées et la durée attendue. Si NB est le nombre de mesures de Tic et de Tac, l'écart avec la durée attendue est Ecart = somme(durées des Tic et des Tac) - NB x durée d'une période.

Il suffit ensuite de ramener cette valeur à 24 heures pour avoir l'écart sur 24 heures.

Dans le pire des cas, la résolution de la mesure se cumule en valeur absolue sur la période de mesure. Si NB24 est le nombre de périodes sur 24 heures, alors, la résolution la plus mauvaise est NB24 * résolution. Pour une montre qui bat à 18000 coups par heure, Cette résolution est inférieure ou égale à 18000 x 24 x resolution d'une mesure soit environ 21ms.

avril 2019-septembre 2022

PROTOTYPES

La photo qui suit est la face arrière du prototype du circuit imprimé. J'avais simplement "oublié" 3 pistes (erreur de nommage sur le schéma électronique). C'est rageant ! La V1 corrige ce point.

PC-RM4 PCB V0

La photo qui suit est un prototype utilisant une autre carte de développement que DevEBox. Elle a servi à l'ensemble des développements qui sont décrits sur cette page pour ceux qui veulent entrer dans le détail de la réalisation. L'écran est également différent. Dans le cas présent, il s'agit d'un écran 480x320 avec bus SPI. J'ai aussi développé la version en 320x280, bus parallèle qui est celle que j'utilise.

PC-RM4

PC-RM4

Les photos qui suivent montrent un exemple de mise en boitier du prototype. Il reste à mettre une petite plaque en aluminium autour de l'écran pour que ce soit plus joli.

PC-RM4

PC-RM4

PC-RM4

PC-RM4

PC-RM4
Dans le prototype, l'alimentation et l'amplificateur ont été réalisé sur un circuit à trous.

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