在發條發明之前，機械鐘的運行需要依賴重力推動，現今使用重錘的機械鐘仍採用相同的原理，此類設計是藉由重錘往下掉的力量來帶動走時輪系，搭配鐘擺穩定的擺動控速，便可達到精準計時的效果。然而，這種結構無法縮小隨身攜帶，直到西元1500年前後，發條的使用，才開啟了懷錶的序幕。早期懷錶採用鑰匙上鍊，在面盤或背面留有上鍊孔，插入相合的鑰匙（上鍊器），就可以帶動發條盒，進行上鍊。到了1842 年Adrien Philippe（百達翡麗早期合夥人）發明了免鑰匙上鍊系統，透過錶冠即可上鍊，這項發明影響至今，錶冠上鍊仍是主流。本文所要介紹的主要也就是這類型的設計。
手動上鍊的結構並不複雜，基本上透過旋轉錶冠帶動龍芯上的吉車，驅動小鋼輪、大鋼輪，進而帶動大鋼輪下方與之同軸的發條盒上鍊。當然隨著機芯的設計不同與歷史的演變，會有稍微的變型，甚至發展成相當前衛的手動上鍊模式，但基本的原理都是相同的。若從實用性的角度來看，上鍊的過程最好順暢省力，零件應經久耐用，因此有些高端的機芯將吉車的輪齒做成斜齒，在帶動小鋼輪時可以更為順暢，例如百達翡麗的215 機芯與本頁的ZENITH 古董機芯即屬此類。另有些機芯會把吉車與大小鋼輪的輪齒做得較為粗壯，高檔古懷錶中甚至做成美觀且不易斷裂的狼牙齒，可惜在現代腕錶很少採用。
面盤上的孔洞即為上鍊孔，高檔的錶款會在孔的周圍套上金屬環，以避免鑰匙插入時損傷面盤。
錶冠單向上鍊
ZENITH135 型機芯的錶冠單向上鍊輪系排列屬於標準形式，對照上鍊輪系圖便可以清楚看出從錶冠、吉車、小鋼輪、大鋼輪、發條盒的一連串作動，這就是基本的傳動流程。其中需要特別說明的是吉車與鼓車間設有離合齒輪，以上鍊方向旋轉錶冠時，才能帶動吉車轉動；若以反方向上鍊，離合齒輪便會先跳脫後再復位，吉車則不動作，也就不會轉動小鋼輪。在上述的基本結構上，隨著機芯空間配置的需要，可以在各輪系間加入一些中介齒輪，而發展出許多不同的輪系排列。
另有些腕錶的錶冠作成水平式設計，如2010 年發表的香奈兒神祕逆行腕錶，主要的的差別是把吉車改成水平放置，輪系方面仍不脫上述的基本結構。此外，視機芯設計的需要，小鋼輪也可以做成雙層結構，如吉車與下層輪齒咬合，而上層輪齒與大鋼輪咬合，上下層輪齒比例的不同，會影響上鍊的力道與時間，原理與腳踏車的前後變速系統相同。
大小鋼輪十分明顯，隱約還可看到與小鋼輪垂直的吉車輪齒。大鋼輪左側為防逆轉的止逆裝置。
在小鋼輪與大鋼輪中間加入了兩個中介齒輪，雖排列上與標準型式稍異，但原理仍是相同。
A. 連接錶冠的龍芯、B. 吉車、C. 小鋼輪、D. 大鋼輪、E. 發條軸心、F. 發條盒、G. 離合齒輪。
金橋機芯的分解圖中可以看到一條鞭式的輪系排列，A. 吉車、B. 小鋼輪、C. 中介輪、D. 大鋼輪。
錶冠雙向上鍊
錶冠雙向上鍊的設計則如積家的182 型大自鳴機芯，兩個大鋼輪分列小鋼輪兩側，大鋼輪底下各有一個發條盒，分別作為報時與走時動力之用；其龍芯上面取消離合齒輪，因此不管是順時針或逆時針方向旋轉，都可以帶動吉車運作。一般吉車直接與小鋼輪咬合，此機芯則在吉車與小鋼輪間多了一個中介輪，稍有不同。不管從那一個方向上鍊，都只會有一邊的大鋼輪確實上鍊，另一邊則是空轉。
其關鍵設計在於大鋼輪內的特殊止逆裝置，基本上此類大鋼輪可以分成幾個部份，中央鋼輪（與發條軸心連動）、外側鋼輪以及與之連動的兩個止逆裝置；外側鋼輪及止逆裝置可以和中央鋼輪分開旋轉：當止逆裝置能勾住中央鋼輪時，則同方向旋轉，反之勾不住時，就相反方向各轉各的。稍作觀察可以發現兩個大鋼輪的中央鋼輪與止逆裝置的鉤爪方向剛好相反，因此當錶冠作不同方向旋轉時，便可分別為兩個發條盒上鍊。
上方的大鋼輪可為走時發條盒上鍊，下方為問錶發條盒上鍊。由錶冠上鍊方向決定為何者上鍊。
只能看到兩個並排的大鋼輪與一個中介輪，小鋼輪隱藏在夾板下方，從夾板上可見其軸孔。
以右邊的大鋼輪來看，順時鐘轉時，止逆爪無施力點因而會跳開，反向則可勾動中央鋼輪上鍊。
錶冠逆時針旋轉時，左邊的大鋼輪由止逆裝置勾住中央鋼輪齒進行上鍊，右邊的大鋼輪則空轉。
稀有的特殊上鍊設計
不一樣的傑出設計最能在第一眼即令人印象深刻，因此許多品牌開發了獨家的機芯，而特殊的上鍊方式也隨之產生。其中有些看起來雖然前衛，但採用額外的上鍊器來上鍊的方式，其實和早期的上鍊設計更為接近，可以說是設計師融合古今製錶技術，才創造出來的奇珍異品。當然，這類需要額外工具才能上鍊的設計雖然增添使用上的困擾，卻也多了一份上鍊的樂趣，話說回來，這些腕錶的收藏性遠大於實用性，收藏家或投資客對這獨一無二的設計仍以喜歡居多。
其中最為特別的莫過於PARMIGIANI BugattiType 370 的PF 370 機芯，上鍊時以名為Choke 的筆形上鍊器代替傳統的鑰匙，筆的兩端分別可以作為上鍊與校時之用；上鍊前，先把筆夾打開，順時針旋轉筆身即可在筆內儲存動能，接著以書寫的姿勢，將筆尖插入上鍊孔，便會自動釋出動能，穩定快速旋轉上鍊，Choke 內設有自動離合系統，滿鍊後會自動停止上鍊動作。
Lange 31 的錶冠只能調校時間，因其31 日鍊的雙發條扭力太強，故須利用專門的上鍊器從背後的上鍊孔上鍊。
此錶左邊是芝麻鍊裝置，右邊顯示時間。上鍊時須將類似把手的上鍊器安裝在側邊，直接扭轉寶塔輪上鍊。
Bugatti Type 370 須用Choke 進行上鍊，將Choke 的筆尖插入A 處，便可自行上滿鍊，速度快而且動作穩定。
Freak Blue Phantom的發條盒幾乎佔據整個機芯的面積，上鍊時直接旋轉底蓋外緣，扭緊發條上鍊。
The Quenttin 的機芯的上半部是31 日的發條盒，下半則是時間顯示，扳起錶側兩點鐘位置的把手即可直接上鍊。
Choke 上鍊的方向與機板的方向垂直，因此PF 370 機芯需透過上圖這種傘狀齒輪轉換能量輸出的方向。
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