在发条发明之前，机械钟的运行需要依赖重力推动，现今使用重锤的机械钟仍采用相同的原理，此类设计是借由重锤往下掉的力量来带动走时轮系，搭配钟摆稳定的摆动控速，便可达到精准计时的效果。
无自动陀的朗格手动机械表与有自动陀的积家自动机械表
然而，这种结构无法缩小随身携带，直到1500年前后，发条的使用，才开启了怀表的序幕。早期怀表采用钥匙上链，在面盘或背面留有上链孔，插入相合的钥匙（上链器），就可以带动发条盒，进行上链。到了1842年Adrien Philippe（百达翡丽早期合伙人）发明了免钥匙上链系统，透过表冠即可上链，这项发明影响至今，表冠上链仍是主流。
手动上链机心机制
手动上链的结构并不复杂，基本上透过旋转表冠带动把头上的立轮，驱动小钢轮、大钢轮，进而带动大钢轮下方与之同轴的发条盒上链。当然随着机心的设计不同与历史的演变，会有稍微的变型，甚至发展成相当前卫的手动上链模式，但基本的原理都是相同的。
若从实用性的角度来看，上链的过程最好顺畅省力，零件应经久耐用，因此有些高端的机心将立轮的轮齿做成斜齿，在带动小钢轮时可以更为顺畅，例如百达翡丽的215机心与下面的真力时古董机心即属此类。另有些机心会把立轮与大小钢轮的轮齿做得较为粗壮，高档古怀表中甚至做成美观且不易断裂的狼牙齿，可惜在现代手表很少采用。
▲采用钥匙上链的怀表
面盘上的孔洞即为上链孔，高档的表款会在孔的周围套上金属环，以避免钥匙插入时损伤面盘。
1.表冠单向上链
真力时135型机心（见下图）的表冠单向上链轮系排列属于标准形式，对照上链轮系图便可以清楚看出从表冠、立轮、小钢轮、大钢轮、发条盒的一连串作动，这就是基本的传动流程。其中需要特别说明的是立轮与离合轮间设有离合齿轮，以上链方向旋转表冠时，才能带动立轮转动；若以反方向上链，离合齿轮便会先跳脱后再复位，立轮则不动作，也就不会转动小钢轮。
在上述的基本结构上，随著机心空间配置的需要，可以在各轮系间加入一些中介齿轮，而发展出许多不同的轮系排列。另有些手表的表冠作成水平式设计，如2010年发表的香奈儿神祕逆行手表，主要的的差别是把立轮改成水平放置，轮系方面仍不脱上述的基本结构。
此外，视机心设计的需要，小钢轮也可以做成双层结构，如立轮与下层轮齿咬合，而上层轮齿与大钢轮咬合，上下层轮齿比例的不同，会影响上链的力道与时间，原理与脚踏车的前后变速系统相同。
▲ 示范机心-真力时135机心
大小钢轮十分明显，隐约还可看到与小钢轮垂直的立轮轮齿。大钢轮左侧为防逆转的止逆装置。
2.表冠双向上链
表冠双向上链的设计则如积家的182型大自鸣机心，两个大钢轮分列小钢轮两侧，大钢轮底下各有一个发条盒，分别作为报时与走时动力之用；其把头上面取消离合齿轮，因此不管是顺时针或逆时针方向旋转，都可以带动立轮运作。
一般立轮直接与小钢轮咬合，此机心则在立轮与小钢轮间多了一个中介轮，稍有不同。不管从那一个方向上链，都只会有一边的大钢轮确实上链，另一边则是空转。其关键设计在于大钢轮内的特殊止逆装置，基本上此类大钢轮可以分成几个部份，中央钢轮（与发条轴心连动）、外侧钢轮以及与之连动的两个止逆装置；外侧钢轮及止逆装置可以和中央钢轮分开旋转：当止逆装置能勾住中央钢轮时，则同方向旋转，反之勾不住时，就相反方向各转各的。稍作观察可以发现两个大钢轮的中央钢轮与止逆装置的钩爪方向刚好相反，因此当表冠作不同方向旋转时，便可分别为两个发条盒上链。
▲ 积家380型计时机心
只能看到两个并排的大钢轮与一个中介轮，小钢轮隐藏在夹板下方，从夹板上可见其轴孔。
3.特殊上链设计
不一样的设计最能令人印象深刻，因此许多品牌开发了自产机心，而特殊的上链方式也随之产生。其中有些看起来虽然前卫，但采用额外的上链器来上链，其实和早期的上链设计更为接近，可以说是设计师融合古今制表技术，才创造出来的。
当然，这类要额外工具才能上链的设计虽然在使用上有困扰，却也多了一份上链的乐趣，话说回来，这些手表的收藏性远大于实用性，收藏家或投资客对这独一无二的设计仍以喜欢居多。
其中最为特别的莫过于帕玛强尼Bugatti Type 370的PF 370机心，上链时以名为Choke的笔形上链器代替传统的钥匙，笔的两端分别可以作为上链与校时之用；上链前，先把笔夹打开，顺时针旋转笔身即可在笔内储存动能，接着以书写的姿势，将笔尖插入上链孔，便会自动释出动能，稳定快速旋转上链，Choke内设有自动离合系统，满链后会自动停止上链动作。
▲朗格31
Lange 31的表冠只能调校时间机械表怎么手动上弦，因其31日链的双发条扭力太强，故须利用专门的上链器从背后的上链孔上链。
▲ 帕玛强尼
Bugatti Type 370 须用Choke进行上链，将Choke的笔尖插入A处，便可自行上满链，速度快而且动作稳定。
▲雅典
Freak Blue Phantom的发条盒几乎占据整个机心的面积，上链时直接旋转底盖外缘，扭紧发条上链。
▲Cabestan
此表左边是芝麻链装置，右边显示时间。上链时须将类似把手的上链器安装在侧边，直接扭转宝塔轮上链。
自动上链机心机制
机械表以发条储存动能，但发条盒空间有限，如何保持动能持续长久，而又不用常常手动上链，从怀表时代就已是制表师想要解决的问题，何况透过自动上链还能随时让发条保持在稳定的动能状态，对于走时的精准度也很有帮助。
1770年瑞士的Abraham-Louis Perrelet发明了自动上链的怀表，其设计是以360度旋转的自动陀带动上链轮系，与现今的常见设计接近，不过怀表是放在口袋里的，不像手表能常随着手部动作变换角度进行上链，而且当时设计不是很成熟，即使在数年后宝玑改良成摆锤式的自动陀，也没能普及。
直到1920年代开始，手表的自动上链装置才再度受到重视，英国制表师John Harwood于1924年发明撞锤式的自动上链系统，进入1930年代后，各种现在看来十分新奇的设计陆续出现，其中最优秀的是自动陀能360度旋转的劳力士设计，如今已成为最普遍的自动上链类型。
之后的数十年间，陆续有新的发明，但多数并不实用，目前还有少数品牌在使用而且效果不错的，最知名的是IWC的「啄木鸟」、精工的「魔术杠杆」，以及近年宝齐莱使用的环型自动上链装置。同类自动上链装置的原理都不会差太多，但各种机心的变化则有很多种，本文将说明现代自动上链的基本原理与较普遍的转向装置。
▲ Perrelet制作的自动怀表
从背面及侧面可以看到相当厚实的自动陀，若只从外观来看的话，与现代的设计差别不很大。
1.基本运作与动力来源
我们先以ETA2824为参考，说明自动上链组件的名词，如图解所示：1自动陀、2自动轮、3与4组成自动一番轮（辅助转向轮）、5与6组成自动二番轮（转向轮）、7自动三番轮（减速轮）、与8自动四番轮（上链轮）、9大钢轮、10发条盒。3-6也可统称为转向轮，作用在于将自动陀顺、逆时钟旋转的相反力量转变成相同方向以进行上链动作。
自动陀虽重，但通常发条扭力更大，不易直接上链，而减速轮与上链轮的圆心部分都还有一层小齿轮，因此可以透过齿轮比的调节，让快速转动的齿轮输出较大扭力以顺利上链。而自动陀的固定方式基本上有如图所示的滚珠式与轴心式轴承，一般来说滚珠式较为灵活，但劳力士的轴心式也获极高评价，结构的好坏最终还是要依机心整体设计而定。
▲ETA2824自动上链图解
1到10为能量从自动盘传递到发条盒的过程，关键在于3、4同轴与5、6同轴的两组转向轮。
2.棘轮式转向轮
棘轮结构指的是能控制齿轮只做单向作用的设计，这样才能让自动陀一边空转，而另一边可以上链。先以单向上链的ETA 7750为例，其转向轮B由上而下可以分为上层齿轮、棘轮、下层齿轮、轴心小齿轮，后面三者连动，可以与上层齿轮作反方向旋转，因此只有自动陀（已拆除，轴心在A的位置）往上链方向旋转时，才会传动到减速轮C。
若在双向上链的情况，则像ETA2824一样，再加一个辅助转向轮即可。各品牌的棘轮结构稍有不同，但原理不变，可透过劳力士的设计来了解；红轮内部有一个棘轮与两组棘爪，棘轮与轴心小齿轮连动，而棘爪与红轮相连，红轮逆时钟旋转时，棘爪勾动棘轮，反方向则棘轮会滑开，因此自动陀不管如何转动，都能让带动减速轮的轴心小齿轮只做逆时针旋转进行上链；两个红轮并列，便达到双向上链的效果。欧米茄的1045型机心是更为简单的做法，只有单向能量可转动减速轮C。
▲ ETA 7750单向上链转向轮
图中可看到转向轮B为多层结构，下层齿轮较上层齿轮稍大，两轮间隐约可以看到棘轮装置。
▲欧米茄1045型单向上链机心
轴心式轴承穿过自动一番轮B，配合自动盘上的条型棘爪A，让B只能单向旋转上链。
▲ 劳力士棘轮结构
A.棘轮，B.棘爪机械表怎么手动上弦，C.轴心小齿轮，D自动轮，自动轮只与一个红轮接触。另一个红轮结构相同。
▲ 劳力士双向自动上链轮系
A.固定轴心式轴承的锁片，B.自动轮，C.减速轮，C亦有轴心小齿轮，以传动下一个齿轮。
3.离合式转向轮
离合式的基本原理是当自动陀往上链方向转动时，自动陀将离合齿轮推到与减速轮咬合的位置；反向旋转时则自动轮将离合轮推往反方向，使之不与其他齿轮咬合而空转。
以宝玑550机心为例，离合轮B与定位杆I分别做在同一零件的不同位置，因此连动，而透过机板高度能限制I和B的活动范围，定位弹簧H会让B咬合C，当自动陀顺时钟转时，B便带动上链；反向旋转时，B则脱离C空转，十分简便可靠。
再看积家889型的双向上链情况，以相同原理稍做调整即可；齿轮的序列因设计不同而有时会多会少，无需在意，重点在于CD两个离合轮，它们被设计在一个大约是正三角型的板子上，与固定的支点各据三角，因此是可有限活动的；当自动陀顺时钟转时，C咬合E，反向时则是D咬合E，而E都是往上链的逆时钟方向旋转。此外，还可看到自动上链轮系的止逆装置，即889中的F和宝玑图中的G。
▲ 宝玑550型自动上链轮系
能量从自动轮A（已拆除），经过离合轮B，经CDE到达发条盒F。可限制B的离合范围。
▲ 积家889型双向上链轮系
A到E是传动路径，接续再至发条盒。离合轮CD可适当位移，同一时间只有其一能接触到E。
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