在发条发明之前，机械鐘的运行需要依赖重力推动，现今使用重锤的机械鐘仍採用相同的原理，此类设计是藉由重锤往下掉的力量来带动走时轮系，搭配鐘摆稳定的摆动控速，便可达到精准计时的效果。然而，这种结构无法缩小随身携带，直到西元1500年前后，发条的使用，才开啟了怀表的序幕。早期怀表採用钥匙上鍊，在面盘或背面留有上鍊孔，插入相合的钥匙（上鍊器），就可以带动发条盒，进行上鍊。到了1842 年Adrien Philippe（百达翡丽早期合伙人）发明了免钥匙上鍊系统，透过表冠即可上鍊，这项发明影响至今，表冠上鍊仍是主流。本文所要介绍的主要也就是这类型的设计。
手动上鍊的结构并不复杂，基本上透过旋转表冠带动龙芯上的吉车，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鍊。当然随着机芯的设计不同与歷史的演变，会有稍微的变型，甚至发展成相当前卫的手动上鍊模式，但基本的原理都是相同的。若从实用性的角度来看，上鍊的过程最好顺畅省力，零件应经久耐用，因此有些高端的机芯将吉车的轮齿做成斜齿，在带动小钢轮时可以更为顺畅，例如百达翡丽的215 机芯与本页的ZENITH 古董机芯即属此类。另有些机芯会把吉车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，可惜在现代腕表很少採用。
面盘上的孔洞即为上鍊孔，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。
表冠单向上鍊
ZENITH135 型机芯的表冠单向上鍊轮系排列属于标准形式，对照上鍊轮系图便可以清楚看出从表冠、吉车、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吉车与鼓车间设有离合齿轮，以上鍊方向旋转表冠时，才能带动吉车转动；若以反方向上鍊，离合齿轮便会先跳脱后再復位，吉车则不动作，也就不会转动小钢轮。在上述的基本结构上，随着机芯空间配置的需要，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。
另有些腕表的表冠作成水平式设计，如2010 年发表的香奈儿神祕逆行腕表，主要的的差别是把吉车改成水平放置，轮系方面仍不脱上述的基本结构。此外，视机芯设计的需要，小钢轮也可以做成双层结构，如吉车与下层轮齿咬合，而上层轮齿与大钢轮咬合，上下层轮齿比例的不同，会影响上鍊的力道与时间，原理与脚踏车的前后变速系统相同。
大小钢轮十分明显，隐约还可看到与小钢轮垂直的吉车轮齿。大钢轮左侧为防逆转的止逆装置。
在小钢轮与大钢轮中间加入了两个中介齿轮，虽排列上与标准型式稍异，但原理仍是相同。
A. 连接表冠的龙芯、B. 吉车、C. 小钢轮、D. 大钢轮、E. 发条轴心、F. 发条盒、G. 离合齿轮。
金桥机芯的分解图中可以看到一条鞭式的轮系排列，A. 吉车、B. 小钢轮、C. 中介轮、D. 大钢轮。
表冠双向上鍊
表冠双向上鍊的设计则如积家的182 型大自鸣机芯，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；其龙芯上面取消离合齿轮，因此不管是顺时针或逆时针方向旋转，都可以带动吉车运作。一般吉车直接与小钢轮咬合，此机芯则在吉车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鍊，都只会有一边的大钢轮确实上鍊，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鉤爪方向刚好相反，因此当表冠作不同方向旋转时，便可分别为两个发条盒上鍊。
上方的大钢轮可为走时发条盒上鍊，下方为问表发条盒上鍊。由表冠上鍊方向决定为何者上鍊。
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。
以右边的大钢轮来看，顺时鐘转时，止逆爪无施力点因而会跳开，反向则可勾动中央钢轮上鍊。
表冠逆时针旋转时，左边的大钢轮由止逆装置勾住中央钢轮齿进行上鍊，右边的大钢轮则空转。
稀有的特殊上鍊设计
不一样的杰出设计最能在第一眼即令人印象深刻，因此许多品牌开发了独家的机芯，而特殊的上鍊方式也随之产生。其中有些看起来虽然前卫，但採用额外的上鍊器来上鍊的方式，其实和早期的上鍊设计更为接近，可以说是设计师融合古今制表技术，才创造出来的奇珍异品。当然，这类需要额外工具才能上鍊的设计虽然增添使用上的困扰，却也多了一份上鍊的乐趣，话说回来，这些腕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PARMIGIANI BugattiType 370 的PF 370 机芯，上鍊时以名为Choke 的笔形上鍊器代替传统的钥匙，笔的两端分别可以作为上鍊与校时之用；上鍊前，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，将笔尖插入上鍊孔，便会自动释出动能，稳定快速旋转上鍊，Choke 内设有自动离合系统，满鍊后会自动停止上鍊动作。
Lange 31 的表冠只能调校时间，因其31 日鍊的双发条扭力太强，故须利用专门的上鍊器从背后的上鍊孔上鍊。
此表左边是芝麻鍊装置，右边显示时间。上鍊时须将类似把手的上鍊器安装在侧边，直接扭转宝塔轮上鍊。
Bugatti Type 370 须用Choke 进行上鍊，将Choke 的笔尖插入A 处，便可自行上满鍊，速度快而且动作稳定。
Freak Blue Phantom的发条盒几乎佔据整个机芯的面积，上鍊时直接旋转底盖外缘，扭紧发条上鍊。
The Quenttin 的机芯的上半部是31 日的发条盒，下半则是时间显示，扳起表侧两点鐘位置的把手即可直接上鍊。
Choke 上鍊的方向与机板的方向垂直，因此PF 370 机芯需透过上图这种伞状齿轮转换能量输出的方向。
