工程師電子制作故事：實戰(zhàn)單片機電子鐘

　前一段時間開始帶學(xué)生進行畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生想做一個電子鐘，問我怎么做，我告訴他得有一點專業(yè)性，否則不能稱其為畢業(yè)設(shè)計。經(jīng)過1個月的反復(fù)醞釀，我們確定了如下方案和最終目標(biāo)：

　　1.整體功能達到市售電子日歷效果，顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時、分、秒、室溫。

　　2.實時時鐘芯片有兩種：DS12C887、DS1302。學(xué)習(xí)和使用過程中可進行選擇。

　　3.數(shù)碼管控制采用MAX7219專用掃描驅(qū)動芯片。

　　4.電路板上留有PS/2鍵盤接口，用于調(diào)節(jié)當(dāng)前時間、數(shù)碼管顯示亮度、鬧鈴時間。這一點和普通電子日歷有明顯區(qū)別，畢竟我們做的是一個有點專業(yè)要求的電子鐘。

　　5.電路板上安裝有繼電器，可作為簡單的時間控制或溫度控制裝置。

　　6.設(shè)計出原理圖和PCB圖，找廠家制出PCB，編程實現(xiàn)預(yù)期效果。

　　下面對整個電子鐘的設(shè)計和制作過程做一個圖示說明，希望對想做這方面畢業(yè)設(shè)計的學(xué)生朋友有所幫助。

　　主要元器件選用

　　1.單片機

　　就用AT89S51吧，太方便了，只要在側(cè)面留有ISP插針接口，外接編程器就可以方便地在線改寫調(diào)試程序了。ISP編程插針設(shè)置如圖1所示。

　　 圖1  AT89S51側(cè)面ISP插針設(shè)置圖
2.實時時鐘芯片

　　有DS12C887、DS1302兩種。前者內(nèi)部自帶鋰電池，后者要外接后備電池，二者的實物對比如圖2所示。DS12C887的最大特點是有15種頻率可編程方波輸出功能，在某些情況下可作為簡易的方波發(fā)生器，電路板上也設(shè)有輸出拉環(huán)和插針，便于不同場合的連接需求，如圖1中的標(biāo)示。

　　圖2  DS1302和DS12C887

　　3.PS/2接口

　　PS/2接口就是電腦主機后面的鍵盤或鼠標(biāo)接口，實物如圖3所示，共有6個引腳，實際只用4個，分別是電源正、電源負(fù)、數(shù)據(jù)腳、時鐘腳，各插孔功能標(biāo)識見圖4。

　　圖3  PS/2接口 圖4  PS/2插孔功能分布

　　4.MAX7219

　　很方便的一款專用數(shù)碼管驅(qū)動芯片，與單片機之間采用三線連接，串行傳送數(shù)據(jù)，就是對電源要求高一些，在緊靠它的地方加上兩個電容就能使其穩(wěn)定工作，實物見圖5。

　　圖5  MAX7219

　　5.溫度傳感器

　　DS18B20是最佳選擇，體積小巧，與單片機連接簡單，數(shù)據(jù)處理方便，實物如圖6所示。

　　圖6  DS18B20實物

　原理圖設(shè)計

　　經(jīng)過試驗板搭接和綜合考慮，各器件與單片機各引腳的連接關(guān)系如下：

　　1.AT89S51的P1.5、P1.6、P1.7用于ISP編程，不作他用。

　　2.DS1302的第7腳（SCLK）、第6腳（I/O）、第5腳（RST）分別接AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2。

　　3.MAX7219的第1腳（DIN）、第12腳（CS）、第13腳（SCL）分別接AT89S51的P2.0、P2.1、P2.2。

　　4.DS12C887的第4腳（AD0）—第11腳（AD7）接AT89S51的P0.0～P0.7、第13腳（/CS）接P2.7、第14腳（AS）接ALE、第15腳（R/W）接P3.6、第17腳（DS）接P3.7、第19腳（IRQ）接P3.3。

　　5.LED、繼電器、DS18B20分別占用P3.0、P1.4、P1.3。

　　設(shè)計原理圖如圖7所示。

圖7 單片機電子鐘原理總圖（此圖為工程圖，為與印制電路板一致，元器件代號未做標(biāo)準(zhǔn)化處理）

PCB設(shè)計

　　這里PCB設(shè)計沒有按照傳統(tǒng)的設(shè)計順序，即由原理圖到網(wǎng)絡(luò)表再到PCB，主要是因為有的元件沒有現(xiàn)成的封裝，相比之下對于這個不太復(fù)雜的電路，手工布線更為靈活。經(jīng)過半個多月的純手工設(shè)計，最終的PCB圖如圖8所示。

　　圖8  單片機電子鐘PCB圖

　　焊接制作及編程調(diào)試

　　將PCB圖發(fā)給電路板廠家，經(jīng)過半個月的等待，終于等到了成品電路板，黑色的阻焊層與白色的字符層，更顯得對比分明，尤其是對著電路板長時間進行目測檢查，沒有視覺疲勞感，之前的綠色電路板觀察時間長了會感覺眼花。空PCB如圖9所示。作者在電路板上作了很多引腳功能和連接標(biāo)注，對編程調(diào)試很有幫助。

　　圖9  單片機電子鐘空PCB板照片