工程師電子制作故事：實(shí)戰(zhàn)單片機(jī)電子鐘

　前一段時(shí)間開(kāi)始帶學(xué)生進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生想做一個(gè)電子鐘，問(wèn)我怎么做，我告訴他得有一點(diǎn)專業(yè)性，否則不能稱其為畢業(yè)設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)1個(gè)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(dá)到市售電子日歷效果，顯示內(nèi)容包括年、月、日、星期、時(shí)、分、秒、室溫。

　　2.實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片有兩種：DS12C887、DS1302。學(xué)習(xí)和使用過(guò)程中可進(jìn)行選擇。

　　3.數(shù)碼管控制采用MAX7219專用掃描驅(qū)動(dòng)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(shí)間、數(shù)碼管顯示亮度、鬧鈴時(shí)間。這一點(diǎn)和普通電子日歷有明顯區(qū)別，畢竟我們做的是一個(gè)有點(diǎn)專業(yè)要求的電子鐘。

　　5.電路板上安裝有繼電器，可作為簡(jiǎn)單的時(shí)間控制或溫度控制裝置。

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

　　下面對(duì)整個(gè)電子鐘的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程做一個(gè)圖示說(shuō)明，希望對(duì)想做這方面畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生朋友有所幫助。

　　主要元器件選用

　　1.單片機(jī)

　　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(shí)時(shí)時(shí)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(shí)物對(duì)比如圖2所示。DS12C887的最大特點(diǎn)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(jiǎn)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(chǎng)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(jī)后面的鍵盤或鼠標(biāo)接口，實(shí)物如圖3所示，共有6個(gè)引腳，實(shí)際只用4個(gè)，分別是電源正、電源負(fù)、數(shù)據(jù)腳、時(shí)鐘腳，各插孔功能標(biāo)識(shí)見(jiàn)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(dòng)芯片，與單片機(jī)之間采用三線連接，串行傳送數(shù)據(jù)，就是對(duì)電源要求高一些，在緊靠它的地方加上兩個(gè)電容就能使其穩(wěn)定工作，實(shí)物見(jiàn)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(jī)連接簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理方便，實(shí)物如圖6所示。

　　圖6  DS18B20實(shí)物

　原理圖設(shè)計(jì)

　　經(jīng)過(guò)試驗(yàn)板搭接和綜合考慮，各器件與單片機(jī)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(jì)原理圖如圖7所示。

圖7 單片機(jī)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(hào)未做標(biāo)準(zhǔn)化處理）

PCB設(shè)計(jì)

　　這里PCB設(shè)計(jì)沒(méi)有按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)順序，即由原理圖到網(wǎng)絡(luò)表再到PCB，主要是因?yàn)橛械脑](méi)有現(xiàn)成的封裝，相比之下對(duì)于這個(gè)不太復(fù)雜的電路，手工布線更為靈活。經(jīng)過(guò)半個(gè)多月的純手工設(shè)計(jì)，最終的PCB圖如圖8所示。

　　圖8  單片機(jī)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(guò)半個(gè)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(duì)比分明，尤其是對(duì)著電路板長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行目測(cè)檢查，沒(méi)有視覺(jué)疲勞感，之前的綠色電路板觀察時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)感覺(jué)眼花?？誔CB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(duì)編程調(diào)試很有幫助。

　　圖9  單片機(jī)電子鐘空PCB板照片