原標(biāo)題：DIY熒光管電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案

DIY熒光管電子時(shí)鐘設(shè)計(jì)方案

一、引言

DIY熒光管電子時(shí)鐘是一個(gè)結(jié)合了多種電子元件和芯片的項(xiàng)目，旨在通過編程和硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有高精度時(shí)間顯示、溫度顯示和多功能控制的電子時(shí)鐘。本文將詳細(xì)介紹基于STC15W408AS芯片、DS18B20溫度芯片、DS3231時(shí)鐘芯片、CS16312驅(qū)動(dòng)芯片、74HC595移位寄存器、ULN2803驅(qū)動(dòng)器和LPD6803D LED驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案。

二、主控芯片STC15W408AS

2.1 型號(hào)及參數(shù)

• 型號(hào)：STC15W408AS

• 工作電壓：2.5-5.5V

• Flash程序存儲(chǔ)器：8K

• 大容量SRAM：512字節(jié)

• 串口并可掉電喚醒：1個(gè)

• SPI：有

• 普通定位器/計(jì)時(shí)器：2個(gè)（T0/T2）

• PCA/CCP/PWM：3-ch，可當(dāng)外部中斷并可掉電喚醒

• 掉電喚醒專用定時(shí)器：有

• 標(biāo)準(zhǔn)外部中斷：5個(gè)

• A/D：8路（可當(dāng)1路PWM，可當(dāng)3路D/A使用），10-bit

• 比較器：可當(dāng)1路A/D，可作外部掉電檢測(cè)

• EEPROM：5K

• 內(nèi)部低壓檢測(cè)中斷并可掉電喚醒：有

• 看門狗：有

• 內(nèi)部高可靠復(fù)位（可選復(fù)位門檻電壓）：16級(jí)

• 內(nèi)部高精準(zhǔn)時(shí)鐘：有

• 可對(duì)外輸出時(shí)鐘及復(fù)位：是

• 程序加密后傳輸（防攔截）：有

• 可設(shè)置下次更新程序需口令：是

• 支持RS485下載：是

• 封裝：DIP-16、SOP-20、SOP-20DIP-20、TSSOP-20、SOP-28、SKDIP-28、TSSOP-28、QFN-28

2.2 在設(shè)計(jì)中的作用

STC15W408AS作為主控芯片，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的控制和數(shù)據(jù)處理。其主要功能包括：

• 數(shù)據(jù)處理：接收來自DS18B20和DS3231的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理。

• 時(shí)間顯示：通過CS16312和74HC595控制熒光管的顯示，實(shí)現(xiàn)時(shí)間的實(shí)時(shí)更新。

• 溫度顯示：讀取DS18B20的溫度數(shù)據(jù)，并在熒光管上顯示。

• 系統(tǒng)控制：通過編程實(shí)現(xiàn)各種功能，如設(shè)置時(shí)間、溫度報(bào)警等。

三、溫度芯片DS18B20

3.1 型號(hào)及參數(shù)

• 型號(hào)：DS18B20

• 適應(yīng)電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數(shù)據(jù)線供電

• 接口方式：獨(dú)特的單線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊

• 多點(diǎn)組網(wǎng)功能：多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)多點(diǎn)測(cè)溫

• 測(cè)溫范圍：-55℃～+125℃，在-10～+85℃時(shí)精度為±0.5℃

• 可編程分辨率：9～12位，對(duì)應(yīng)的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃

• 轉(zhuǎn)換速度：9位分辨率時(shí)最多在93.75ms內(nèi)把溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字，12位分辨率時(shí)最多在750ms內(nèi)把溫度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字

• 輸出信號(hào)：測(cè)量結(jié)果直接輸出數(shù)字溫度信號(hào)，以“一根總線”串行傳送給CPU，同時(shí)可傳送CRC校驗(yàn)碼，具有極強(qiáng)的抗干擾糾錯(cuò)能力

3.2 在設(shè)計(jì)中的作用

DS18B20作為溫度芯片，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，并將溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給STC15W408AS進(jìn)行處理和顯示。其主要功能包括：

• 溫度測(cè)量：通過單線接口與STC15W408AS通訊，實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度。

• 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：將測(cè)量的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給STC15W408AS。

• 溫度報(bào)警：當(dāng)溫度超過設(shè)定范圍時(shí)，可以觸發(fā)報(bào)警功能。

四、時(shí)鐘芯片DS3231

4.1 型號(hào)及參數(shù)

• 型號(hào)：DS3231

• 供電方式：兩組供電，一組主電（2.3V~5.5V），一組備電（一般由紐扣電池供電）

• 誤差范圍：溫度范圍為0攝氏度到40攝氏度（±2PPM），溫度范圍為-40攝氏度到85攝氏度（±3.5PPM，每天±0.432秒）

• 功能：包含時(shí)鐘（24小時(shí)格式或12小時(shí)格式）、日歷（年、月、日、星期）、兩個(gè)可編程時(shí)間報(bào)警和一個(gè)可編程方波輸出

• I2C總線：與MCU通過標(biāo)準(zhǔn)I2C總線進(jìn)行連接

• 型號(hào)：16pin的DS3231SN和8pin的DS3231MZ（8pin的DS3231MZ守時(shí)精度為±5PPM）

4.2 在設(shè)計(jì)中的作用

DS3231作為時(shí)鐘芯片，負(fù)責(zé)提供高精度的時(shí)間信號(hào)，并將時(shí)間數(shù)據(jù)發(fā)送給STC15W408AS進(jìn)行處理和顯示。其主要功能包括：

• 時(shí)間顯示：提供高精度的時(shí)間信號(hào)，包括時(shí)鐘、日歷和星期信息。

• 時(shí)間報(bào)警：可以設(shè)置兩個(gè)可編程時(shí)間報(bào)警，當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)觸發(fā)報(bào)警功能。

• 方波輸出：可以輸出一個(gè)可編程的方波信號(hào)，用于其他設(shè)備的同步或控制。

五、VFD驅(qū)動(dòng)芯片CS16312

5.1 型號(hào)及參數(shù)

• 型號(hào)：CS16312

• 占空比：1/4～1/11

• 輸出線：11根段輸出線、6根柵輸出線、5根段/柵選擇輸出線

• 功能：包含顯示存貯器、控制電路、鍵掃描電路

• 串行接口：CLK、STB、Din、Dout

• 封裝形式：QFP44/LQFP44

5.2 在設(shè)計(jì)中的作用

CS16312作為VFD驅(qū)動(dòng)芯片，負(fù)責(zé)控制熒光管的顯示。其主要功能包括：

• 顯示控制：通過串行接口接收STC15W408AS發(fā)送的顯示數(shù)據(jù)，并控制熒光管的顯示。

• 鍵掃描：內(nèi)置鍵掃描電路，可以檢測(cè)按鍵輸入，用于設(shè)置時(shí)間、溫度報(bào)警等功能。

• 調(diào)光電路：具有8級(jí)調(diào)光功能，可以調(diào)整熒光管的亮度。

六、移位寄存器74HC595

6.1 型號(hào)及參數(shù)

• 型號(hào)：74HC595

• 功能：8位串行輸入、并行輸出的位移緩存器

• 輸出狀態(tài)：高電平、低電平和高阻抗

• 移位頻率：100MHz

• 引腳：Q0-Q7（8位并行數(shù)據(jù)輸出）、GND（地）、Q7'（串行數(shù)據(jù)輸出）、/MR（主復(fù)位，低電平有效）、SH_CP（數(shù)據(jù)輸入時(shí)鐘線）、ST_CP（輸出存儲(chǔ)器鎖存時(shí)鐘線）、/OE（輸出有效，低電平有效）、DS（串行數(shù)據(jù)輸入）、VCC（電源）

6.2 在設(shè)計(jì)中的作用

74HC595作為移位寄存器，用于擴(kuò)展STC15W408AS的I/O口，控制熒光管的顯示。其主要功能包括：

• 串行輸入并行輸出：將STC15W408AS發(fā)送的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，并輸出到熒光管的段選和位選端口。

• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寄存器，在移位的過程中，輸出端的數(shù)據(jù)可以保持不變，避免熒光管閃爍。

• 級(jí)聯(lián)功能：可以通過Q7'端口級(jí)聯(lián)多個(gè)74HC595，實(shí)現(xiàn)更多位數(shù)的顯示控制。

七、其他元件

7.1 ULN2803驅(qū)動(dòng)器

ULN2803是一個(gè)高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。它主要用于驅(qū)動(dòng)繼電器或小型直流電動(dòng)機(jī)等負(fù)載。在DIY熒光管電子時(shí)鐘中，ULN2803可以用于驅(qū)動(dòng)報(bào)警蜂鳴器或其他報(bào)警設(shè)備。

7.2 LPD6803D LED驅(qū)動(dòng)器

LPD6803D是一款恒流LED驅(qū)動(dòng)芯片，具有16個(gè)獨(dú)立的恒流LED輸出通道。它可以通過串行接口接收數(shù)據(jù)，并控制LED的亮度和開關(guān)狀態(tài)。在DIY熒光管電子時(shí)鐘中，LPD6803D可以用于控制背景燈或其他裝飾性LED的顯示。