原標題：DIY熒光管電子時鐘設計方案

DIY熒光管電子時鐘設計方案

一、引言

DIY熒光管電子時鐘是一個結合了多種電子元件和芯片的項目，旨在通過編程和硬件設計實現一個具有高精度時間顯示、溫度顯示和多功能控制的電子時鐘。本文將詳細介紹基于STC15W408AS芯片、DS18B20溫度芯片、DS3231時鐘芯片、CS16312驅動芯片、74HC595移位寄存器、ULN2803驅動器和LPD6803D LED驅動器的設計方案。

二、主控芯片STC15W408AS

2.1 型號及參數

• 型號：STC15W408AS

• 工作電壓：2.5-5.5V

• Flash程序存儲器：8K

• 大容量SRAM：512字節

• 串口并可掉電喚醒：1個

• SPI：有

• 普通定位器/計時器：2個（T0/T2）

• PCA/CCP/PWM：3-ch，可當外部中斷并可掉電喚醒

• 掉電喚醒專用定時器：有

• 標準外部中斷：5個

• A/D：8路（可當1路PWM，可當3路D/A使用），10-bit

• 比較器：可當1路A/D，可作外部掉電檢測

• EEPROM：5K

• 內部低壓檢測中斷并可掉電喚醒：有

• 看門狗：有

• 內部高可靠復位（可選復位門檻電壓）：16級

• 內部高精準時鐘：有

• 可對外輸出時鐘及復位：是

• 程序加密后傳輸（防攔截）：有

• 可設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 在設計中的作用

STC15W408AS作為主控芯片，負責整個系統的控制和數據處理。其主要功能包括：

• 數據處理：接收來自DS18B20和DS3231的數據，并進行處理。

• 時間顯示：通過CS16312和74HC595控制熒光管的顯示，實現時間的實時更新。

• 溫度顯示：讀取DS18B20的溫度數據，并在熒光管上顯示。

• 系統控制：通過編程實現各種功能，如設置時間、溫度報警等。

三、溫度芯片DS18B20

3.1 型號及參數

• 型號：DS18B20

• 適應電壓范圍：3.0～5.5V，在寄生電源方式下可由數據線供電

• 接口方式：獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現雙向通訊

• 多點組網功能：多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫

• 測溫范圍：-55℃～+125℃，在-10～+85℃時精度為±0.5℃

• 可編程分辨率：9～12位，對應的可分辨溫度分別為0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃

• 轉換速度：9位分辨率時最多在93.75ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字

• 輸出信號：測量結果直接輸出數字溫度信號，以“一根總線”串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力

3.2 在設計中的作用

DS18B20作為溫度芯片，負責實時測量環境溫度，并將溫度數據發送給STC15W408AS進行處理和顯示。其主要功能包括：

• 溫度測量：通過單線接口與STC15W408AS通訊，實時測量環境溫度。

• 數據轉換：將測量的溫度數據轉換為數字信號，并發送給STC15W408AS。

• 溫度報警：當溫度超過設定范圍時，可以觸發報警功能。

四、時鐘芯片DS3231

4.1 型號及參數

• 型號：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：包含時鐘（24小時格式或12小時格式）、日歷（年、月、日、星期）、兩個可編程時間報警和一個可編程方波輸出

• I2C總線：與MCU通過標準I2C總線進行連接

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

4.2 在設計中的作用

DS3231作為時鐘芯片，負責提供高精度的時間信號，并將時間數據發送給STC15W408AS進行處理和顯示。其主要功能包括：

• 時間顯示：提供高精度的時間信號，包括時鐘、日歷和星期信息。

• 時間報警：可以設置兩個可編程時間報警，當時間到達設定值時觸發報警功能。

• 方波輸出：可以輸出一個可編程的方波信號，用于其他設備的同步或控制。

五、VFD驅動芯片CS16312

5.1 型號及參數

• 型號：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 在設計中的作用

CS16312作為VFD驅動芯片，負責控制熒光管的顯示。其主要功能包括：

• 顯示控制：通過串行接口接收STC15W408AS發送的顯示數據，并控制熒光管的顯示。

• 鍵掃描：內置鍵掃描電路，可以檢測按鍵輸入，用于設置時間、溫度報警等功能。

• 調光電路：具有8級調光功能，可以調整熒光管的亮度。

六、移位寄存器74HC595

6.1 型號及參數

• 型號：74HC595

• 功能：8位串行輸入、并行輸出的位移緩存器

• 輸出狀態：高電平、低電平和高阻抗

• 移位頻率：100MHz

• 引腳：Q0-Q7（8位并行數據輸出）、GND（地）、Q7'（串行數據輸出）、/MR（主復位，低電平有效）、SH_CP（數據輸入時鐘線）、ST_CP（輸出存儲器鎖存時鐘線）、/OE（輸出有效，低電平有效）、DS（串行數據輸入）、VCC（電源）

6.2 在設計中的作用

74HC595作為移位寄存器，用于擴展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發送的串行數據轉換為并行數據，并輸出到熒光管的段選和位選端口。

• 數據存儲：具有數據存儲寄存器，在移位的過程中，輸出端的數據可以保持不變，避免熒光管閃爍。

• 級聯功能：可以通過Q7'端口級聯多個74HC595，實現更多位數的顯示控制。

七、其他元件

7.1 ULN2803驅動器

ULN2803是一個高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成。它主要用于驅動繼電器或小型直流電動機等負載。在DIY熒光管電子時鐘中，ULN2803可以用于驅動報警蜂鳴器或其他報警設備。

7.2 LPD6803D LED驅動器

LPD6803D是一款恒流LED驅動芯片，具有16個獨立的恒流LED輸出通道。它可以通過串行接口接收數據，并控制LED的亮度和開關狀態。在DIY熒光管電子時鐘中，LPD6803D可以用于控制背景燈或其他裝飾性LED的顯示。