原標題：DIY電子時鐘設計方案

基于51單片機STC15W408AS的DIY電子時鐘設計方案

一、引言

DIY電子時鐘作為一種具有實用性和趣味性的項目，在現(xiàn)代生活中越來越受到人們的青睞。本文將詳細介紹基于51單片機STC15W408AS的DIY電子時鐘設計方案，包括硬件設計、軟件編程以及調試步驟。通過本方案，讀者可以深入了解電子時鐘的工作原理和實現(xiàn)方法。

二、主控芯片型號及作用

1. 主控芯片型號

本DIY電子時鐘項目使用的主控芯片是STC15W408AS。STC15W408AS是一款高性能的51單片機，具有以下特點：

• 高速運行：STC15W408AS的工作頻率可以達到35MHz，比傳統(tǒng)的8051單片機速度快8～12倍。

• 豐富的外設：內置ADC轉換、PWM模塊、比較器模塊等，非常適合用于需要模數(shù)轉換和精確時間控制的場合。

• 工業(yè)級芯片：工作溫度范圍為-40℃ ~ 85℃，適用于各種惡劣環(huán)境。

• 多種封裝類型：包括SOP16、SOP20、SOP28等，方便不同設計需求。

2. 在設計中的作用

STC15W408AS在DIY電子時鐘設計中起到了核心作用，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

• 時間顯示：通過讀取DS1302時鐘芯片的數(shù)據(jù)，將時間顯示在數(shù)碼管上。

• 溫度測量：利用內置ADC模塊讀取熱敏電阻的阻值，計算當前溫度并顯示在數(shù)碼管上。

• 亮度調節(jié)：通過光敏電阻測量環(huán)境光照強度，利用PWM模塊調節(jié)數(shù)碼管的亮度。

• 鬧鐘功能：通過編程設置鬧鐘時間，當?shù)竭_設定時間時，蜂鳴器發(fā)出報警聲。

三、硬件設計

1. 元器件清單

• STC15W408AS單片機：作為主控芯片，負責處理所有邏輯運算和時間控制。

• DS1302時鐘芯片：提供精確的時鐘信號，包括年、月、日、時、分、秒。

• 熱敏電阻：用于測量環(huán)境溫度，并通過ADC模塊轉換為數(shù)字信號。

• 光敏電阻：用于測量環(huán)境光照強度，實現(xiàn)數(shù)碼管亮度自動調節(jié)。

• 共陰數(shù)碼管：用于顯示時間、日期和溫度等信息。

• 有源蜂鳴器：用于實現(xiàn)鬧鐘功能，當?shù)竭_設定時間時發(fā)出報警聲。

• 按鍵：用于設置時間和鬧鐘等參數(shù)。

• 電源部分：DC1.2芯電源插座，100u和104電容做電源濾波。

• 其他輔助元件：包括電阻、電容、三極管等。

2. 電路設計

（1）時鐘電路

DS1302時鐘芯片通過VCC和GND連接電源，通過RST、SCLK、I/O引腳與STC15W408AS單片機進行通信。RST引腳用于復位DS1302，SCLK引腳用于提供時鐘信號，I/O引腳用于數(shù)據(jù)傳輸。

（2）測溫電路

熱敏電阻通過ADC模塊與STC15W408AS單片機連接。熱敏電阻的阻值隨溫度變化，通過ADC模塊將阻值轉換為數(shù)字信號，再經過計算得到當前溫度。

（3）亮度調節(jié)電路

光敏電阻通過ADC模塊與STC15W408AS單片機連接。光敏電阻的阻值隨光照強度變化，通過ADC模塊將阻值轉換為數(shù)字信號，再經過計算得到當前光照強度。根據(jù)光照強度調節(jié)PWM模塊的占空比，從而調節(jié)數(shù)碼管的亮度。

（4）顯示電路

共陰數(shù)碼管通過三極管8050控制陰極的位選通，通過STC15W408AS單片機的I/O引腳提供段選信號。數(shù)碼管顯示時間、日期和溫度等信息。

（5）按鍵電路

按鍵通過上拉電阻與STC15W408AS單片機的I/O引腳連接。按下按鍵時，對應的I/O引腳電平發(fā)生變化，單片機檢測到按鍵動作后進行相應處理。

（6）蜂鳴器電路

有源蜂鳴器通過三極管8050做開關控制，當?shù)竭_設定時間時，STC15W408AS單片機控制三極管導通，蜂鳴器發(fā)出報警聲。

3. PCB設計

使用Protel 99軟件進行電路原理圖設計，然后將原理圖轉換為PCB圖。在PCB圖中擺放好元件后，進行布線。布線時注意不要采用自動布線，自動布線的板子基本用不了，需要手動修改。為了增加板子的強度和導電性能，在頂層和底層都做了電源地（GND）的敷銅。

四、軟件設計

1. 程序設計思路

程序設計主要是編寫單片機控制程序，實現(xiàn)時間顯示、溫度測量、亮度調節(jié)和鬧鐘功能。程序設計思路如下：

• 初始化單片機和各個外設模塊。

• 讀取DS1302時鐘芯片的數(shù)據(jù)，將時間顯示在數(shù)碼管上。

• 讀取熱敏電阻的阻值，計算當前溫度并顯示在數(shù)碼管上。

• 讀取光敏電阻的阻值，計算當前光照強度，調節(jié)數(shù)碼管的亮度。

• 檢測按鍵動作，設置時間和鬧鐘等參數(shù)。

• 當?shù)竭_設定時間時，控制蜂鳴器發(fā)出報警聲。

2. 關鍵代碼實現(xiàn)

以下是一些關鍵代碼實現(xiàn)示例：

// 初始化DS1302時鐘芯片

void DS1302_Init(void)

{

// 省略初始化代碼

}



// 讀取DS1302時鐘芯片的數(shù)據(jù)

void DS1302_ReadTime(unsigned char *time_buf)

{

// 省略讀取代碼

}



// 讀取熱敏電阻的阻值并計算溫度

float Read_Temperature(void)

{

unsigned int adc_value;

float temperature;



// 讀取ADC值

adc_value = ADC_Read();



// 計算溫度（根據(jù)熱敏電阻的阻值和溫度關系公式）

temperature = // 計算公式



return temperature;

}



// 調節(jié)數(shù)碼管的亮度

void Adjust_Brightness(unsigned int light_intensity)

{

unsigned int pwm_value;



// 根據(jù)光照強度計算PWM占空比

pwm_value = // 計算公式



// 設置PWM占空比

PWM_SetDutyCycle(pwm_value);

}



// 按鍵掃描和處理

void Key_Scan(void)

{

// 省略掃描和處理代碼

}



// 鬧鐘功能實現(xiàn)

void Alarm_Function(void)

{

// 省略實現(xiàn)代碼

}



// 主函數(shù)

void main(void)

{

unsigned char time_buf[7];

float temperature;

unsigned int light_intensity;



// 初始化

DS1302_Init();

ADC_Init();

PWM_Init();

// 省略其他初始化代碼



while(1)

{

// 讀取時間

DS1302_ReadTime(time_buf);



// 顯示時間

Display_Time(time_buf);



// 讀取溫度

temperature = Read_Temperature();



// 顯示溫度

Display_Temperature(temperature);



// 讀取光照強度

light_intensity = Read_LightIntensity();



// 調節(jié)亮度

Adjust_Brightness(light_intensity);



// 按鍵掃描和處理

Key_Scan();



// 鬧鐘功能實現(xiàn)

Alarm_Function();



// 省略其他處理代碼

}

}

五、調試步驟

1. 硬件調試

• 檢查電路板上的元件焊接是否正確，特別是電源部分和關鍵信號線。

• 使用萬用表測量電源部分的電壓，確保電壓穩(wěn)定且符合設計要求。

• 使用示波器測量時鐘信號和PWM信號的波形，確保信號正常。

• 檢查數(shù)碼管顯示是否正常，按鍵動作是否靈敏。

2. 軟件調試

• 使用單片機編程軟件（如Keil）編寫和編譯程序，確保程序無語法錯誤。

• 使用單片機仿真器進行仿真調試，觀察程序運行是否正常。

• 在電路板上燒寫程序，觀察數(shù)碼管顯示的時間、溫度和亮度調節(jié)是否正常。

• 測試鬧鐘功能，確保當?shù)竭_設定時間時蜂鳴器能夠發(fā)出報警聲。

3. 綜合調試

• 將硬件和軟件調試結果進行綜合，確保整個DIY電子時鐘系統(tǒng)工作正常。

• 進行長時間運行測試，觀察系統(tǒng)是否穩(wěn)定可靠。

• 根據(jù)測試結果對硬件和軟件進行優(yōu)化和改進。