工程师电子制作故事：实战单片机电子钟

　前一段时间开始带学生进行毕业设计，学生想做一个电子钟，问我怎么做，我告诉他得有一点专业性，否则不能称其为毕业设计。经过1个月的反复酝酿，我们确定了如下方案和最终目标：

　　1.整体功能达到市售电子日历效果，显示内容包括年、月、日、星期、时、分、秒、室温。

　　2.实时时钟芯片有两种：DS12C887、DS1302。学习和使用过程中可进行选择。

　　3.数码管控制采用MAX7219专用扫描驱动芯片。

　　4.电路板上留有PS/2键盘接口，用于调节当前时间、数码管显示亮度、闹铃时间。这一点和普通电子日历有明显区别，毕竟我们做的是一个有点专业要求的电子钟。

　　5.电路板上安装有继电器，可作为简单的时间控制或温度控制装置。

　　6.设计出原理图和PCB图，找厂家制出PCB，编程实现预期效果。

　　下面对整个电子钟的设计和制作过程做一个图示说明，希望对想做这方面毕业设计的学生朋友有所帮助。

　　主要元器件选用

　　1.单片机

　　就用AT89S51吧，太方便了，只要在侧面留有ISP插针接口，外接编程器就可以方便地在线改写调试程序了。ISP编程插针设置如图1所示。

　　 图1  AT89S51侧面ISP插针设置图
2.实时时钟芯片

　　有DS12C887、DS1302两种。前者内部自带锂电池，后者要外接后备电池，二者的实物对比如图2所示。DS12C887的最大特点是有15种频率可编程方波输出功能，在某些情况下可作为简易的方波发生器，电路板上也设有输出拉环和插针，便于不同场合的连接需求，如图1中的标示。

　　图2  DS1302和DS12C887

　　3.PS/2接口

　　PS/2接口就是电脑主机后面的键盘或鼠标接口，实物如图3所示，共有6个引脚，实际只用4个，分别是电源正、电源负、数据脚、时钟脚，各插孔功能标识见图4。

　　图3  PS/2接口 图4  PS/2插孔功能分布

　　4.MAX7219

　　很方便的一款专用数码管驱动芯片，与单片机之间采用三线连接，串行传送数据，就是对电源要求高一些，在紧靠它的地方加上两个电容就能使其稳定工作，实物见图5。

　　图5  MAX7219

　　5.温度传感器

　　DS18B20是最佳选择，体积小巧，与单片机连接简单，数据处理方便，实物如图6所示。

　　图6  DS18B20实物

　原理图设计

　　经过试验板搭接和综合考虑，各器件与单片机各引脚的连接关系如下：

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

　　2.DS1302的第7脚（SCLK）、第6脚（I/O）、第5脚（RST）分别接AT89S51的P1.0、P1.1、P1.2。

　　3.MAX7219的第1脚（DIN）、第12脚（CS）、第13脚（SCL）分别接AT89S51的P2.0、P2.1、P2.2。

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

　　5.LED、继电器、DS18B20分别占用P3.0、P1.4、P1.3。

　　设计原理图如图7所示。

图7 单片机电子钟原理总图（此图为工程图，为与印制电路板一致，元器件代号未做标准化处理）

PCB设计

　　这里PCB设计没有按照传统的设计顺序，即由原理图到网络表再到PCB，主要是因为有的元件没有现成的封装，相比之下对于这个不太复杂的电路，手工布线更为灵活。经过半个多月的纯手工设计，最终的PCB图如图8所示。

　　图8  单片机电子钟PCB图

　　焊接制作及编程调试

　　将PCB图发给电路板厂家，经过半个月的等待，终于等到了成品电路板，黑色的阻焊层与白色的字符层，更显得对比分明，尤其是对着电路板长时间进行目测检查，没有视觉疲劳感，之前的绿色电路板观察时间长了会感觉眼花。空PCB如图9所示。作者在电路板上作了很多引脚功能和连接标注，对编程调试很有帮助。

　　图9  单片机电子钟空PCB板照片