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【给最要好的同志】使用DS3231制作的定制电子钟

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简介

DS3231 实现最基本的电子时钟功能,送给我最珍惜的朋友。

简介:DS3231 实现最基本的电子时钟功能,送给我最珍惜的朋友。
智能便携电子设备设计大赛

开源协议

GPL 3.0

创建时间:2025-02-23 16:41:50更新时间:2025-02-27 06:19:41

描述

题记:非常感谢和你一起并线运营的日子,我期待着下一并线段的到来,但是,可能再也没有机会了。

阅读前注意事项:

  一、大家可以随意取用于各种制作,但不可用于商用。尤其是彩绘中的图片来源是“库洛米”及blibli  up主:14A01-高达(视频中截取,详见文末链接)。如商用图片需遵守相关规定,未经他们的授权下不允许商用(请尊重版权意识)。

  二、自动生成BOM表可能不对,具体BOM表需要参考电路得出。

  三、建议制作者对电路及焊接有些熟悉时再开始制作,毕竟LQFP-48封装以及0603封装电阻焊接起来有点难度。

  四、该版本已验证,制作简单,功能不是那么强大,建议初学者可以仿制这个项目。

前言 

  各位同志好!这里是C70E,首先祝大家新年快乐!我又来参加征集令活动了,鉴于本人编程水平实在是着急搞不出好的作品,我本来想做一个电子表的,但是低功耗问题属实是难以解决,我也不想我做出来的电子表还没有用几天就没电,所以,我一直在纠结该做出什么东西出来;前段时间,我心中喜欢了很久的同志因为需要办事,来过我家住了一段时间。我很感谢ta的到来,ta对我放在桌子上的一个自制电子钟摆件很感兴趣,我当时就说这个钟我送给你了,不过ta嫌这也太丑了,想想也对,人家女孩子怎么会喜欢这种用洞洞板飞线和Nucleo板拼接出来像C4定时炸弹的作品呢?而且那个钟也是我自己用高速晶体加上定时器做的,准度不是那么好,平均1天误差个±1~2s的样子,这个准度我觉得把它做出来的意义也就是我自己玩玩的水平了,根本不好意思送人。

                                         处于验证板状态的它

                   就是这个长得像定时炸弹的玩意

于是!我决定,给ta定制一个很漂亮的电子钟,就有了这个项目。虽说情人节过了,我们也并不是男女朋友,就当送ta的小礼物吧!

用户需求及设备选型分析

  在制作前需要对用户需求进行分析:ta告诉我需要的是一台计时设备,打算摆在桌面,随时看时间用的,仅仅需要一个计时功能,但RTC时间总会不准,所以我们需要准备一套简洁且行之有效的校准时间功能。我们就在以上用户基本的需求上来确认使用的电路类型。

   1.针对是不是需要使用锂电池我纠结了很久,因为ta并不是专业的电子爱好者,我怕ta不注意电池会出现危险,但是我又认为如果没有电池,随身拖着一根线的设备它便携性也太差了;最终,我还是使用了锂电池,但电池的充放电回路必须配备相应保护措施。

   2.考虑到可能存在边充边放的问题,我们需要在给电池充电时断开电池去往时钟的回路,转而使用充电器提供的电源供电;当断开充电器时又要立刻切换回电池供电。所以,我们需要一个类似ATS开关的电路。这里可以参考blibli up主 工科男孙老师讲解锂电池那一期的锂电池的自动切换电路。

   针对上述有关的需求,我选用市面上最常见的18650电池单节供电,充电采用TP4056方案,为了防止充电太快伤害电池以及烧毁TP4056,我设置充电电流为500ma左右;保护方面采用一体化设计的锂电池保护芯片DW06。在充电、放电均设置自恢复保险丝,一旦发生故障保险丝即刻断开,以保证后级电路安全,且设置了PMOS组成的自动切换开关,可以在充电时采用充电器直接供电;从自动切换开关出来后进入XC6206变成稳定的3.3V电压送至时钟系统。

   3.在RTC的选型中,我考虑到ta不是专业电子爱好者,也不希望给ta的时钟准度太差,所以选择了DS3231。这个芯片是我目前用过的精度最高的RTC了,它甚至还可以多出一个测量环境温度的功能!但是,这个准度和功能是有代价的——这一片就买的了至少10片DS1302了。。。不过,比在情人节当天买花要便宜的多了~给自己喜欢的人做东西哪还能算成本呢是吧。

   4.显示方面本来想用屏幕的,想想这也就显示个时间,搞个数码管就够了,我还有现成的自建库所以就用了数码管,考虑到单片机不打算用脚特别少的就决定MCU+三极管直接驱动了。而且数码管这玩意要是坏了非常方便维修更换,寿命也比一般的屏幕长很多……(才不会告诉你们是我水平太烂,不怎么会点屏幕,也做不出什么动感的效果呢)在设计数码管电路的过程中,我预留了兼容两种不同的数码管的短路块——当短路TX4且使用PNP三极管时,采用共阳数码管;当短接TX5且使用NPN三极管时,采用共阴数码管。但必须注意,不能同时短接TX4和TX5,这种接法直接短路了!

   5.交互采用独立按键,在电路图中有5个按键,一个系统复位按键,它们分别用于进入校准模式、校准时、校准分、切换显示、熄灭数码管。但切换显示我并没有在第一版程序中使用,目前它是备用的,按下熄灭数码管前可以看到当前测得的温度值,再次按下熄灭,再次按下回到时间显示。

   6.MCU选型就比较随意了,鉴于又有按键,又有数码管的就打算用最常见的LQFP-48单片机了。考虑到后期维护、方案修改以及购买难易程度,我采用了和STM32F103C8T6脚位相近的CW32F030C8T6做主控进行设计。当然,不是必须要使用这款MCU才行,你可以在我预留的焊盘上焊接同脚位的STM32、CH32、HK32、APM32等F系列单片机,甚至改改短路块就可以焊接上述品牌的L系列低功耗的单片机!可以说兼容性还是很不错的。我上次参加完活动用卷在立创商城买了一些CW32L031C8T6,我就用这个芯片来做的了~

   7.调试接口接出电源接口、SWD调试口、串口三个功能接口,而且该接口和我自制的Nucleo板兼容,直接即插即用,方便对设备进行调试工作。

硬件设计

  将我们上述分析出来的用户需求和选型进行整理、绘制,就可以得到我们需要的原理图了。

如图所示,数码管的I/O分配采用就近原则方便布线。接下来进入PCB的绘制工作。

  鉴于元件数量不多,最大元件为18650电池盒,我采用长90mm,宽70mm的PCB板绘制,预留有螺丝孔。为了彩色丝印的美观,删去了元件号及参数,仅仅保留必要调试脚定义及电池正负极信息。

可以看到,我的PCB是分块绘制的,每一个功能块间用导线接通,特别清晰明了。注意电池侧走线一定要粗一些,TP4056肚皮下大量铺铜方便它散热即可。这种低速电路板只要不是致命错误,即画即用。这块板子难点在于在保证功能的情况下需要尽量做到美观,适配彩色丝印。我觉得这个很考验技术。

软件设计

  软件采用KEIL5 MDK编写,使用官方固件库作为基础有几个自建库(软件IIC库、DS3231库、SegD6屏库、Nucleo_L031支持库)

基本程序原理就是上电初始化DS3231且自检数码管,进入循环后不停扫描驱动数码管显示从DS3231中读取得到的时间信息。

按键全部配置成外部中断触发,改变数码管显示内容。当按下一次校时模式后开启设置,校时1调整小时,校时2调整分钟,再次按下校时模式把时间写入到DS3231中并继续显示时间;

如果按下熄屏1次,显示当前DS3231读取到的温度;

再次按下即可熄灭数码管以省电(可是底下有开关直接关掉不是更好吗?)再次按下回到显示时间的状态。我会将工程开源至底部附件栏,欢迎各位去修改、使用。

制作注意事项及测试

  焊接没啥说的,最难的就是TYPE-C接口及主控MCU,遵循从小到大的焊接不会有错的。但是不要先焊接R3\R15,留到测试好再焊接即可。

  测试:

   1.测试ATS开关的功能:使用万能表电流档接上R15,这时电池供电的话数码管开始走时,万能表有电流;此时插上TYPE-C接口给设备送电,电流应该瞬间回零;拔掉充电器电流又会回来。

   2.测试充电:插上充电器,接上R3\R15,TP4056给电池充电充电状态显红灯,充满后转绿灯即可。

   3.电池输出侧短路测试:短路掉负极于D1二极管的任意一头,时钟应立即停止工作断电,拿开短接线并不恢复,必须拔下电池再重新插入才可恢复正常。

   4.LDO出口侧短路测试:使用跳线帽直接短路调试接口上的3.3V对地,时钟会停止工作且LDO不能发热,拔掉跳线帽时,时钟恢复工作。

  值得注意的是,调试做短路试验最好用一节快要报废的18650,那样即使真的短路了不会产生危险,正常使用过程中不要随意去把它接短路,毕竟保护是最后一道手段了。

还可以改进吗?

   1.可以。我觉得可以尝试给它加上联网功能,每间隔48h进行一次对时,不过这种对时的代码需要继续大量的学习才可以写出,看后续是用卫星还是网络授时吧。

   2.可以给它加上闹钟功能,到时间就可以触发。

写在最后

   1.彩色丝印含义:本次采用库洛米主题,整块板子采用类似JK制服的紫色系格子(我的同事说这个格子像床单………)ta的性格就像金属钾一样活泼,紫色也是钾离子特有的焰色反应色,我觉得ta的主题色就是和这种钾离子特有焰色反应一样;不过这种颜色需要透过蓝色钴玻璃才可看见。库洛米是ta喜欢的一个动漫角色,而且,我也是第一次看到女孩子在我面前穿JK!在正面有三个上海地铁电客车,这代表了我的工作,也是我对ta的期望——一号线进入工程大站保存代表我会一直记住这个家伙;二号线迈向新世纪是我对ta的期望,希望ta可以继续向着前方未知的区间迈进;三号线/四号线并线段电客车则是我最喜欢的电客车,我希望这个家伙可以记住我们曾一起并线运营,可能很短暂,但是有过的;

板子背面就是送这个小东西也是希望ta可以像列车一样,平稳操纵,安全正点地面对未来未知的选择和困境。

   2.再见了,祝之后的日子一切顺利,我会在杭海线K36+100斜桥车站想着你的。我们已经走的太远,也没有话题,只能对你说,你看,你看。

   都看到这里了,可不可以给我一个赞呢?谢谢各位同志了~~~~ 那么,再见了~

 

参考资料:PMOS组成的电池自动切换电路来源:作者:工科男孙老师  https://www.bilibili.com/video/BV1Na411h7tU/?spm_id_from=333.1387.search.video_card.click&vd_source=0999064923d134d71796e4dfdeb4ab7c

               上海地铁电客车图片来源:作者:14A01-高达   https://www.bilibili.com/video/BV13i421Q7AJ/?spm_id_from=333.1387.favlist.content.click&vd_source=0999064923d134d71796e4dfdeb4ab7c

               如有侵权,可联系我删除,B站:敞70敞车   

 

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

暂无BOM

附件

序号文件名称下载次数
1
【工程文件】定制的电子时钟.zip
6
2
【BOM】定制的电子时钟.xlsx
0
3
【制板文件】_给 定制的电子钟.zip
2
4
【程序】定制的电子时钟.zip
12
5
【原理图】定制的电子时钟.zip
2
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