#第八届立创电赛#桌面电子时钟

项目功能介绍：

基于R7FA2E1A72DFL芯片的桌面电子时钟设计，通过四位0.56寸共阴极数码管进行时间、温湿度等显示，采用DHT11温湿度传感器采集环境温湿度，复位按键、串口电路、SWD下载电路全部引出，方便下载调试。

 

一、板载资源

图1-1桌面电子时钟PCB资源正面图解

图1-2桌面电子时钟PCB资源背面图解

1、主控芯片：R7FA2E1A72DFL；

2、电源接口：TYPE-C；

3、LED：电源指示灯；

4、按键：一个复位按键，一个BOOT开关，四个功能按键，四个功能按键均采用6*6*12的按键，直接引出外壳，方便使用；

5、调试接口：SWD下载调试接口、串口下载调试接口，均采用1.25mm 1x4P连接座进行引出；

6、外设：一个0.56寸四位共阴极数码管，一个DHT11温湿度传感器，一个贴片式无源蜂鸣器；

 

二、优势特点

图2-1 桌面电子时钟板尺寸图

1、板载外观小巧，尺寸仅为62.992mm*32.004mm）；

2、下载、调试接口齐全；

3、价格便宜，功能完善；

4、元件背面安放，使用立贴TYPE-C接口保存PCB正面干净整洁；

5、使用嘉立创优质PCB以及正品元器件，保障产品质量；

三、电路解析

图3-1 桌面电子时钟原理图

3.1、电源电路

  电源电路主要由TYPE-C接口以及电源指示灯组成，采用6Pin的立贴TYPE-C接口，放置于PCB背面，R1作为电源指示灯的限流电阻，LED1作为电源指示灯，闭合开关会点亮进行提示。

图3-2 电源输入部分

3.2、主控电路

      主控单片机使用的是R7FA2E1A72DFL，工作电压在1.6V到5.5V之间，最大时钟频率为48Mhz，最大支持128-KB的FLASH，16-KB的SRAM，12位的AD转换控制器。芯片内部集成有晶振（可以使用外部晶振走时更加精准），同时集成触摸功能，无需触摸芯片即可实现触摸功能。

      在电源输入部分加入100nf电容进行电源滤波，VCL引脚用于稳定内部电源的平滑电容，需要将该引脚连接应该4.7uf的电容到VSS引脚。

图3-3 主控电路部分

3.3、复位电路

      复位也叫重启，按键SW2按键，主控的RES引脚被拉低，系统进入复位状态，松开RSW2按键，主控的RES引脚恢复高电平，系统重新进行工作状态，完成复位。

图3-4 复位电路部分

3.4、启动模式选择电路

      当切换开关为2-3导通时，MD引脚为高电平，单片机进入Single-chip模式，也就是正常工作模式，当切换成1-2导通时，MD引脚低电平，单片机进入SCI-BOOT模式，也就是程序下载模式，所以我们可以通过这个开关控制单片机进行程序下载或者正常运行。

 图3-5 启动模式选择电路

3.5、触摸控制电路

      R7FA2E1A72DFL主控芯片是带有触摸功能的，在触摸线上加入560欧的阻尼电容以及适当的电容来稳定触摸信号，其实足够灵敏和准确，触摸引脚用于控制时钟的温湿度切换显示作用。

图3-6 触摸控制电路

3.6、独立按键电路

      采用四个按键作为时钟控制，其中sw4按键控制时钟的时间修改切换按键，sw5按键控制时间增加，sw6按键控制时间减少，sw7按键与触摸引脚效果相同，都作为时间和温湿度的切换使用。

 图3-7 独立按键电路

 

3.7、DHT11温湿度传感器电路

      采用DHT11温湿度传感器检测环境温湿度，DHT11是单总线通信方式，需要在总线外接一个上拉电阻，当总线闲置时，其状态为高电平。

图3-8 DHT11温湿度传感器电路

3.8、无源蜂鸣器驱动电路

      通过NPN三极管控制无源蜂鸣器的负极，R5为限流电阻，R6的作用是在芯片刚上电或断电的时候提供一个可靠的电位，防止干扰，这里的电磁无源蜂鸣器是感性负载，加入D1二极管作为续流二极管防止烧坏。

图3-9 无源蜂鸣器驱动电路

3.9、四位数码管驱动电路

      采用0.56寸四位共阴极数码管用于显示时间、温湿度等信息，当切换为温度显示时，数码管前两位显示为“P1”，当切换为湿度显示时，数码管前两位显示为“P2”。后两位数字则为相应的温湿度数值。

 图3-10 四位数码管驱动电路

3.10、串口调试接口

      通过1.25mm 1x4P连接座将串口引脚进行引出，用于串口下载与调试。

图3-11 串口调试接口

3.11、SWD调试接口

      通过1.25mm 1x4P连接座将SWD引脚进行引出，用于SWD模式下载与调试。 

图3-12 SWD调试接口

 

3.12、M2铜柱接口

      通过四个M2的螺丝孔用于板子和外壳的固定，M2螺丝选购规格为M2*16mm的平头自攻螺丝。

图3-13 M2铜柱接口

 

 

四、注意事项

 

4.1、在绘制原理图中应注意：

1、按模块电路划分进行绘制，注明电路功能；

2、在图纸属性上填写名称等信息；

3、注意对原理图进行DRC检查，确保引脚都进行了有效连接；

4、网络的导线连接不要超过焊盘；

5、不要将网络标识和符号重叠在一起，影响美观。

6、不使用的引脚要打上非链接标识，不要悬空。

 

4.2、在采购物料中应注意：

1、先筛选有库存物料，再筛选价格排序进行购买；

2、尽量购买同一仓库物料，选择靠近的货仓，缩短交货时间；

3、面板打印可以和元件绑定发货节省运费，记得下单时备注要绑定发货，等绑定成功再拣货。

 

4.3、在PCB Layout中应注意：

1、走线优先横平竖直，需要拐弯的地方以钝角或圆弧为主；

2、添加丝印标识，注释说明接口功能；

3、丝印不要放置在焊盘上；

4、电源走线优先经过电容再接入芯片引脚；

5、从焊盘走线时尽量顺着焊盘方向走线，不要从中间走线出去；

6、过孔尽量不要放置在焊盘上（盘中孔工艺要钱的）；

7、触摸引脚由于比较敏感，所以触摸走线不要过孔，减少干扰；

8、放置元件时注意不要叠放到一起，影响实际焊接；

9、触摸焊盘部分加入实心填充，减少周围对其造成的干扰；

10、注意丝印的大小不要过小，建议大小不要小于1.2mm；

11、JLCJLCJLCJLC指定客编丝印可藏在器件下，成板美观；

图4-1 PCB布局参考图

图4-2 PCB走线参考图

4.4、在焊接中应注意：

1、在进行焊接时，可在嘉立创EDA的工具栏中点击焊接辅助工具，实时交互方便 焊接；

2、在焊接顶层时，主控芯片建议优先焊接，避免其他器件影响焊接；

3、焊接插件时可用一块空板或者洞洞板顶住，防止斜焊，影响使用；

4、焊接顺序应遵循从低到高原则进行，避免影响小器件的焊接；

图4-3 PCB空板-顶层

图4-4 PCB空板-底层

4.5、在调试中应注意：

1、上电调试前应检查焊接是否有虚焊短路等问题，检查无误之后才可上电测试；

2、使用USB转TTL串口烧录工具将程序下载到单片机，USB转TTL线的RXD端接单 片机的TXD端，TXD端接单片机的RXD端；

 

五、软件烧录

1、烧录前准备好CH340USB转TTL下载器、带1.25mm 1x4P公头的杜邦线；

2、将下载器的TXD引脚用杜邦线连接到电路板的RXD引脚，将下载器的RXD引脚用杜邦线连接到电路板的TXD引脚。将5V电源引脚接入5V引脚，GND接地引脚接入GND；

3、烧录软件使用Renesas Flash Programmer 进行烧录；

4、由于附件上传文件大小限制，这里将烧录软件下载连接放出来，大家自行下载使用Renesas Flash Programmer (Programming GUI) | Renesas

5、烧录完成后，按键切换调时间需要长按触发闪烁才能进行时间的调整；

 

选择正确的操作系统进行下载使用

首次使用软件烧录时要选择新建工程

新建工程具体设置参数

选择RA2E1_clock.hex烧录文件所在的路径

如果提示错误信息，要在烧录的时候将BOOT开关打开，并且按住复位按键，点击烧录出现对话框后再松开复位按键。

烧录成功提示，成功烧录后将BOOT开关关闭，再按一次复位键时钟进行正常显示。

 

六、3D外壳预览

1、3D外壳均采用三维猴的Black-光敏树脂材料打印，成型效果好，黑色外观整体统一。

 

 

6-1_3D外壳预览图

七、实物预览图

7-1实物正面预览图

7-2实物背面预览图

 

7-3实物时间显示预览图

7-4实物温度显示预览图

7-5实物湿度显示预览图

八、后续升级优化方向

1、由于直接使用MCU内部的晶振计时误差非常大，后期可以直接通过串口接入ESP_8266来进行联网对时；

2、由于使用外壳包裹，导致数码管的温度会在壳内，会影响温度传感器DHT11的准确测量，目前可以通过在软件中修改实际误差来使温度显示正确；

3：蜂鸣器目前还没有配置，后期将加入蜂鸣器和闹钟的功能；

4：触摸引脚在外壳外面还不能使用，需要用调试器对触摸引脚进行重新调试；

 

 

电赛logo实物验证：