用DS3231制作自动亮度的4位数码管时钟

aqxgm

作为一名业余的单片机爱好者，从开始玩到现在，做的最多的就是各种各样的时钟了。从最初的纯软件计时，到DS1302时钟芯片再到后来的GPS、 SNTP对时的都做过。纯软件计时一断电就全归零了，完全没有实用价值；DS1302的好一些，有断电走时，但误差较大，走时不准；GPS授时准确度无敌，可是在室内使用信号不好，还要拖一根线到窗台或室外，显得不够简洁；SNTP比较完美，但只适用于有WIFI的地方。还有传说中美信的高精度时钟芯片DS3231没有玩过。最近事不多，就用它做了个实用的时钟。

DS3231简介：
DS3231 是低成本、高精度 I2C实时时钟 (RTC)，具有集成的温补晶体振荡器 (TCXO) 和晶体。该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确的计时。集成晶体振荡器提高了器件的长期精确度。 DS3231采用 16引脚、300mil的 SO封装。RTC 保持秒、分、时、星期、日期、月和年信息。少于31 天的月份，将自动调整月末日期，包括闰年补偿。时钟的工作格式可以是 24 小时或带 AM/PM 指示的 12 小时格式。提供两个可编程日历闹钟和一路可编程方波输出。地址与数据通过 I2C双向总线串行传输。精密的、经过温度补偿的电压基准和比较器用来监视 VCC状态，检测电源故障、提供复位输出，并在必要时自动切换到备用电源。另外， RST监视引脚可以作为手动按钮输入以产生外部复位信号。
♦0°C 至 +40°C 范围内精度为 ±2ppm
♦-40°C 至 +85°C 范围内精度为 ±3.5ppm
♦为连续计时提供备用电池输入
♦低功耗
♦实时时钟提供秒、分、时、星期、日期、月、年信息，并提供有效期到 2100 年的闰年补偿
♦两个日历闹钟
♦可编程方波输出
♦快速 (400kHz) I2C 接口
♦3.3V工作电压
♦数字温度传感器输出：精度为 ±3°C

DS3231管脚定义和芯片实物图


显示部分使用TM1650驱动4位0.8寸的共阴极数码管。TM1650是天微生产的一款数码管驱动，2线串行驱动，8级亮度调整，并且支持28个按键扫描。只要把要显示的数据写入其中就能正确的显示，就不用再去傻傻地写动态扫描的函数了，硬件连接也更简单。用起来很方便。

TM1650管脚定义和芯片实物图
   


4位共阴0.8寸数码管



MCU的选用：
先计算了下I/O的占用，I2C 接口2个，TM1650用 2个，DS3231的SQW1个（1HZ方波用于刷新显示）。这样仅仅用了5个I/O口，配合DS3231的3.3V供电，就选用了手头现成的STC 15L104W单片机。
STC15L104管脚定义和芯片实物图





STC手册上有用普通I/O模拟简易ADC的介绍，正好还有一个I/O未用，就加个光敏电阻做光线感应来自动调整数码管的亮度。
用AD画图、制板
原理图：



画好的PCB：



热转印制板、三氯化铁腐蚀、钻孔,失败总是难免的
   




焊接完成：



     



数码管贴一片亚克力增加可读性
           


完成后的样子：
   


STC15系列单片机用普通I/O做简单ADC的思路就是利用上升沿中断,通过电容充放电来检测外部光线强度，再去调整数码管的亮度。数码管的亮度通过TM1650来实现。手册上有例程，拿来改下就能用了。本制作光敏电阻接在P3.3口。硬件如图：



光线感应调试，数码管显示大体的充放电时间。




尝试着做了个动图


一些PCB细节图片






摆拍了几张




至于DS3231和TM1650的驱动，互联网上有现成的的函数。DS3231的SQW输出1HZ方波，单片机在方波的每个下降和上升沿产生中断然后读取DS3231的时间，再发送到TM1650的显示寄存器去刷新数码管的显示就行了。放置了2个按键用来调节时间。由于是自己制板，受单面PCB的限制，布线颇费了一番周折。不过每天看到自己的“作品”正常的工作，还是很有成就感的。

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forest416 发表于 2019-7-29 04:46
led芯片和rtc都支持i2c， 是不是可以用一套i2c总线就可以了？ 地址重复吗？

TM1650不是标准的IIC协议，没有读写地址，怕有冲突没试过能否共用