DIY一个精准又好看的2507点阵时钟

aqxgm

楼主是一位业余的单片机爱好者，从入门以来，做过好多的时钟。软件计时、DS1302、DS3231、WIFI、GPS授时啥的都玩过，显示部分用过各种尺寸的数码管、1602、12864液晶、8x8点阵等等，一直以为再也不会做这玩意了。不过前些日子网购时偶然看到了大尺寸的5*7方形点阵模块，感觉用来做个时钟应该很漂亮，一冲动就买了一些回来，那就再折腾一把呗。


买回来的点阵，个头挺大的         


本次制作的目的是做一个颜值高、简洁、精准又实用的时钟，摒弃秒显、闹钟、遥控等不怎么用的着的功能，只做时分显示。大体上比划了一下，确定用5片点阵。使用个人认为最好看的5*7字体，时钟的显示格式为12:38。没错，就是这么简单。


主控MCU还是常用的51单片机，型号选择了STC15F2K60S2，QFP32封装，免晶振，免复位电路。因为芯片支持8路A/D，就用其中一路配合光敏电阻做了自动亮度控制。



作为一个计时工具来说，最重要的一点就是时间的准确性了，所以时钟芯片选用只有± 5ppm误差的DS3231MZ，最大年误差只有2分多钟，家用完全OK。并且SOP-8的封装占用面积更小，布线也更方便。

DS3231MZ简介：
DS3231MZ是低成本、高精度I2C实时时钟(RTC)。该器件包含电池输入端，断开主电源时仍可保持精确计时。集成微机电系统(MEMS)提高了器件的长期精确度，并减少了生产线的元件数量。DS3231MZ采用SOP-8器件封装。RTC保存秒、分、时、星期、日期、月和年信息。少于31天的月份，将自动调整月末的日期，包括闰年修正。时钟格式可以是24小时或带AM/PM指示的12小时格式。提供两个可设置的日历闹钟和一个1Hz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电路用来监视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份电源。另外，RST监测引脚可以作为产生微处理器复位的按键输入。
特性
  -40°C至+85°C温度范围内， 计时精度保持在±5ppm(±0.432秒/天)
为连续计时提供电池备份
低功耗
  完整的时钟日历功能包括秒、 分、 时、 星期、 日期、 月和年计时， 并提供有效期到2100年的闰年补偿
两个日历闹钟
  1Hz和32.768kHz输出
  复位输出和按钮去抖输入
  高速(400kHz) I2C串行总线
+2.3V至+5.5V电源电压
精度为±3°C的数字温度传感器
-40°C至+85°C工作温度范围
SOP- 8封装
  通过美国保险商实验室协会(UL)认证

后来想到做个室温显示貌似挺有用，冬天测量下供暖温度什么的，就把DS18b20加了上去。
DS18b20简介：
独特的单线接口仅需一个端口引脚进行通讯
 每个器件有唯一的 64 位的序列号存储在内部存储器中
简单的多点分布式测温应用
 无需外部器件
 可通过数据线供电。供电范围为 3.0V到 5.5V。
 测温范围为-55～＋125℃（－67～＋257℉）
 在－10～＋85℃范围内精确度为±5℃
 温度计分辨率可以被使用者选择为9～12 位
 最多在 750ms 内将温度转换为 12 位数字
 用户可定义的非易失性温度报警设置
 报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器件
 与 DS1822 兼容的软件
 应用包括温度控制、工业系统、消费品、温度计或任何热感测系统

点阵的驱动是常用的方案，行驱动为APM4953双P沟道MOS管，列驱动为74HC595。74HC595是具有三态输出功能（即具有高电平、低电平和高阻抗三种输出状态）的门电路。输出寄存器可以直接清除。具有100MHz的移位频率。
这里有一个问题：5片5*7点阵是25列，而一片74HC595驱动8列，这样如果用4片的话，最后一片74HC595只用到一列，3片的话又不够用，直接逼死强迫症，思来想去无法解决，后来有一天晚上夜观天花板冥思苦想，终于悟出了一个方案，把第25列拿出来用三极管单独驱动不就行了？就用搭了个电路简单的试了下，发现完全可行。



所有的元件、电路都已选好，开搞。画好的原理图如下：用2个按键实现简单的控制，并预留了红外遥控，后续可以升级。一个蜂鸣器可以做操作提示和整点报时，OK，确定没有落下什么。



画好的PCB，3D视图下看着还挺漂亮的。画的过程各种烧脑还费烟。





画完后看了下PCB打样的报价，因为超出了10*10的尺寸，价格高了不少，不过也不是太贵。提交后三五天就收到了制作完成的PCB。



可以愉快的装配了，焊锡丝，锡膏，烙铁风枪轮着上，很快就搞好了，就是那一堆0603封装的电阻手工焊接有点烦。



左侧，蜂鸣器、红外、DS18B20依次排列


右侧：TYPE-C供电插座、按键和光敏电阻。


撕掉保护膜



定做的透明亚克力到货，特意做了黑茶、灰、红三种颜色，看看哪种看着好看就用哪种。



比较了一下，还是黑茶色的顺眼


最终成品就是这样了，看着还是非常漂亮的是吧！




开始调试，就是发现各种坑然后又各种填坑的过程。比如把点阵的顺序弄反了：列顺序本来是01234，56789……这样的，因为把封装弄错了，顺序成了56789，01234，折腾了好久总算补救好。终于可以正常的显示了，开心……





趁着正常显示的高兴劲，又焊了一片。零乱的调试现场



又花了好几天的业余时间，总算把水平的流动显示写好，流动显示内容为日期-时间-温度，上下滚动及其他花样的显示实在是不想折腾了，太费脑子。最后完善下，把年月日及时间的调整写出来，界面做的很简单。










做了3种字体，可以用按键在Fnt中选择
字体1：标准的5*7字体，直接从LCD1602字符手册上抄的。


字体2：来自@yanzeyuan 大神。


字体3：4*7点阵字体，和常见的数码管有点类似。


再焊一片，3种字体拍个全家福吧



一些美图：














把所有能发现的BUG解决掉，可以正常的投入“战斗值班”了。



后记：在消耗掉大量的业余的时间、耗费了也不算少的金钱、并历经各种痛并快乐着的“折磨”后，总算完成了这次制作。得益于DS3231芯片的高精度，试过半个月1秒不差，自动亮度功能也很实用。外观也是个人做过的各种时钟里面最漂亮的，没有之一。每天起床、洗漱、吃饭、上班、回家、发呆、听广播、听音乐、打游戏、DIY、睡觉，无论何时，只要一抬头，就看见他在那里默默地守侯着，陪伴着，温暖着，感动着。

很多设计参考了nixieclock.org网站的LED点阵时钟，向@yanzeyuan 大神致敬！

aqxgm

上传图片失败，提示Upload Failed，
等会看看能不能恢复

听雨亭

aqxgm 发表于 2021-3-15 15:49
上传图片失败，提示Upload Failed，
等会看看能不能恢复

https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=241897

aqxgm

听雨亭 发表于 2021-3-15 16:05
https://www.mydigit.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=241897

收到，谢谢回复，调整下试试看

ww5223017240

感觉字符的显示方式还可以再调调，看着有点怪，都改成单点的呢？

gdszyrx

有没有PCB分享一下？

猫抓刺

能自己设计电路的都是大神

yiguangqiang

努力挣M币，攒M币娶媳妇:shy:

zidian

把程序和PCB一起分享上传一下吧，方便大家学习

99520

很漂亮，很赞，做一套大概多少钱？

lyy-cy

我以前也做过，现在还在用。楼主可以考虑  NTP。

aqxgm

99520 发表于 2021-3-16 21:48
很漂亮，很赞，做一套大概多少钱？

DIY爱好者，东买一点西买一点，东西贵，运费也贵，算了下物料成本大约为70块钱，如果批量的话成本会小不少

3797

这厚度的黑茶亚克力，正常开孔后，用沉头倒角钻头加工下。然后用沉头螺丝比较----

ahyu99

非常漂亮。
我也想做个类似的，但是不想用LED，想看看是否有这种大颗粒的LCD段码屏幕。

希望

顺便把后面也做一块压克力板啊, 那样就更好看.

大别山刀客1596

颜值高、简洁、精准又实用的时钟:praise:

xiaowei0304

3797 发表于 2021-3-19 22:49
这厚度的黑茶亚克力，正常开孔后，用沉头倒角钻头加工下。然后用沉头螺丝比较----

...

你这个看起来是翻页钟

ljlun

赞，挺漂亮的！
20年前用8字管做的现在都还在用，通电久老化了，换过一批新的8字管

rootbook

看起来很不错，不知道能分享一下代码吗？

wangshipeng

顶一个，高手。做的真漂亮