原标题：DIY电子时钟设计方案

基于51单片机STC15W408AS的DIY电子时钟设计方案

一、引言

DIY电子时钟作为一种具有实用性和趣味性的项目，在现代生活中越来越受到人们的青睐。本文将详细介绍基于51单片机STC15W408AS的DIY电子时钟设计方案，包括硬件设计、软件编程以及调试步骤。通过本方案，读者可以深入了解电子时钟的工作原理和实现方法。

二、主控芯片型号及作用

1. 主控芯片型号

本DIY电子时钟项目使用的主控芯片是STC15W408AS。STC15W408AS是一款高性能的51单片机，具有以下特点：

• 高速运行：STC15W408AS的工作频率可以达到35MHz，比传统的8051单片机速度快8～12倍。

• 丰富的外设：内置ADC转换、PWM模块、比较器模块等，非常适合用于需要模数转换和精确时间控制的场合。

• 工业级芯片：工作温度范围为-40℃ ~ 85℃，适用于各种恶劣环境。

• 多种封装类型：包括SOP16、SOP20、SOP28等，方便不同设计需求。

2. 在设计中的作用

STC15W408AS在DIY电子时钟设计中起到了核心作用，主要体现在以下几个方面：

• 时间显示：通过读取DS1302时钟芯片的数据，将时间显示在数码管上。

• 温度测量：利用内置ADC模块读取热敏电阻的阻值，计算当前温度并显示在数码管上。

• 亮度调节：通过光敏电阻测量环境光照强度，利用PWM模块调节数码管的亮度。

• 闹钟功能：通过编程设置闹钟时间，当到达设定时间时，蜂鸣器发出报警声。

三、硬件设计

1. 元器件清单

• STC15W408AS单片机：作为主控芯片，负责处理所有逻辑运算和时间控制。

• DS1302时钟芯片：提供精确的时钟信号，包括年、月、日、时、分、秒。

• 热敏电阻：用于测量环境温度，并通过ADC模块转换为数字信号。

• 光敏电阻：用于测量环境光照强度，实现数码管亮度自动调节。

• 共阴数码管：用于显示时间、日期和温度等信息。

• 有源蜂鸣器：用于实现闹钟功能，当到达设定时间时发出报警声。

• 按键：用于设置时间和闹钟等参数。

• 电源部分：DC1.2芯电源插座，100u和104电容做电源滤波。

• 其他辅助元件：包括电阻、电容、三极管等。

2. 电路设计

（1）时钟电路

DS1302时钟芯片通过VCC和GND连接电源，通过RST、SCLK、I/O引脚与STC15W408AS单片机进行通信。RST引脚用于复位DS1302，SCLK引脚用于提供时钟信号，I/O引脚用于数据传输。

（2）测温电路

热敏电阻通过ADC模块与STC15W408AS单片机连接。热敏电阻的阻值随温度变化，通过ADC模块将阻值转换为数字信号，再经过计算得到当前温度。

（3）亮度调节电路

光敏电阻通过ADC模块与STC15W408AS单片机连接。光敏电阻的阻值随光照强度变化，通过ADC模块将阻值转换为数字信号，再经过计算得到当前光照强度。根据光照强度调节PWM模块的占空比，从而调节数码管的亮度。

（4）显示电路

共阴数码管通过三极管8050控制阴极的位选通，通过STC15W408AS单片机的I/O引脚提供段选信号。数码管显示时间、日期和温度等信息。

（5）按键电路

按键通过上拉电阻与STC15W408AS单片机的I/O引脚连接。按下按键时，对应的I/O引脚电平发生变化，单片机检测到按键动作后进行相应处理。

（6）蜂鸣器电路

有源蜂鸣器通过三极管8050做开关控制，当到达设定时间时，STC15W408AS单片机控制三极管导通，蜂鸣器发出报警声。

3. PCB设计

使用Protel 99软件进行电路原理图设计，然后将原理图转换为PCB图。在PCB图中摆放好元件后，进行布线。布线时注意不要采用自动布线，自动布线的板子基本用不了，需要手动修改。为了增加板子的强度和导电性能，在顶层和底层都做了电源地（GND）的敷铜。

四、软件设计

1. 程序设计思路

程序设计主要是编写单片机控制程序，实现时间显示、温度测量、亮度调节和闹钟功能。程序设计思路如下：

• 初始化单片机和各个外设模块。

• 读取DS1302时钟芯片的数据，将时间显示在数码管上。

• 读取热敏电阻的阻值，计算当前温度并显示在数码管上。

• 读取光敏电阻的阻值，计算当前光照强度，调节数码管的亮度。

• 检测按键动作，设置时间和闹钟等参数。

• 当到达设定时间时，控制蜂鸣器发出报警声。

2. 关键代码实现

以下是一些关键代码实现示例：

// 初始化DS1302时钟芯片

void DS1302_Init(void)

{

// 省略初始化代码

}



// 读取DS1302时钟芯片的数据

void DS1302_ReadTime(unsigned char *time_buf)

{

// 省略读取代码

}



// 读取热敏电阻的阻值并计算温度

float Read_Temperature(void)

{

unsigned int adc_value;

float temperature;



// 读取ADC值

adc_value = ADC_Read();



// 计算温度（根据热敏电阻的阻值和温度关系公式）

temperature = // 计算公式



return temperature;

}



// 调节数码管的亮度

void Adjust_Brightness(unsigned int light_intensity)

{

unsigned int pwm_value;



// 根据光照强度计算PWM占空比

pwm_value = // 计算公式



// 设置PWM占空比

PWM_SetDutyCycle(pwm_value);

}



// 按键扫描和处理

void Key_Scan(void)

{

// 省略扫描和处理代码

}



// 闹钟功能实现

void Alarm_Function(void)

{

// 省略实现代码

}



// 主函数

void main(void)

{

unsigned char time_buf[7];

float temperature;

unsigned int light_intensity;



// 初始化

DS1302_Init();

ADC_Init();

PWM_Init();

// 省略其他初始化代码



while(1)

{

// 读取时间

DS1302_ReadTime(time_buf);



// 显示时间

Display_Time(time_buf);



// 读取温度

temperature = Read_Temperature();



// 显示温度

Display_Temperature(temperature);



// 读取光照强度

light_intensity = Read_LightIntensity();



// 调节亮度

Adjust_Brightness(light_intensity);



// 按键扫描和处理

Key_Scan();



// 闹钟功能实现

Alarm_Function();



// 省略其他处理代码

}

}

五、调试步骤

1. 硬件调试

• 检查电路板上的元件焊接是否正确，特别是电源部分和关键信号线。

• 使用万用表测量电源部分的电压，确保电压稳定且符合设计要求。

• 使用示波器测量时钟信号和PWM信号的波形，确保信号正常。

• 检查数码管显示是否正常，按键动作是否灵敏。

2. 软件调试

• 使用单片机编程软件（如Keil）编写和编译程序，确保程序无语法错误。

• 使用单片机仿真器进行仿真调试，观察程序运行是否正常。

• 在电路板上烧写程序，观察数码管显示的时间、温度和亮度调节是否正常。

• 测试闹钟功能，确保当到达设定时间时蜂鸣器能够发出报警声。

3. 综合调试

• 将硬件和软件调试结果进行综合，确保整个DIY电子时钟系统工作正常。

• 进行长时间运行测试，观察系统是否稳定可靠。

• 根据测试结果对硬件和软件进行优化和改进。