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制作YS9-4六管荧光电子管数码时钟(6)

时间:2013-03-03 15:55来源:未知 作者:admin 点击:
实时时钟与温度测量 在实时时钟部分,优先考虑到由于电路板尺寸的限制,在设计掉电走时部分时,需要使用微型可充电电池作为时钟后备电池。微型可充电电池的优点是尺寸小巧,无需经常更换,适合安装在小面积、微电流

 

实时时钟与温度测量

 

  在实时时钟部分,优先考虑到由于电路板尺寸的限制,在设计掉电走时部分时,需要使用微型可充电电池作为时钟后备电池。微型可充电电池的优点是尺寸小巧,无需经常更换,适合安装在小面积、微电流需求的应用中,缺点是与同尺寸的普通电池比,电池容量较小。

  在RTC芯片的选型上,通常使用到DS1302由于市场很难买到美信的原装货,所以在本制作中未继续使用。原本准备使用美信公司申请到的DS3231时钟芯片样片,后来发现其封装尺寸比较大,占用过多PCB空间,导致走线困难。未使用DS3231的另外一个原因是,此芯片对掉电维持走时所需的最低电压要求过高,导致充电电池实际内部能量实际还未能够完全释放就已经掉出了最低可工作电压,用效率过低,影响了可维持走时的时间长。

  通过资料检索与比对,最后选择使用的是SEIKO公司生产的S35190A型号的3线接口RTC芯片,主要是看上了这一芯片的超低消耗电流、宽工作电压范围的特点。S-35190A是可以在超低消耗电流、宽工作电压范围内工作的3线CMOS实时时钟IC,其工作电压为1.3 V ~ 5.5 V,不仅可以从主电源电压采电,也可以使用多种规格的备用电池采电,电压适应性优,再加上其计时消耗电流只有0.25μA,这两大特性使得使后备电池电量能够充分被使用,大幅度地改善电池的持续时间。

  S-35190A的另外一个重要的特点是内置时钟校正功能,可以在很宽的范围内校正因振荡电路的频率偏差所导致的时钟数据的提前或滞后。利用这一功能同时配合温度传感器,就可以实现根据温度变化来对时钟晶振进行温度补偿校正,从而实现不受环境温度影响的高精度的计时功能。片内附带的备用存储器,可在主电源切断后继续保持,并在电压恢复后的任何时候读出,方便用来存储用户自定义的信息。我们可以在其中存储如时区、程序配置参数等相关信息。

  电路构成比较简单,主要就是电源接口、三线通讯接口与一个外接晶体接口,其中的INT引脚可用于输出内部报警1/2中断、频率设定输出、分单位稳定状态中断1/2以及32.768 kHz脉冲中的任意一个。RTC部分电路在电路板布线时,应该确保外接晶体尽量接近对应引脚,并在周边与下层做地线屏蔽。

  S-35190A总共提供三种封装形式,分别是8-Pin SOP (JEDEC)、8-Pin TSSOP、SNT-8A,从减少RTC部分电路所占用的PCB面积及易焊性上考虑,最后选择SSOP8微型封装作为本制作的RTC芯片。这一封装的芯片价格适中,在市场上也很容易采购到。

  温度测量部分综合考虑了所需的精度、零件成本与易购性,最后选择了市场上最常见的DS1820 “一线总线”接口的温度传感器,用于环境温度的测量。DS1820在业余电子制作中已被广泛应用,应用细节这里就不再做详细介绍。

  考虑到应用温度传感器的主要目的是对晶振进行温度补偿调整,以确保走时精度,所以温度测量零件在PCB上的布置上专门设置在RTC晶振旁边,以确保晶振工作区域温度的正确检测。

 

无线模块

 

  由于受到PCB面积及走线的限制,无线接收部分的设计没有直接放置在主板上,而是使用单独PCB制作的微型无线接收模块作为可选的无线模块。整个微型模块的尺寸仅为7mm*20mm,模块上使用的主接收芯片是SYN410R,接收频率是433M。由于采用了专用超外差芯片,整个接收模块灵敏度高,数据丢失率低。

  接收模块电路结构与LD8140制作中所使用到的电路基本一致,相关电路细节请参考《无线电2012.05》。模块上使用焊孔形式作为外部天线的连接点,可根据实际情况选择使用软件线直接焊接或者使用硬线饶成线圈状以节约空间,一般业余制作中推荐使用网线内部的铜单芯线饶制天线,取材容易,天线长度规格为28cm(315MHz)/24cm(433.92MHz)。

  在本制作中考虑到空间的限制,为确保接收信号的稳定性,在主板无线接收模块安装位置的下方设置了无覆铜区域,用于安装专用的433M微型陶瓷接收天线。同时也考虑到专用的陶瓷贴片接收天线价格较高,而本制作中的USB接口中只使用到了电源部分引线,所以将天线部分的连接通过可选的短路焊盘连接到了USB接口的D-端作为可选的外部软天线电路。实际使用时可专门制作一条专用的USB接线,将其中的D-部分线路单独设置成天线长度,并与实际USB主设备端的D-数据线断开,专作为软接收天线使用,确保更远的无线接收距离。

 

红外及测光

 

  红外与测光电路的实现上与传统电路基本一致。其中红外部分采用的是一体化的红外接收头作为接收器件,主要的一个关键点是因为受整体制作尺寸的限制及红外接收管需要面向正方的安装特性,利用了上下层PCB组合之间的6mm高度的间隙,专门采购了高度为5mm左右的微型一体化红外接收头作为专用的接收器件。

  测光部分原准备升级成硅感光器件,主要是考虑到硅感光器件反应速度快,对光亮度测量准确,且对色光不挑剔,最后受到安装尺寸的限制,无法安装下,最后转而使用传统的CDS感光零件作为测光器件。电路中,使用CDS光敏电阻与两个普通电阻组成串联分压连接,将中心电压输出到单片机器的A/D转换端口进行模拟量测量,然后通过软件部分动态调整显示器件的亮度。

 

单片机选型

 

  本制作依旧是传统型的时钟应用,其中的大部分外部功能如LED驱动、实时时钟等都已经使用了独立的芯片完成,实际对单片机的速度、资源等没有太大的要求,通常的8位单片机内的资源基本都可以满足本应用的需要。在综合成本与尺寸的因素考量后,最后选择了廉价的STM8S系列中的STM8S103K3、封装为LQFP32(7x7)的单片机,其主频为16M,内部提供8K-FLASH与1K-RAM资源。由于计时部分使用专用RTC资源,所以单片机直接使用内部的RC震荡器作为主时钟,未在外部设置独立晶体,以节约成本。

  单片机的主要功能是完成灯丝半桥电路的驱动、输送相关显示数据给STF16360以及DM163、读取各种无线、红外、温度、光敏传感器以及RTC内的数据,并在内部进行处理后对计时、亮度、显示内容等进行对应的调整。为了便于手工调时,整机设置了三个直立安装式按键,根据实际情况,可以选择不同长度的6*6或者4.5*4.5规格的边脚按键以适应不同尺寸与规格的外壳使用。

  为便于今后程序更新与节约PCB面积,板上使用2*2Pin的2.0mm排针引出了SWIM四线接口,通过自行制作简单的2.0mm插针即可完成Stm8芯片后续程序的升级工作。当然,为了更新程序,你需要自备一个Stm8的烧写器设备,通常是使用ST-Link,但是这里推荐业余爱好者直接购买一个原厂的STM8S-DISCOVERY的开发板,其板上就自带一个ST-Link,可以单独上用,价格也很低廉。

 

电路图

 

制作YS9-4六管荧光电子管数码时钟
电路图1
制作YS9-4六管荧光电子管数码时钟 (责任编辑:admin)
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