参赛作品《32*64点阵电子钟》

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参赛作品《32*64点阵电子钟》

yishuizi

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发表于2018-05-17 09:25:16 | 只看该作者

1# 电梯直达

【报名阶段需要填写的内容】

1. 参赛者姓名（必填项）：

宋磊锋

2. 单位或学校名称（选填项）：

3. 当前职务或职称（选填项）：

4. 参赛作品的名字（必填项）：

32*64点阵电子钟

5. 简要陈述您的idea和作品（必填项）：

比较喜欢点阵做的电子钟，奈何市面上没有卖的令自己满意的成品，自己也非常喜欢电子制作，之前也做过电子钟，不过都不太满意，

这次做的这个电子钟加入了目前想到的所有功能。

1.时间、日期、农历、节气、节日、生日显示，采用高精度时钟芯片DS3231。

2.语音报时，单片机自己解码Mp3、Wav文件进行播放，不需要硬件解码器，并将Flash模拟成U盘，插上电脑可以方便的替换语音文件。

3.支持汉字、数字、字母显示。将集成一个汉字字库，这样就不用取模显示任意字了。

4.掉电存储功能，断电后设置依然保存，单片机Flash模拟EEPROM存储设置参数，不需要硬件EEPROM。

5.温度、湿度显示（选的芯片是SHT30，由于是QFN封装，我自己手工焊不上去，目前使用的是DS3231的温度，家用的话精度够用，如果后期能焊上去将使用SHT30 的温湿度）
6.n组闹钟，可以单独设置闹钟音乐，周几开启。

7.亮度手动调节功能、自动调节功能（自动标定）

8.频谱显示功能

9.红外遥控学习及控制

10.引出串口来接GPS模块进行GPS授时或Esp8266模块进行网络授时

6. 拟用到的立创商城在售物料（必填项）：

STMF103RCT6、W25QXX系列存储器，DS3231，SHT30，AMS1117-3.3，8002B功放芯片

7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充（必填项）：

GPS模块，ESP8266模块

8. 拟用到的EDA工具软件名称（必填项）：

立创EDA

【作品正式发表（报名成功后进入设计阶段）需要填写的内容】

一、作品简介

1.作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片；

背面图

正面图

焊上元器件

装配图

2.作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景；

做这款电子钟主要是家里父母喜欢语音报时的大字时钟，我自己也是个完美主义者，市面上现成的时钟不是这里不满意就是那里不满意，那就自己做一个吧，以前也做过数码管的，手里头有两个点阵屏，用这个显示能更大些，效果更好，最重要的是通过做项目可以学习很多新东西，这个收获不是拿钱能衡量的。

3.作品在创新性、趣味性、实用性甚至公益性方面，有哪些亮点可体现？

项目题目起的非常平凡，所以亮点有吗？必须有啊，要不然做个电子钟我都不好意思拿出来参赛了，容我一一列举，图在下面

① 单片机USB+SPI Flash模拟U盘可以方便的替换语音报时文件，字体文件；

② 单片机通过文件系统读取报时文件直接用DAC播放，没有用外部MP3播放芯片的方案（仅用了功放芯片），其实这个电子钟也是个小wav播放器。

③ 自己设计了一套算法用单片机内部flash模拟EEPROM，并且做了磨损平衡、损坏自动恢复，寿命是flash寿命的n倍（n根据参与的扇区数量决定），而没有用EEPROM芯片，节省了成本与硬件连线。

④ 自己设计了一套非常容易维护的多级菜单系统，增减改删特别方便，如图像这样在菜单定义处调整即可，操作超时可以自动回到主界面

⑤ 幕显示毫无闪烁，包括遥控操作的时候，DIY论坛里面看到大家分享的hex文件，很多都避免不了闪烁，对于我，闪烁就是沙子，不能进我的眼睛。

⑥ 亮度自动标定与控制，亮度标定程序会找出一天最亮和最暗的值，在此基础上更精确的控制自动亮度

⑦ 先后用了两种操作系统，比较了两种系统的优缺点，这也是我第一次给项目中使用操作系统。

图-U盘模拟

图-flash模拟EEPROM

图-菜单定义

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图-菜单内容页面

二、系统构架图

三、硬件部分的描述

立创EDA原理图：

Schematic_Clock32x64Led_Clock32x64Led_20180508133450.pdf

立创EDA PCB：

实物图：

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发现立创商城号召用立创EDA进行开发，所以我尝试了一下，容易上手，特别是封装库啥的都是在线的，不用自己维护不用自己画，非常方便，板子也是在立创打样的，这是我人生中的第一次打样，给了立创，以前都是洞洞板或者自己腐蚀，立创没有让我失望，速度快，质量好，我刚开始还怕我那些细线和细的过孔做出来有问题，收到板子焊上元件下载程序一次点亮，没有经过任何调整，这下我放心了，唯一遗憾的是我对打样的规则没有理解好，原来10*10内里面画两个相同的PCB是不算拼板的，为了省钱所以我中间没有放V割线，回来后苦逼的用美工刀一点点裁成两个。。。。 PS：同事看了我打的板子，后面也在立创打了两次板子。

本项目采用高精度时钟芯片DS3231计时，高精度温湿度检测芯片SHT30检测温湿度（奈何SHT30是QFN封装太小而且焊盘在下面，我手工实在焊不上去，目前温度可以菜单选择使用DS3231的温度或者外挂DS18B20），SPI Flash模拟成U盘存放语音、字体文件；遥控输入通过定时器的输入捕获解码，单片机读取音频文件DMA传输到DAC中进行整点语音报时。预留有串口与外部GPS模块或者ESP8266连接自动授时（不过经过这段时间的测试，DS3231的精度很高，不用自动授时完全可以），另外硬件设计时也是把它当做一个小开发板来做，所以该设计的都设计了，比如两颗外部晶振，预留的多个串口和SPI口。

四、材料清单（BOM列表)

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BOM清单文件BOM_Clock32x64Led_20180423165300.rar

五、软件部分的描述（选填）

由于屏幕不能有任何闪烁感，所以屏幕刷新函数必须保证稳定的刷写率不被任何东西打断，包括其他中断，所以在此专门说明一下，本项目屏幕刷新函数是由一个定时器定时调用，屏幕刷新率60Hz，定时器优先级最高，所以目前的效果是一点都不闪，包括遥控解码的时候，但是注意，在退出主菜单列表时程序会卡一下，能看到闪烁，这是因为我将Flash作为EEPROM，退出菜单时保存数据写Flash，而写Flash的时候整个程序是阻塞不运行的，当然如果把设置保存的时机改成设置改变后凌晨再进行保存，也就看不到这个闪烁了。

文字字符显示实现了printf函数，可以在任意x，y位置开始显示字符，大大的提高了编程的难度降低了维护成本，比如经常见到的网友的做法显示“你好10”，最初级的做法是：

display(x,y,font[0])-“你”，

display(x,y,font[2])-“好”，

display(x,y,font[3])-“1”，

display(x,y,font[4])-“0”，

初次写的时候每个字的x，y都要计算，而且要查一下“你”在字模数组的第几个，如果中间有改动，比如改成“你10”，那后面三个字的x，y坐标又得重新算一遍，而在我这里直接

Screen_Printf (0, 0, FontsType_UserMix, SCREEN_COLOR_RED, SCREEN_UPDATE_NORMAL, "你好%d",10);

就可以了，只需要给出要显示的开始位置，并且同时控制了字体及字体颜色，在下图的菜单页面中也可以看到。菜单系统和设置界面的设计还是比较满意的，可以接收任意多按键的控制，逻辑可以非常清晰，容易维护与新增。比如下面是一个时间校准设置，menu键退出设置，up键加，down键减，ok键本页面未使用。
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再贴一下目前的菜单结构，应该对本项目功能就有个大致了解了

0主界面

1日期设置（设置阳历，农历自动计算）

2时间设置

-----------2.1时间调整

-----------2.2 24小时制

-----------2.3 时间校准（用于时间隔一段时间自动加减几秒，PS：DS3231的精度够了，完全不用校准）

3语音设置

-----------3.1 播报模式（详细模式，简洁模式）

-----------3.2 播报时段（设置几点到几点开启语音播报）

-----------3.3 音量

4温度选择（选择显示的文档来自哪一个传感器，并且在每个传感器里面可以设置各自的补偿）

-----------4.1 DS3231

-----------4.2 DS18B20

-----------4.3 SHT30

5 显示效果（目前使用的是渐变切换效果，感觉这个最入眼，什么滚动，百叶窗的个人不喜欢，留个接口后面慢慢加进去吧）

6亮度设置

------------6.1 亮度模式（固定亮度或者自动亮度）

------------6.2 亮度标定（设置自动亮度时，最高光线和最暗光线对应的亮度值）

------------6.3 环境亮度（获取环境的最高和最暗光线值）

--------------------------6.3.1 自动学习（24小时自动采集环境的最高和最暗光线值）

--------------------------6.3.2 手动采集（手动采集环境的最高和最暗光线值）

--------------------------6.3.3 手动设置（手动指定）

7 遥控设置

------------7.1遥控开关（使用完遥控后可在此关闭遥控的响应，这样用遥控控制原设备的时候就不会影响到时钟了）

------------7.2 遥控学习

8 字体设置

------------8.1 字体选择（选择时钟字体、菜单字体）

------------8.2 字体颜色（选择时钟颜色、菜单颜色）

9 频谱（考虑到会有网友仿制，所以把大家喜欢的频谱加进来，不过对我来说感觉没啥用啊，所以暂时没做，接口留着，后面慢慢加）

-------------9.1颜色设置

-------------9.2 分频设置

-------------9.3 打开频谱

10 授时设置（DS3231的精度足够，个人感觉不用浪费买个GPS或者网络模块进行授时，不过接口放在这里，可以在这里设置用什么模块授时，什么时候授时）

11 闹钟设置（6组闹钟，可以单独设置周内的星期几响）

-------------11.1闹钟一

-------------11.2闹钟二

-------------11.3闹钟三

-------------11.4闹钟四

-------------11.5闹钟五

-------------11.6闹钟六

12 屏幕检测（考虑到LED点阵屏幕会有坏点，所以加了个屏幕检测功能，红-绿-黄-三色循环显示）

13 还原设置

14 版本信息

如果没有设计的那个菜单系统自主调用，这么庞大的菜单列表不把人累死啊，有了它，再加几倍也没事，而且还提供了快速访问的接口，可以根据菜单ID直接访问配置界面，有了这个菜单系统可以将很多项做成可配置项，满足不同人的各种口味。

六、作品演示

视频插不进来，放上地址好了

有广告地址→ https://v.qq.com/x/page/g0757e48rfx.html

无广告地址→ https://www.bilibili.com/video/av29067008/

再放几张图片，现在没有外壳，比较丑，后面准备在前面加个黑色的亚克力板

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七、总结

非常感谢立创提供这么好的机会和平台，媳妇每次说你花的钱和精力都够买一个了，没错，但这就是发烧，买的东西总有这里或那里不满足自己的心意，自己做的一个是完全为自己定制，而且可以提高自己的能力，学习新知识，另外看着自己做得东西在正常运行，就像有生命一样，非常有成就感，开发期间也创造了好几个模块比如EEPROM模拟模块，这个后面准备用到我们产品上，还有菜单系统，写的时候都是遵循高内聚低耦合的原则，便于移植；第一次用上了操作系统，确实好，后面的项目都会上操作系统；实现了USB优盘，语音播放，文件系统，这些都是第一次搞；为了后面升级方便，再用usb模拟个U盘可以把hex文件直接丢进去升级，这次项目结束好好多第一次，所以非常感谢立创。

由于两个儿子才一岁半，下班还要带娃，所以用于DIY的时间非常紧张，所以我先紧大部分功能完成，授时、频谱这些我用不到的功能后面慢慢搞，期待儿子快快长大，可以和我一块DIY了。。。。。。本届竞赛还没结束，下届的课题我已经定好了，并且已经慢慢筹备了，下届准备为自己定制一套航模遥控和接收机，以后可以控制航模、船模、车模，入坑模型，带着娃们一块玩，想想都开心，模型是个烧钱的坑，期待这次能得奖，作为后面DIY的资金池，最后再次感谢立创提供这么好的机会。