【参赛】VFD屏幕显示时钟
本帖最后由 Edward 于 2012-1-5 02:01 编辑版权声明：本文系本人原创，未经允许不得转载或用于商业用途。
事先说明一下，由于PCB的设计、完善完成于这个学期末，打样、焊接、程序编写也是完成于期末，时间仓促。并且现在正处于考试周，在比赛停止接收作品前没有足够的时间来写帖子，所以这个帖子不能像我以的帖子那样详细了。并且程序只是将主要功能完成，还有一些Bug存在，在发帖前已经没有时间修改了。今天也是抽空才写的帖子。
这个作品是使用前一段时间坛友卖的超便宜8位米子VFD做的，通过μPD16311或与之兼容的VFD驱动专用芯片和51单片机搭配DS1302、DHT11温湿度模块、DS18B20来实现时间日期、温度、湿度显示和闹钟等功能。
完整的作品可实现如下功能：
时间、日期的显示；
温度、湿度的测量与显示（自动检测是否焊接了温、湿度模块）；
2组闹钟；
二级英文滚动设置菜单；
软件自动校时（需预先知道时钟每周快或慢多少秒）；
掉电继续走时；
闹钟、校时数据掉电不丢失（需使用原装DS1302）；
多种显示方式（包括固定、滚动等方式）；
可显示全部数字、大写英文字母（y除外）和部分标点；
可选Mini-USB接口供电、引线或支座供电；
支持STC89C52单片机和AT89S52单片机；
关键IO口全引出；
可立于桌面之上，与桌面约成60°；
等。
由于制作时间仓促，现在作品不完整，主要存在以下问题：
程序不完整，没有温、湿度检测、测量、显示部分；
程序有几个小Bug，原因尚未查明；
只有2种显示模式，种类少；
在STC单片机下调试通过的程序换用AT单片机时间显示有点问题，原因尚未查明；
下面来说说制作过程。
首先是电路设计，由于电路繁复，并且VFD的脚距是2.0mm，驱动芯片也是贴片的，使用洞洞板会很麻烦，所以直接考虑PCB打样。
VFD的结构、显示、驱动原理我就不再赘述了，具体可参考：
这个VFD是坛友卖的超便宜8位米子VFD，可以显示全部英文字母，没有小数点，但是有冒号，所以很适合作为时钟显示。不过作为自制仪表的显示也不是不可以，每一位都可以显示成一个点，不过可显示数字的位数就少了一位。其他的具体参数也不赘述了，可以看其Datasheet：
使用专用驱动芯片简单、方便同时成本也不高，我用的是常见的NEC公司生产μPD16311和与之相兼容的国产芯片（包括SS6311、PT6311、PS6311、SM6311、SC6311等），该芯片采用SPI串行通信接口，若只写入数据只需3个IO口，并且外围元件少，只需外接一个约56kΩ的振荡电阻。该芯片为QFP-52封装。
6311的Datasheet：
单片机首选自己会用且成本低廉的STC89C52单片机和AT89S52单片机，IO口和性能足够用了。因为要求不高，同时希望编程能方便点，晶振就用的6M的。
时钟就选择的最常见也便宜的DS1302，接口也是SPI，用IIC总线的DS1307也可以。我特意选用了5ppm精度的时钟晶振，以保证走时的准确性。同时因为DS1302的负载电容是6pF，而一般只能买到12pF的晶振，所以要使用外接电容以调整负载电容防止走时误差增大。DS1302本身有31字节可在掉电后通过后备电池供电保持数据的RAM，但是国产的芯片一般掉电后这个RAM中的数据就丢失了，这个要注意。
DHT11
湿度测量就选择价格和精度可以接受的DHT11模块，只用它测湿度，因为它的测温精度太差了。DHT11是单总线通信。测温另外接了一个常用的DS18B20，也是单总线。
DHT11的Datasheet：
单片机、DS1302、DS18B20的Datasheet请自行下载。
下面是最麻烦的VFD驱动电路，由于采用了专用驱动芯片，所以VFD的灯丝必须使用一组独立供电，鉴于PCB空间和成本等的限制，这部分直接采用了淘宝上的DC-DC隔离电源模块B0505-1W，这个模块不便宜，要7块钱一个。驱动VFD还需要一个负高压，大约20-35V，这部分使用MC34063的典型负压电路。VFD灯丝供电还要和这个负压以某种方式相连，以保证阳极、栅极能获得高压，我采用的上述VFD驱动原理文档中直流灯丝供电时的推荐接法。
隔离电源Datasheet：
其他就是周边的比如2个轻触开关、蜂鸣器、旁路电容等等都很简单，一看电路就懂了。上面没有特殊提到电路的元件都是按照典型接法用的。供电处我加了一个反接的5.6V稳压二极管作为接反电源或过压的保护。
为了适应特殊需要，板子供电、灯丝供电、负高压都单独引出，所以可以单独提供。单片机也引出了串口和ISP两种下载方式使用的IO，VFD驱动芯片的数据IO也引出了，所以板子上也可以不安装单片机，只作为一个VFD显示板。
完整电路图：
之后就是画PCB板、打样，也没有什么好说的，就是在板子两侧中下部开孔，安装铜柱，板子就可直立在桌面上了。打样是在阿莫那打的，超便宜。板子设计过2回，第一回有缺陷，第二回基本就是重新画了。
打样到了之后就是焊接和调程序。焊接也没什么可说的，注意先从贴片开始焊，检查无误之后再焊直插。综合考虑了PCB尺寸、成本等方面问题，能用贴片的我基本都用贴片了。
最后就是程序编写和调试。这次又写了个对于我来说很长的程序，有一千多行了，而且温湿度测量显示部分还没写进去。这个是源程序，有些小Bug，不过不影响使用。时间不够，当时也就没写注释，现在也没时间添进去了。
C源程序：
时间仓促，不能写图文混排的帖子了，就集中看下图片吧，图片也没来得及多拍几张。图片顺序基本就是焊接过程。
这个是焊好的成品，没有焊接温、湿度测量部分。
最后来段视频，仓促中拍摄的，大概意思还是能看出来的。因为程序在AT单片机里跑有问题，所以用的STC单片机那个拍摄的。
这套东西本来想做好出套件的，不过期末才设计完，计划就搁浅了。
最后感谢sudo1234等的帮助。
补充内容 (2013-10-24 19:33):
DS1302并不是SPI接口，是一种原理类似于SPI接口的接口。 不错，高手。这个要顶 这个真该顶:lol 自持，期待楼主完善程序，出个套件 CR1220 +级那个 固定用的 片片 是咋安装的？
0805的封装还是觉得偏小，焊接起来不爽;P 回复 5# xiaomu
点焊……
可以用直插代替贴片的。 做的很好，值得拥有。 不错啊，值得学习 这个很好，不错 期待点亮的pp~ 期待点亮的pp~
mymomomg 发表于 2012-1-10 12:26 http://www.crystalradio.cn/bbs/images/common/back.gif
其实最后一张就是点亮的，VFD屏幕拍不好照片啊…… 不仔细看还真看不出来啊还真是点亮的
把灯关掉拍试试 出套件的时候通知学生一下，我也DIY一个玩玩 手头正好有在一乐那里买的这块屏10个,楼主能出PCB吗,或则是共享PCB文件也成 我也想要PCB！能让一点出来吗？