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制作mini3216电子时钟
文/杜洋
精简设计
有网友问我，为什么我的作品都是电子钟。这真是个好问题，我从来没有想过我为什么这么喜欢制作电子时钟，就好像我从来都没有想过为什么我会站着小便一样。也许我是一个电子时钟爱好者，也许是水平不足做不了别的东西，或者是一些别的原因。但不管怎样，总是制作电子钟确实有些腻了。为了证明一下我不只是会做电子钟，于是我刚刚做出了一个非常艰难的决定，自mini3216之后，我不再设计并制作电子时钟了。Mini3216便成为我的时钟终结者，把我最大的设计能力、最高的技术水平、最严格的美观要求都倾注其中，力求制作一款最高水准的电子时钟。
Mini1608时钟、FT4未来时钟都曾是我的旗舰作品，他们都有自己独特的精简与创新之处。Mini3216作为最后的时钟，自然把精简设计和创新技术做到了我的能力极限。Mini3216有一块32*16的LED点阵屏幕，所有元器件都采用PCB表面贴装，并把它们都放在LED屏幕和PCB板之间，外观上看不到任何芯片和电阻。保证了整体美观的同时，又让整体厚度做到只有LED屏模块加PCB板那么薄。从时钟性能上看，mini3216没有采用单片机制作常用的DS1302时钟芯片，因为DS1302芯片需要外接晶振，时钟精度不高。而是采用了一款内置晶振的时钟芯片，精准可以达到走时1年的误差在1分钟以内。用户操作方面，没有采用普通的微动开关作为设置按键，而是改用我之前研发的电容式触摸按键，保证轻薄美观，又带来时钟操作的新体验。时钟显示方面我也下了不少功夫，除了自主设计的时钟字体外，流动显示信息的方式也让我耗了不少精力。正常状态下，时间和温度信息交替显示，每30秒钟显示一次日期信息（包括月、日、星期、节日）。所有信息的切换都是流动动画方式的，不会给你“突然”的感觉。触摸菜单按键进入时钟设置界面，时钟设置的方法也独有新意，所有设置内容都是流动显示设置的，操作简单，一看就会。时钟的操作和外观一样简洁，没有花哨的功能，没有繁杂的操作。Mini3216电子时钟带给你更多的是实用和品位。LED屏驱动方面更是mini3216的一大突破之处。传统的51单片机驱动32*16阵列的LED屏幕时都需要使用行驱动（或列驱动）芯片。32个I/O接口直接驱动点阵屏的像素极限是16*16，而mini3216电子时钟却可以让32个I/O接口直接驱动32*16的点阵LED屏幕成为可能。这是mini3216最大的技术亮点，后面的文章里我将向大家介绍这一魔术般的驱动方式是如何实现的。现在先让我们保留这份对创新事物的热情与好奇心，进入到mini3216的制作流程。通过丰富、直观的制作图解，轻松完成这一超酷炫的电子时钟吧。
Mini3216显示效果视频：http://v.youku.com/v_show/id_XMjE3MjYxMDc2.html
功能介绍：
n 超薄设计，整机厚度只有一片PCB加上LED屏的厚度
n 单片机直接驱动所有LED屏，电路DIY制作简单，无需驱动芯片
n 公历及农历的重要节日提醒功能
n 4键全电容触摸式按键
n 32*16LED点阵屏显示，全中文界面
n DYS8100高精准时钟芯片，一年内误差小于1分钟
n 早8点到晚8点整点报时功能
n 流动、渐变亮度式显示切换，精致UI设计
n 亮黑色镀金电路板，长久使用不褪色
n 超薄多功能连接排线，如无线般美观
单片机直接驱动32*16阵列的LED屏幕，电路DIY制作简单，无需驱动芯片（图片）
整机厚度只有一片PCB加上LED屏的厚度（图片）
所有元器件内部贴装，保证外观简洁漂亮（图片）
亮黑色镀金电路板，长久使用不褪色，4键全电容触摸式按键（图片）
以漂亮的字体显示时间和温度（图片）
制作过程
因为mini3216全部采用的是贴片元器件，所以制作时需要各位大侠有一定的焊接水平，至少有过焊接贴片元器件的经验。当然你也可以在没有经验的情况下焊接，但是拿这么精致的套件来练手，好像有点可惜哦。我为了追求工艺上的完美，在制作细节上也下了功夫，下面的制作过程是很规范细节，不按规范制作，可能会影响美观。这是很考验技巧和耐心的时候了，全程认真是一定要的。
所需元器件（图片）
元器件列表
品名 数量 备注
单片机 1片
时钟芯片 1片
温度芯片 1片
钮扣电池 1个 3V非充电电池
30pF电容 2个
0.1uF电容 2个
1uF电容 1个
二极管1N4148 2个
12MHz柱式晶振 1个
军品排孔 4条 每条40PIN
压电陶瓷片 1片
导线 2条
排线座 1个 18PIN座
软排线 1条（1米长） 每排18PIN
miniUSB-USB连接线 1条（1.5米长）
USB电源充电器 1个 或其他5V电源
第1步：焊接单片机
Mini3216选用的单片机型号是STC公司的12C5A60S2，封装是LQFP48，这是目前STC单片机中体积最小、I/O接口最多的单片机之一，正是用了它才达到了mini3216的诸多功能。LQFP48封装只有小指甲盖大小，焊接起来并不容易，除了有实足耐心之外，焊接的方法也很重要。大家可以在网上搜索“LQFP48的焊接方法”，将可以得到如何焊接此封装的教学视频。
单片机焊接前后（图片）
第2步：焊盘挂锡
单片机焊好后，余下的元器件就好焊的多了。为了更方便的焊接，我们先把所有要焊的元器件焊盘中的其中一个焊盘加锡。这样做的好处是当我们焊接元器件时，只要左手把元器件放好，右手拿烙铁把焊盘上的锡熔化，之后这个元器件就被固定住了，然后再来调整位置或者焊接其他焊盘时就容易许多了。当然，如果你有更好的方法，可以不用我的方法。青菜、胡萝卜各有所爱，谁让今年是兔年呢。
第3步：焊接排孔
使用军用级排孔是为了方便取下LED屏模块，因为mini3216的所有元器件都是藏在LED屏模块与PCB板之间，那么一但电路出现问题，我们就可以取下LED屏模块来修理了。我们只要把军品排孔焊在PCB板上，LED屏模块插接在排孔中就行了。注意哦，我们购买的军品排孔每排是40PIN的，我们需要把它拆成8PIN的，然后把排孔针脚最细的部分剪掉2/3，目的是为了让针脚不从PCB板的背面穿出来，以防影响美观。随后把所有排孔放到PCB板上，先只把每一段排孔的其中一个针脚加锡焊接，其他针脚暂时不管。等所有排孔都焊好之后，再仔细、认真地边用烙铁熔化锡边调整一下排孔的位置，一定要保证与PCB板的平面垂直。调整完成后再把各段排孔的其他针脚焊接好。这一步的工作非常关键，如果排孔没有和PCB板垂直，制作到最后就会发现LED屏模块不能插入到排孔里，到那时再想调整就困难了。
把排孔拆成5段并剪短针脚（图片）
把排孔竖直焊接在PCB板上（图片）
把所有排孔全部对齐（图片）
第4步：焊接时钟电路
时钟芯片和备用电池电路的焊接并不难，方法与焊接单片机的方法大同小异。只要注意焊接二极管时，二极管上有黑边的一侧表示的是负极。
焊接时钟芯片和备用电池电路（图片）
第5步：焊接扬声器
Mini3216使用的是压电陶瓷片作为发出提示音的扬声器，焊接起来很简单。先把两条导线焊接在压电陶瓷片的两个极片上（不分正负极），然后再把导线另一端焊接在扬声器的接口上。用双面胶体把压电陶瓷片粘在PCB板上面。
焊接扬声器并粘在PCB板上（图片）
第6步：焊接其他电路
这一步是焊接温度传感器芯片、单片机时钟电路和数据线接口。焊接时注意12MHz的晶体外壳尽量远离其他暴露的引脚部分。
焊接温度传感器芯片、单片机时钟电路和数据线接口（图片）
PCB上所有元器件焊接完成（图片）
第7步：插接电源线
Mini3216的电源线可不是普通的线哦，它是如纸般轻柔的软排线。软排线内包括18根导线，我在里面预留了系统电源、ISP下载、I2C总线、2路扩展I/O接口等。有了这条软排线，以后无论是扩展还是升级程序都不需要拆下LED屏，因为这些工作都能“在线”完成。另外一个使用软排线的目的是为了美观，软排线的一面是纯白的，当我们把mini3216挂在墙上是时，软排线的颜色与白墙相同，远处看去好像无线供电一样。按图上的指示把线折好，从PCB板的下方中间处引出来。你也可以按照自己的喜好从各个侧面引出排线在适应你的实际摆放需要。软排线是很有韧性的，不用担心会把它折断，除非你非常地用力。排线的另一端需要和普通的USB线连接，这样一来配合USB充电器电源就可以给mini3216供电了。排线连接处的电源正负极区分有些困难，除了照图上的样子区分外，还可以请万用表帮忙。折叠排线并引出（图片）
焊接电源线的连接处（图片）
第8步：插接点阵屏
最后一步是把LED点阵屏模块插到排孔里，不过LED屏模块出厂时的引脚较长，插到排孔时会高是一段距离，很难看。所以我们先把LED屏模块的引脚剪掉一半，然后再插入排孔就是正好的距离了。具体情况还在你制作时酌情处理喽。
插接LED屏模块（图片）
制作完成后的mini3216（图片）
Mini3216做好了，可是看上去好像没制作一样，因为我们看不到一堆杂乱的飞线，看不到有任何元器件的身影，花了半天功夫，看到的只有LED屏模块和PCB板的背面。看似无物之中却隐藏着强大的性能和功能。让mini3216在没有外壳的情况下也能保证其简洁、美观。有朋友说mini3216的硬件不仅可以做时钟，它还可以当作通用显示器来使用。这一建议确实也是我在设计它的时候所考虑的。就好像苹果手机一样，提供一个简洁而高性能的硬件平台，可以加载第三方软件，使之更有新意。Mini3216虽然目前还只有时钟的功能，但它的扩展余地广大，应该算是单片机爱好者的苹果手机吧，在这款高性能的硬件平台上，正期待着你的天才创想。目前当它还是时钟的时候，我们大可以把它制作出来送在爱人或朋友，向别人证明手工制作的单片机作品也可以成为不俗的生活实用品。Mini3216所涉及的创新技术真是不少，如果一一介绍的话需要好长的文章，我相信大家也希望可以一次看个过瘾，也是杂志的篇幅是不允许的。于是我就找一些重要的创新技术来做一个简单的介绍吧。之前我也写过文章介绍过STC单片机和电容式触摸按键的原理及制作。Mini3216正是用到了STC单片机和电容式触摸按键技术，有兴趣的朋友可以在往期的《无线电》杂志上找到我的这些文章。那么如何仅用32个I/O接口来驱动32*16这么点阵屏？我又是如何完成多个信息流畅的移动显示呢？在以后的《无线电》杂志里，我将把这些秘密一一揭晓。