图16.1 一种常见的拨轮开关
电路事理1. 主控电路
主控电路中最紧张的部分便是STC15L2K60S2的单片机(见图16.2)，我选择了SOP28封装的版本，比较小，制作腕表比较得当。这是一款基于51内核的单片机，最高主频35MHz，具有60KB的ROM和2KB的RAM，虽然配置并不强大，但是做个腕表还是绰绰有余的。型号中带L的为低电压版本，采取3.3V供电。实在这个系列的单片机该当是前几年初学者非常常用的，我当时学习的也是STC单片机。不过近几年随着国外开源硬件的发展，Arduino系的东西大有取代原来STC单片机海内DIY初学者入门必备地位的势头啊。当然比较Arduino，STC也是有它的上风的：第一便是便宜，一片STC只要5～8元就可以购得;第二是它的电路十分大略，最新的STC15系列，一片芯片就可以组成最小系统，和Arduino Mini一样，装上面包板直接可以用，不必连接外部复位或者晶体振荡器之类的东西;第三便是它的内部高精准RC振荡器可以调节频率，可以等我们把程序写完了再来调节频率，找到功耗和性能的平衡点;第四，它的社区支持并不差，Arduino有许多现成的程序可以利用，STC也一样，在海内有很多谈论51单片机的论坛，里面的程序都可以借鉴。由于数据量不大，腕表对刷新率也没有很高的哀求，我这个设计没有用到硬件的SPI，通过I/O口仿照SPI与OLED和DS1302通信。
图16.2 STC15L2K60S2单片机
2. 屏幕及其外围电路
我利用了Univision出品的一款OLED屏幕(见图16.3)，型号UG-2864HMBEG01，尺寸为0.96英寸，分辨率为128像素×64像素，白色单色，支持I2C、3线SPI、4线SPI、I80和68K五种接口协议，可以说全兼容，同时内置了电荷泵，供应OLED驱动所需的高压，给电路设计供应了极大的方便。OLED显示技能具有自发光的特性，采取非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流利过期，这些有机材料就会发光，而且OLED显示屏幕可视角度大，比拟度非常高，做得好的话，可以做到正无限比为1。实在这种屏幕在MP3上十分常见，不过现在出厂的MP3大多已经采取LCD了。但是OLED屏幕也并非没有缺点，永劫鲜明示同样的静止图案会造成烧屏，以是实际上并不是很适宜用来做腕表，而且用OLED做腕表的话，确实费电了一些。我以为空想的方案还是用一块反射式的STN屏幕。
图16.3 OLED屏幕及其外围电路
3. RTC(实时时钟)电路
DS1302这款芯片实在相信大家都该当比较理解了，是一款高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、周、日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，事情电压为2.5～5.5V，采取三线接口与CPU进行同步通信，并可采取突发办法一次传送多个字节的时钟旗子暗记或RAM数据。DS1302内部有一个31×8的用于临时性存放数据的RAM寄存器(见图16.4)。我这里没有连接备用电池，直接把主供电连上了LDO的输出。值得一提的是，DS1302利用的是BCD(全称为Binary-Coded Decimal)编码，是一种二进制的数字编码形式，用二进制编码的十进制代码。这种编码形式利用了4个位元来储存一个十进制的数码，使二进制和十进制之间的转换得以快捷进行。但是实际上在单片机里面，BCD还给我们带来了一点小麻烦，单片性能处理的是二进制码，而不是BCD码，以是要进行一下转换。
图16.4 RTC(实时时钟)电路
4. 供电电路
供电方面采取了一片ME6219 LDO(低压差线性稳压器)，见图16.5，它的压降仅为0.2V，可以知足锂电池供电的须要，像一样平常常用的AMS1117，它的压降达到了1V，也便是当锂电池电压为3.7V时，AMS1117最多只能输出2.7V的电压，完备起不到稳压的浸染。同时，锂电池要考虑的问题便是电量检测，一方面提醒利用者充电，另一方面也要保护锂电池，电量过低就逼迫关机，以免过放对锂电池造成损伤。单片机的供电电压是3.3V，而电池的电压则是3.5～4.2V，是高于单片机电源电压的，因此就必须设计一个分压电路，分压之后再接入单片机的ADC进行丈量。分压电路是始终连接在电池上的，如果电池电量全花费在这个分压上，那也太冤枉了。以是我选择了两个1MΩ的电阻来分压(见图16.6)，也便是2MΩ的阻值，根据欧姆定律可知，在3.7V标准电压下的电流仅为2μA，符合哀求。但是这样又会涌现一个问题，ADC也不是空想电表，存在一个输入阻抗的问题，我没有研究过STC的输入阻抗，但是明显不可能会远高于1MΩ，这样就必须加一个电容来减少输入阻抗过低对分压的影响。
图16.5 ME6219低压差线性稳压器
图16.6 分压电路
5. 充电电路
充电利用了常见的TP4056作为充电管理IC (见图16.7)，TP4056是一款完全的单节锂离子电池恒流/恒压线性充电器，其底部带有散热片的SOP8封装与较少的外部元件数目，这使得TP4056成为便携式运用的空想选择。TP4056适用于USB电源和适配器电源，其输入电压范围为4～8V，充电电流最大1000mA。它的充电电流是通过一个外部电阻来调节的。实在TP4056的外部电路设计还是挺大略的，但是我还是单独利用了一块现成的充电板，由于主洞洞板上放不下了，终极也导致全体作品非常厚，也算是一点遗憾吧。
图16.7 充电电路
实在现在大多数的高等点的移动设备都会选择专门的PMIC (电源管理集成电路)，它们常日供应了多路DC-DC和LDO输出，知足不同设备的供电需求，内置锂电池充电管理功能，部分还内置了库仑计，可以更精确地测定电池电量，并进行功耗掌握。这类PMIC常日供应了I2C接口，主处理器可以通过I2C和PMIC进行通信，获取电量、电流之类的数据，并且可以直接通过软件来调度电压之类的参数，十分强大。不过像51这种设计就用不上那种东西啦，那种一样平常都是给Cortex-A级别的处理器用的。
硬件制作由于用到的元器件并不繁芜，连接也不是很多，以是我选用了洞洞板+飞线的形式，虽然这样比较麻烦，但是可以省下打样的钱，不过对“手艺”有一定的哀求。工具方面，一把好用的电烙铁，一把美工刀，以及一把热熔胶枪就够了，都是比较常规的工具。材料方面，请准备事理图里面涌现的各种元器件、一卷焊锡丝、一卷漆包线、一块洞洞板，以及你的激情亲切和耐心。
首先，把洞洞板裁成须要的大小，然后在上面得当的位置用美工刀割出SOP28的焊盘(见图16.8)，由于SOP28的引脚间距为1.27mm，而洞洞板的洞间距为2.54mm，因此把每个洞的焊盘割成两半就可以焊接SOP28的芯片了。割的时候不一定要在正中间，但是一定要割干净，最好空出一条，避免短路之类的事情发生。
割完焊盘就可以焊接主MCU了，这个没有什么值得把稳的，不要让引脚短路就可以了(见图16.9)。如果短路了，用把好点的烙铁，加点助焊剂(或者带助焊剂的焊锡也可以)，烙铁可以把多余的焊锡吸起来，然后用海绵擦掉烙铁头上的锡就好了。
图16.8 割出SOP28的焊盘
图16.9 焊上单片机
然后，处理和MCU连接最多的屏幕部分。虽然采取了四线制SPI通信，但是这个OLED内部电荷泵须要几个外部的电容，相对比样比较麻烦的。屏幕的引脚间距仅为0.8mm，比较磨练“焊功”(见图16.10)。建议漆包线在焊接之前先镀好锡，会方便很多。屏幕部分完成之后，看起来便是一团糟的样子(见图16.11)。
图16.10 处理屏幕与单片机的连接
图16.11 连接好的样子
STC单片机利用串口下载，准备好串口的接口也是必不可少的。如果利用插针，担心会刺得手(实在是我多虑了，不会发生这种事情)，于是我选择了排孔，并且是没有出头的设计，这样可以说是对本来就不充裕的电路板空间的巨大摧残浪费蹂躏，但是凸出来实在太丢脸，于是我还是这样做了，如图16.12所示。
这个接口只要“飞”上VCC、TXD、RXD和GND这4个引脚就够了，不过我这里先只连接了VBAT，也便是锂电池电源。下一步是焊接LDO，在LDO焊接完成之后，就可以开始调试OLED驱动了(见图16.13)，顺便检讨之前的连接是否可靠。
图16.12 用于串口下载的排孔
图16.13 焊接LDO
事实上，这个OLED困扰了我大半个小时，一贯没有显示，检讨连接也彷佛没什么问题，也没有虚焊，后来仔细看了Datasheet才创造我犯了一个十分低级的缺点，OLED的VCC并非逻辑电源输入，而是屏幕驱动电压输入，该当接上12V外部电源，在利用内部电荷泵升压的时候该当在外部对底连接一个电容。办理问题后，显斧正常了(见图16.14)。
下面便是用同样的方法处理DS1302，也就不多说了。我利用了一条铁丝架在拨轮开关上加强固定，再顺便焊上锂电充电板。由于该电路的功耗很低，以是不须要利用很粗的漆包线，用最细的来连接电路完备不成问题，充电板直接和锂电池连接就好，如图16.15所示。
图16.14 OLED驱动正常了
图16.15 充电板和掌握板接到一起
在终极打胶并把充电板装上去之前，一定要确保所有硬件部分都已调试正常了，由于打胶基本上是不可逆的，等打完胶再创造有什么缺点就太迟了。还有记得一定要设计一个断电的方法，由于STC单片机必须要断电一下才能进入ISP模式。我利用了一个跳线来办理这个问题。于是，就有了图16.16、图16.17所示的成品了。
图16.16 制作好的LOED腕表正面
图16.17 背面是锂电池
个人觉得这个做完的“腕表”还是厚了一点，屏幕也有点小，如果往后有机会再改进。
软件编写由于目前就只打算实现时钟显示这一单一功能，以是代码设计十分大略。首先便是要办理各个部件的驱动。
1. 屏幕驱动
屏幕的分辨率为128像素×64像素。由于是单色的，以是一个1bit就可以表示一个像素，一个字节中有8个像素，以是全体屏幕显示内容所要占用的内存空间为1KB (128×64/8)，可以放进STC的RAM，以是我就在RAM里面建立了一个屏幕缓冲区，所有绘图操作都在缓冲区里面进行，这样可以大幅减少和屏幕的通信，加快绘图速率。怎么理解呢?比如要点亮屏幕上的一个像素，但是像素因此8个为单位存在一个字节里面的，要操作里面某一位，只能先把这个字节读出来，修正后再写回去，也便是读改写。把稳，单片机和屏幕的通信速率并烦懑，一贯这样读改写速率会非常慢。可以打算一下，这样操作一个像素就要传输两个字节的数据，一共8192个像素，就要传输16384个字节的数据，也便是16KB，而如果先在缓冲区内画完，再传输，只要传输1024个字节就足够了，速率自然就快了。
其余还有一点，一样平常绘图都要清空屏幕，不然后来的东西会和先前有的叠在一起，就看不清楚了。清空的代价便是闪烁，屏幕会先变全黑再显示出须要的东西，如果利用了缓冲的设计，就不会有这种问题。
2. DS1302 驱动
DS1302的驱动程序在网上很常见，也不困难，我就大略说下BCD和二进制的互转吧。BCD是什么意思呢?大略理解便是在十进制数前面加个0x，然后就变成十六进制了。举个例子，35的BCD编码便是0x35，而二进制编码却该当是0x23。在C措辞中，写程序的时候写十进制或者十六进制都没有关系，程序里面写35，编译器会自动认为便是0x23。如果把BCD码用在程序里面，就会涌现问题，紧张是加减法的问题。还是之前的35，如果加上5，该当是40，这点用二进制码表示是没有问题的，但如果是BCD呢?BCD 0x35加上BCD 0x05该当变成BCD 0x45，但是在程序里面写0x35+0x05结果是0x3A，3A在BCD码中是没故意义的，该当直接进位才对。不过BCD实在转换起来并不困难，由于BCD码4bit对应一个十进制数，一个字节对应两个十进制数。在DS1302驱动中，只涉及1个字节的转换，以是程序就十分大略，以下是大略的BCD转二进制代码的方法。
BIN=(BCD/16)×10+(BCD%16);
除以16和取模16便是得到一个字节中前4bit和后4bit，比如0x35，分别返回3和5，然后第一位乘以十加上第二位便是终极须要的结果了。
3. 主程序设计
我的主程序设计十分大略，先读取韶光，比较和上次读取到的韶光是否有变革，如果有就显示在屏幕上，然后检测按键是否按下，如果按下，则启动修正韶光的函数。详细设计大家还是看代码吧，主函数大家可以自己来写，这样也知足个性化的需求。
后记制作这个东西加起来须要的韶光没有超过24小时，紧张的韶光还是花费在了飞线上，或许这样飞线的难度有点太高了，并不适宜大家仿制。不过采取飞线制作紧张还是为了一种心情，本日想到了，第二天就能把它做出来，这是打样PCB做不到的。
多年前我就买过0.96英寸的OLED模块，想用它DIY一个非常酷的腕表，但是非常遗憾的是，被我欠妥心把正负极接反给烧了。然后，我为了玩大屏，买了STM32开拓板，为了做成品，自己画了不少PCB。结果便是一个项目所要耗费的韶光越来越长，比如我现在在折腾的一款图形打算器，上高下下设计、打样、写程序，再改设计、修正bug什么的，已经做了4版硬件，花了近1年的韶光，到现在我还是不满意，准备用ARM9处理器连续做第5版硬件，我也不知道什么时候能完成。虽然工程越做越大，所谓的技能含量也越来越高，但是却彷佛少了当初那份纯粹的乐趣，那份朴实的冲动。
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