基于ESP8266的复古辉光时钟的设计与制作_邱桦霖.pdf

wwwele169com|89电子基础0 引言随着单片机的价格不断降低，单片机变得十分普及，功能越来越强大，运行也越来越稳定，它具有体积小，面向控制，高性价比等优点。当今世界，单片机已经无处不在，本次设计采用 ESP8266 作为时钟的主控，它的价格低廉，集成了常用的 WiFi 功能，且能够提供稳定高效的连接，当网络通畅时可以与调配好的服务器进行通信，当失去网络连接时，可以搭配 DS1302 模块可以继续走时，当网络恢复时便能自动校时。在开发时，使用 Arduino 的 IDE 便可对其进行编程，代码转化效率高，便于后期的开发升级。在显示方面，该电子时钟采用了发明于上世纪 50 年代的辉光管，亦称“冷阴极离子管”或“冷阴极充气管”，是一种利用气体辉光放电原理而工作的离子管，在电子电路中指示、稳压等作用。由于它在 21 世纪的今天具有一定的收藏和观赏价值。所以本设计将历史的辉光管与现代的单片机进行融合，制作独一无的，历史与现代融合产物辉光钟。1 总体设计方案 1.1 系统总体框架与设计本次辉光钟的设计所采用的 ESP8266 主控是一款拥有高性能的无线芯片，它拥有超低功耗的 32 位微型 MCU,同时具有 16 位缩减模式，主频支持 80MHz 和 160MHz,支持RTOS,集成了 WiFi MAC/BB/RF/PA/LNA，板载天线。最主要的是 ESP8266 可以实现远程控制、OTA 升级等。这大大降低了开发成本，缩短了开发周期。作为与 ESP8266 同样重要的时钟芯片，本次所采用的是 DS1302，它是由美国的DALLAS 公司开发的时钟电路，其优点为高性能、低功耗、并自带 RAM 的时钟电路，不仅可以对基本时间进行计时，还能够进行闰年补偿，可以自动对少于 31 天的月份日期进行调整。DS1302 在与 ESP8266 的连接上也十分的方便，除去供电接口外，只需三条线便能进行串行通信。ESP8266与 DS1302 构成了本次设计中主要的控制部分即“产生时间”。在“发送时间”的设计中，由于 ESP8266 端口有限，所以笔者选用了 74HC595 芯片来进行“节约端口”，74HC595 是单片机系统中常用的芯片，它是一个 8 位串行输入、并行输出的位移缓存器，能够将串行信号转化为并行信号，并具有一定的驱动能力，可以去除掉三极管等放大电路（后文会介绍详细功能）。在驱动显示方面，由于辉光管的驱动特殊性，笔者在查阅大量资料后，发现常用到的辉光管 BCD 译码驱动芯片有 SN74141 和 K155ID1，本次设计中所采用的是 K155ID1。K155ID1 在功能上与常见的BCD 译码芯片几乎没有区别，唯一的一点是因为辉光管的驱动需要 170180V 的高压，维持点亮的电压约为 120V，K155ID1 的输出耐压为 60V 左右，所以完全满足高压经过电阻和辉光管串联之后的电路。以上就是本次设计的总体布局，后文会对每个模块进行详细的功能介绍。系统总体设计方案框图如图 1 所示。电源ESP8266主控74HC595K155ID1辉光管DS1302 图 1 系统方框图 1.2 辉光时钟的主要用途该电子时钟以ESP8266为主控，利用WiFi进行自动对时，无需手动调节，在失去网络连接时，可利用 DS1302 模块进行精准的走时，ESP8266 读取 DS1302 的时间，进行显时。2 硬件与软件的设计 2.1 硬件设计2.1.1 主控模块根据 ESP8266 的系统(SoC)设计，其内部包含了处理器芯片等组件，处理器大约有 16 条 GPIO 线路，其中一些基于 ESP8266 的复古辉光时钟的设计与制作邱桦霖（贵阳学院 电子与通信工程学院，贵州贵阳，550002）摘要：时钟一直是我们生活中不能缺少的物品，现代的数字时钟主要采用了LED数码管进行显示。但还有一种显示方式是采用辉光管。辉光管点亮时十分美观，具有个人收藏和观赏价值。本次设计把电子时钟的显示改为辉光管。时钟采用ESP8266为主控，DS1302为时钟芯片，两片74HC595和四片K155ID1芯片来驱动辉光管。该时钟实现了历史与现代的完美融合，可以实现WiFi自动对时和辉光管防阴极中毒，保证了时间的准确和较长的显示寿命。关键词：ESP8266；数字时钟；辉光管DOI:10.16589/j.cnki.cn11-3571/tn.2023.01.00590|电子制作 2023 年 1 月电子基础GPIO 规定默认用于与其他内部组件进行通信，比如与内部闪存的通信等。在实际应用中大约还有 11 个 GPIO 引脚可按常规 GPIO 进行使用，在这 11 个针脚中，又有 2 个针脚预留给串口 RX 和 TX。因此，最后只剩下 9 个通用 I/O 引脚，即 D0 到 D8。在本次设计