一、项目简介

      基于R7FA2E1A72DFL芯片的桌面电子时钟设计，通过四位0.56寸共阴极数码管进行时间、温度等显示，采用DHT11温湿度传感器采集环境温湿度，复位按键、串口电路、SWD下载电路全部引出，方便下载调试。

二、板载资源

图2-1 桌面电子时钟资源正面图解

图2-2 桌面电子时钟资源背面图解

1、主控芯片：R7FA2E1A72DFL；

2、电源接口：TYPE-C，2Pin插件；

3、LED：一路电源指示灯，一路充电状态指示灯；

4、按键：一个复位按键，一个BOOT按键，四个功能按键；

5、调试接口：SWD下载调试接口、串口下载调试接口，均采用2.54排针接口进行引出；

6、外设：一个0.56寸共阴极数码管，一个DHT11温湿度传感器，一个无源蜂鸣器；

三、优势特点

图3-1 桌面电子时钟板尺寸图

1、板载外观小巧，尺寸仅为70mm*35mm（2755.906mil*1377.953mil）；

2、下载、调试接口齐全；

3、采用电源切换电路，断电也可以通过锂电池供电继续工作；

4、价格便宜，功能完善；

5、使用嘉立创优质PCB以及正品元器件，保障产品质量；

四、电路解析

图4-1 桌面电子时钟原理图

4.1、电源电路

      电源电路主要由TYPE-C接口以及电源指示灯组成，采用2Pin的TYPE-C接口，简单方便，易于焊接，R1作为电源指示灯的限流电阻，LED1作为电源指示灯，闭合开关会点亮进行提示。

图4-2 电源输入部分

4.2、主控电路

      主控单片机使用的是R7FA2E1A72DFL，工作电压在1.6V到5.5V之间，最大时钟频率为48Mhz，最大支持128-KB的FLASH，16-KB的SRAM，12位的AD转换控制器。芯片内部集成有晶振，可以无需外部晶振，同时集成触摸功能，无需触摸芯片即可实现触摸功能。

      在电源输入部分加入100nf电容进行电源滤波，VCL引脚用于稳定内部电源的平滑电容，需要将该引脚连接应该4.7uf的电容到VSS引脚。

图4-3 主控电路部分

4.3、复位电路

      复位也叫重启，按键RST按键，主控的RST引脚被拉低，系统进入复位状态，松开RST按键，主控的RST引脚恢复高电平，系统重新进行工作状态，完成复位。

图4-4 复位电路部分

4.4、启动模式选择电路

      当BOOT1按键没有按下时，BOOT引脚为高电平，单片机进入Single-chip模式，也就是正常工作模式，当按下按键时，BOOT引脚低电平，单片机进入SCI-BOOT模式，也就是程序下载模式，所以我们可以通过这个按键控制单片机进行程序下载或者正常运行。

图4-5 启动模式选择电路

4.5、触摸控制电路

      R7FA2E1A72DFL主控芯片是带有触摸功能的，在触摸线上加入560欧的阻尼电容以及适当的电容来稳定触摸信号，其实足够灵敏和准确。

图4-6 触摸控制电路

4.6、独立按键电路

      采用四个按键作为时钟控制或者其余功能使用。

图4-7 独立按键电路

4.7、DHT11温湿度传感器电路

      采用DHT11温湿度传感器检测环境温湿度，DHT11是单总线通信方式，需要在总线外接一个上拉电阻，当总线闲置时，其状态为高电平。

图4-8 DHT11温湿度传感器电路

4.8、无源蜂鸣器驱动电路

      通过NPN三极管控制无源蜂鸣器的负极，R7为限流电阻，R8的作用是在芯片刚上电或断电的时候提供一个可靠的电位，防止干扰，这里的电磁无源蜂鸣器是感性负载，加入D1二极管作为续流二极管防止烧坏。

图4-9 无源蜂鸣器驱动电路

4.9、四位数码管驱动电路

      采用0.56寸共阴极数码管用于显示时间、温湿度等信息。

图4-10 四位数码管驱动电路

4.10、锂电池充放电部分

      首先是电源切换电路，通过一个P沟道的mos、一个下拉电阻以及一个二极管组成电源切换电路，当TYPE-C接口接入时，5V过来，MOS管G极电压为5V，经过一个1N5819肖特基二极管，此时VCC电压是4.4V，也就是S极4.4V，不满足导通条件，电池电源过不来。当TYPE-C接口断开，G极被下来到低，S极由于体二极管的存在，会有将近3.5V左右的电压，满足条件，此时MOS管导通，由电池来给后续电路进行供电，由于1N5819肖特基二极管的存在，电流不会反向倒灌回去。

通过一个TP5056锂电池充电芯片给电池进行充电，当TYPE-C接口接入时，同时会给锂电池充电，确保电量充足。LED2作为充电状态指示灯，R11是充电电流反馈电阻，通过改变R11的阻值，可以改变整体的充电电流。

图4-11 锂电池充放电电路

4.11、串口调试接口

      通过2.54*4P接口将串口引脚进行引出，用于串口下载与调试。

图4-12 串口调试接口

4.12、SWD调试接口

      通过2.54*4P接口将SWD引脚进行引出，用于SWD模式下载与调试。

图4-13 SWD调试接口

4.13、M3铜柱接口

      通过四个M3的螺丝孔用于固定板子。

图4-14 M3铜柱接口

五、注意事项

5.1、在绘制原理图中应注意：

1、按模块电路划分进行绘制，注明电路功能；

2、在图纸属性上填写刚才名称等信息；

5.2、在采购物料中应注意：

1、先筛选有库存物料，再筛选价格排序进行购买；

2、尽量购买同一仓库物料，选择靠近的货仓，缩短交货时间；

3、购买有多个订单时，可以通过绑定订单方式，节省运费；

5.3、在PCB Layout中应注意：

1、走线优先走直角，需要拐弯的地方以钝角或圆弧为主；

2、添加丝印标识，注释说明接口功能；

3、JLCJLCJLCJLC指定客编丝印可藏在器件下，成板美观；

图5-1 PCB布局参考图

图5-2 PCB走线参考图

5.4、在焊接中应注意：

1、在进行焊接时，可在嘉立创EDA的工具栏中点击焊接辅助工具，实时交互方便 焊接；

2、在焊接顶层时，主控芯片建议优先焊接，避免其他器件影响焊接；

3、焊接排针时可用一块空板或者洞洞板顶住，防止斜焊，影响使用；

4、焊接顺序应遵循从低到高原则进行，避免影响小器件的焊接；

图6-3 PCB空板-顶层

图6-4 PCB空板-底层

5.5、在调试中应注意：

1、上电调试前应检查焊接是否有虚焊短路等问题，检查无误之后才可上电测试；

2、使用USB转TTL串口烧录工具将程序下载到单片机，USB转TTL线的RXD端接单 片机的TXD端，TXD端接单片机的RXD端；