新唐N76E003白光七段顯示器時鐘開發板套件

forest162

好久不見，真的好一段時間沒來發文了。這是最近完成的開源專案，用台幣7塊錢的新唐N76E003增強型8051製作的時鐘套件，顯示器一樣是用多年前阿乾大那批白光七段顯示器，但是它不單單只是個時鐘套件，在板邊還lay上了所有IO接腳，它還能當作個多用途的開發板！
https://github.com/danchouzhou/003Clock


N76E003是一個增強型MCS-51 MCU，機械週期為1T，即指令週期以1個時鐘週期為單位，且指令完全相容傳統8051。因此相同時脈之下，處理速度會比傳統8051快上許多。18 KB的程式記憶體還能夠劃分為data flash，用來儲存資料或是斷電記憶的功能。此外它還內建了兩組UART、SPI、I2C、ADC、PWM，這些都是相當受歡迎且常用硬體周邊。如果真的要做產品，建議使用今年新出的N76S003，價格還維持在台幣7塊錢，而且還多了SPROM（可以保護關鍵程式碼）的功能。我現在還在用N76E003是因為之前原廠特價囤太多了XD

這個套件本身有時鐘、計時器功能之外，我還將MCU的所有IO接腳設計在電路板上，使它具備良好的擴充能力，如此能夠基於相同的硬體衍伸出更多功能，例如溫濕度計、電壓電流功率計、引擎轉速表等等，這些是我目前想到的功能，也許我會在日後陸續開發出來。


電路圖、電路板也是用免費的開源軟體KiCad來設計。


關於排針的焊點參考了這篇的做法，將焊點交錯開來，這讓我們可以直接插上排針，而不用焊接排針母座，以維持成品的整潔。
https://hackaday.com/2021/08/12/who-needs-pin-headers/


寫8051的程式經常會使用Keil C51、IAR，這些商業軟體免費版本是有code size限制的，例如限制在2KB，那麼N76E003的18 KB就是用不完的；對我們這些玩家付費版本有點吃力。因此我自己用VS Code和SDCC (Small Device C Compiler)建立一個編譯環境，它們都是open-source的工具，無code size限制。只需要將安裝好SDCC和燒錄軟體，在VS Code以資料夾的形式開啟本專案，就可以開始寫程式並增加自己期望的功能。


我將專案取名為003Clock的原因是，它除了能夠使用N76E003之外，還能pin-to-pin相容於Cortex-M23的M2003，以及今年新唐推出的N76S003。同時它們其它的8051系列MCU，MG51、MS51系列也能夠相容。我想當初新唐會將這顆MCU以003命名，也是因為它能夠與STM8S003 pin-to-pin相容，並擁有較優勢的價格。


電路、韌體的原始碼完整放在GitHub上了，有興趣DIY的朋友可以參考看看。
零件不算太難找，新唐的線上商店買到N76E003 / N76S003，保證會是正規貨源。
https://direct.nuvoton.com/tw/n76s003-系列/
https://www.techdesign.com/marke ... c000715/n76s003at20

也可以直接到我蝦皮買整套包好的，電路板、零件真的備很多。
https://shopee.tw/product/174651435/27767006986/


最後附上電路圖、程式碼，有認真看的話大概可以學到開關除彈跳、中斷服務程式、函式指標、SPI介面。

1. #include "numicro_8051.h"
   
2. #include "PT6961.h"
   
3. #include "clock.h"
   
4. 
   
5. #define SW1 P17
   
6. 
   
7. STR_TIME_T time;
   
8. STR_TIME_T stopwatch;
   
9. void (*isrFunction)(void);
   
10. 
    
11. void Timer3_ISR(void) __interrupt (16)
    
12. {
    
13.     static uint8_t u8counter;
    
14. 
    
15.     if ((u8counter & 0x01) == 0)
    
16.     {
    
17.         clock(&time, 0);
    
18.         clock(&stopwatch, 1);
    
19.     }
    
20. 
    
21.     u8counter ++;
    
22. 
    
23.     (*isrFunction)();
    
24. 
    
25.     T3CON &= 0xEF; // Clear TF3
    
26. }
    
27. 
    
28. void showTime(void)
    
29. {
    
30.     static uint8_t u8counter;
    
31.     static int time_int;
    
32. 
    
33.     time_int = getTime(&time);
    
34. 
    
35.     if ((u8counter & 0x01) == 0)
    
36.     {
    
37.         pt6961_setNumberFade(time_int, 0);
    
38.     }
    
39.     else
    
40.     {
    
41.         pt6961_setNumberFade(time_int, 1);
    
42.     }
    
43.     u8counter ++;
    
44. }
    
45. 
    
46. void showSecond(void)
    
47. {
    
48.     pt6961_setNumberFade(time.second, 1);
    
49. }
    
50. 
    
51. void showStopwatch(void)
    
52. {
    
53.     static uint8_t u8counter;
    
54.     static int stopwatch_int;
    
55. 
    
56.     stopwatch_int = (int)stopwatch.minute * 100 + stopwatch.second;
    
57. 
    
58.     if ((u8counter & 0x01) == 0)
    
59.     {
    
60.         pt6961_setNumberFade(stopwatch_int, 0);
    
61.     }
    
62.     else
    
63.     {
    
64.         pt6961_setNumberFade(stopwatch_int, 1);
    
65.     }
    
66.     u8counter ++;
    
67. }
    
68. 
    
69. void showSetup(uint8_t u8blink)
    
70. {
    
71.     static uint16_t u16counter;
    
72.     static int time_int, time_int_last;
    
73. 
    
74.     time_int = getTime(&time);
    
75. 
    
76.     if (u16counter > 1000 || time_int != time_int_last)
    
77.         u16counter = 0;
    
78.     else
    
79.         u16counter ++;
    
80. 
    
81.     if (u16counter < 500)
    
82.     {
    
83.         pt6961_setNumber(time_int, 1);
    
84.     }
    
85.     else
    
86.     {
    
87.         switch (u8blink)
    
88.         {
    
89.             case 1:
    
90.                 pt6961_writeCommand(0xC0);
    
91.                 pt6961_writeByte(0x80); // Light up colon only
    
92.                 break;
    
93.             
    
94.             case 2:
    
95.                 pt6961_writeCommand(0xC2);
    
96.                 pt6961_writeByte(0x80); // Light up colon only
    
97.                 break;
    
98.             
    
99.             case 3:
    
100.                 pt6961_writeCommand(0xC4);
     
101.                 pt6961_writeByte(0x00);
     
102.                 break;
     
103.             
     
104.             case 4:
     
105.                 pt6961_writeCommand(0xC6);
     
106.                 pt6961_writeByte(0x00);
     
107.                 break;
     
108.             
     
109.             default:
     
110.                 break;
     
111.         }
     
112.     }
     
113. 
     
114.     time_int_last = time_int;
     
115. }
     
116. 
     
117. void main(void)
     
118. {
     
119.     uint16_t u16swCount = 0;
     
120.     uint8_t u8mode = 0;
     
121. 
     
122.     TA = 0xAA;
     
123.     TA = 0x55;
     
124.     CKEN |= 0xC0; // EXTEN
     
125.     while(!(CKSWT & 0x08)); // ECLKST
     
126.     TA = 0xAA;
     
127.     TA = 0x55;
     
128.     CKSWT |= 0x02; // Switch to external clock source
     
129.     while(CKEN & 0x01); // CKSWTF
     
130.     TA = 0xAA;
     
131.     TA = 0x55;
     
132.     CKEN &= 0xDF; // Disable HIRC
     
133. 
     
134.     P12_PUSHPULL_MODE;
     
135.     P17_QUASI_MODE;
     
136. 
     
137.     pt6961_init();
     
138.     pt6961_setBrightness(4);
     
139. 
     
140.     CKCON |= 0x08; // Timer 0 source from Fsys directly
     
141.     TH0 = (uint8_t)(49536 >> 8); // 65536 - 16000
     
142.     TL0 = (uint8_t)(49536 & 0xFF);
     
143.     TMOD |= 0x01; // Timer 0 mode 1
     
144.     TCON |= 0x10; // Timer 0 run
     
145. 
     
146.     isrFunction = &showTime;
     
147. 
     
148.     RH3 = (uint8_t)(3036 >> 8); // 65536 - 62500
     
149.     RL3 = (uint8_t)(3036 & 0xFF);
     
150.     T3CON = 0x0F; // Timer 3 run, pre-scalar = 1/128
     
151.     EIE1 |= 0x02; // Enable timer 3 interrupt
     
152.     EA = 1;
     
153. 
     
154.     while(1)
     
155.     {
     
156.         if (!SW1) {
     
157.             u16swCount++;
     
158.             if (u16swCount == 2000)
     
159.                 u8mode++;
     
160.         }
     
161. 
     
162.         switch (u8mode) {
     
163.             case 0:
     
164.                 isrFunction = &showTime;
     
165.                 if (SW1) {
     
166.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000)
     
167.                         u8mode = 6;
     
168.                     u16swCount = 0;
     
169.                 }
     
170.                 break;
     
171.             
     
172.             case 1:
     
173.                 EIE1 &= 0xFD; // Disable timer 3 interrupt
     
174.                 showSetup(u8mode);
     
175.                 if (SW1) {
     
176.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000) {
     
177.                         if (time.hour < 14)
     
178.                             time.hour += 10;
     
179.                         else if (time.hour < 20)
     
180.                             time.hour = 20;
     
181.                         else
     
182.                             time.hour -= 20;
     
183.                     }
     
184.                     u16swCount = 0;
     
185.                 }
     
186.                 break;
     
187. 
     
188.             case 2:
     
189.                 showSetup(u8mode);
     
190.                 if (SW1) {
     
191.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000) {
     
192.                         if ((time.hour % 10) < 9 && time.hour < 23)
     
193.                             time.hour += 1;
     
194.                         else if (time.hour >= 23)
     
195.                             time.hour -= 3;
     
196.                         else
     
197.                             time.hour -= 9;
     
198.                     }
     
199.                     u16swCount = 0;
     
200.                 }
     
201.                 break;
     
202. 
     
203.             case 3:
     
204.                 showSetup(u8mode);
     
205.                 if (SW1) {
     
206.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000) {
     
207.                         if (time.minute < 50)
     
208.                             time.minute += 10;
     
209.                         else
     
210.                             time.minute -= 50;
     
211.                     }
     
212.                     u16swCount = 0;
     
213.                 }
     
214.                 break;
     
215. 
     
216.             case 4:
     
217.                 showSetup(u8mode);
     
218.                 if (SW1) {
     
219.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000) {
     
220.                         if ((time.minute % 10) < 9)
     
221.                             time.minute += 1;
     
222.                         else
     
223.                             time.minute -= 9;
     
224.                     }
     
225.                     u16swCount = 0;
     
226.                 }
     
227.                 break;
     
228. 
     
229.             case 5:
     
230.                 time.second = 0;
     
231.                 EIE1 |= 0x02; // Enable timer 3 interrupt
     
232.                 u8mode = 0;
     
233.                 break;
     
234. 
     
235.             case 6:
     
236.                 isrFunction = &showSecond;
     
237.                 if (SW1) {
     
238.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000)
     
239.                         u8mode = 8;
     
240.                     u16swCount = 0;
     
241.                 }
     
242.                 break;
     
243. 
     
244.             /* case 7: u8mode = 0; break; */
     
245. 
     
246.             case 8:
     
247.                 isrFunction = &showStopwatch;
     
248.                 if (SW1) {
     
249.                     if (u16swCount > 20 && u16swCount < 2000)
     
250.                         u8mode = 0;
     
251.                     u16swCount = 0;
     
252.                 }
     
253.                 break;
     
254.             
     
255.             case 9:
     
256.                 stopwatch.minute = 0; // Reset stopwatch then return to mode 8
     
257.                 stopwatch.second = 0;
     
258.                 u8mode = 8;
     
259.                 break;
     
260.             
     
261.             default:
     
262.                 u8mode = 0;
     
263.         }
     
264. 
     
265.         P12 = !P12;
     
266. 
     
267.         /* 1 ms delay */
     
268.         while (!(TCON & 0x20)); // Wait until timer 0 overflow
     
269.         TH0 = (uint8_t)(49536 >> 8); // 65536 - 16000
     
270.         TL0 = (uint8_t)(49536 & 0xFF);
     
271.         TCON &= 0xDF; // Clear TF0
     
272.     }
     
273. }
     

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