很多同學學了單片機很久，學完51學AVR，學完AVR學STM32（誰叫人家現在最火呢）。開發板買了一塊又一塊，在開發板上做實驗，覺得自己還是很牛X的，但是真叫你自己設計一個電子產品出來，好多童鞋都抓瞎了，不少學完單片機了，畢設要做個單片機類的設計出來最終還是來找我們幫忙，那請問你學單片機干什么？

以上為題外話，今天主要是和大家討論一下如何利用單片機來設計一款產品？讓我們花那么多的錢來學單片機不是白學的，畢竟玩電子的還是燒錢啊。以下就是我總結的設計一個電子產品的幾個大步驟。

一、需求

在做產品之前。我們要先了解這產品是干嘛用的？有些什么功能？然后該考慮供電問題，這涉及到電源電路的設計和功耗的考慮。考慮需要采集什么外部信號？控制什么設備？比如采集溫度，控制繼電器。還得考慮顯示部分的信息量，決定我們采用什么顯示方式，是用LED還是用數碼管還是用LCD或者tft彩屏。再考慮提醒部分，是否需要做聲光的提醒？還得考慮需要什么通訊協議？確定了這些后就可以做芯片選型和做初步方案了。

比如這里我們以做一個電子時鐘為例，(現在TB上紅得發紫的led時鐘，售價遠遠超出了成本價，而且買來還沒有源碼，這就失去了DIY的樂趣了)我們做這個開源的diy電子時鐘。需求如下:

1、一個時鐘能顯示年月日，時分秒，溫度；

2、能調整時間，具有鬧鐘功能，具有按鍵音；

3、亮度能隨環境光照自動調節；

現在Tb上的好像也就這些功能，這個設計的資料以及打樣的板子小代打算等教程完了后免費送給大家，所以第二部分的設計部分我們就考慮成本最小化了，大家見諒。

二、選型及原理設計

有了需求后，我們就可以根據需求去選擇所需的元件，設計整個產品了。這里我設計的是一個電子時候，首先得有時鐘來源，可以采用單片機定時器產生，或者用專門的時鐘芯片。定時器產生的缺點是斷電后時間需要重新調整，此方法舍去。我們用時鐘芯片DS3231、 PCF8563和DS1302。最便宜的是DS1302，優點是芯片小，電路簡單，占用3個IO。DS3231和 PCF8563芯片大，占用PCB空間大（話說PCB空間就是金錢啊），但是他們兩個芯片資源豐富。（網上說計時精準，小代沒測試過，不敢亂說。大家親測過的可以寫的文章發給小代，個人微信：dianzi126,QQ:2463515595,小代通過公眾號推送給大家，以后你寫的這文章的閱讀量可能會是我們送出板子的一個依據哦）DS1302芯片可以自動產生年月日時分秒的時間數據，時鐘來源其實是一個32.768K的晶振提供，后面我們會詳細的介紹這芯片DS1302①。

時鐘來源有了，那得顯示出來我們才能看到是吧，這就是我們需要設計的顯示部分，上面提到，數碼管、LCD和TFT彩屏。時鐘顯示的大多是0-9的數字，顯示信息量也不大，同樣從經濟考慮我們選用數碼管②。

溫度采集我們采用模擬方式。現在流行的是用DS18B20單總線數字式芯片和DHT11芯片來做溫度，DHT11還能檢測濕度，但是這兩個數字式的芯片價格都在5-9元，這成本放在這樣一個DIY的數字時鐘上有些浪費了。所以，我們這里采用熱敏電阻③，通過簡單的電阻分壓方式測到溫度數據，這樣一來我們選擇的單片機就需要帶有ADC了，這接下來說。

接下來就是鬧鐘功能后按鍵音提示，我們采用一個蜂鳴器④來完成兩個功能。顯示的亮度調節，需要用光敏電阻來檢測環境光照才能得以實現。

最后我們的主角（單片機）⑤登場了。它是整個設計的核心，后續的程序設計好后就需要下載到單片機，它會按照我們程序設計的方式去控制剛才我們提到的這個芯片和外設來實現我們想要的功能。這樣的小設計，我們一般用8位的51單片機就可以完成了，這里我們用STC15系列的單片機。有了這些，整個設計的能源（電源）哪來？我們所選用的都是DC 5V供電的元件，所以電源可以直接用5V直流供電，比如USB接口。在電路設計時我們可以考慮下功耗的問題，輔助元件的選用上做點文章。

現在我們來整理下，這個設計需要些什么：時鐘芯片DS1302、數碼管、熱敏電阻、光敏電阻、蜂鳴器、單片機。但是，單獨的這些芯片是沒法完成我們所需要的功能的，還需要一些輔助元件（電阻、電容等）。接下來就是把這些芯片和輔助元件按照一定的規則組合起來（電路設計）。

三、電路設計及打樣

此部分這里我們不做詳細的介紹，后續會分模塊的詳細介紹。再此簡要介紹設計步驟。

電路設計需要專門的設計軟件，我們常用的是Protel 99SE。本軟件可以設計電路圖和PCB板圖，可以自動把電路圖轉到PCB圖紙中，功能強大。99SE這個版本是比較老的了，但小代用下來感覺是比較穩定，兼容性比較好的一個版本，設計我們這樣的小板足夠了。設計好電路，再轉換到PCB圖紙中排兵布陣（元件擺放），手動布線，最終完成整個板子后就可以把PCB圖紙發給廠家打樣了。現在各大廠家都有活動，打樣板子都不算貴了，電子愛好者，學生黨都能自己做板子了。一般打樣時間為3-4天，快遞3-4天，這樣下來就是差不多一周的時間，這段時間我們也不會閑著，可以先把程序框架搭好為后續的程序設計做準備。

四、樣板測試

等了一周，心癢癢啊。收到板子后大家肯定都是激動的，那就開始測試吧。開箱先檢查板子外觀、絲印等直觀的有沒有問題（一般都沒問題的，除非小作坊的板）；然后測試電源VCC和GND直接有沒有連接，也就是測他們之間的電阻，理論上是無窮大。這些都沒問題后就準備元件焊接吧，焊接時一般的順序是：先矮后高。怎么說，就是元件在板子上的高度，現在從最矮的開始焊接，再焊接中等高度的，最后焊接最高的元件，注意，芯片一般采用底座焊接，芯片插底座上。注意：焊接完成后的板子在上電之前還得測量電源VCC和GND直接電阻，看是否有短路的情況，有短路問題需要排除問題后再上電。

五、程序設計及測試

程序設計說白了就是編程，編程需要編程軟件，大家都叫“開發環境”，是不是聽著就高大上了，其實就是一個軟件加上編譯器，不同的單片機的開發環境是不一樣的，這里我們用的51單片機的開發環境是keil 4。Keil 加上STM32的編輯器也可以做STM32的開發環境，相信大家都用過了。我們所有的程序都在keil 中編寫，完了編譯得到機器語言的16進制文件，最后下載到單片機里去，這樣，給我們焊接好的板子上電就可以看到我們要的效果了。但是一般我們寫的程序不可能一次就能通過，需要我們反復的調試，編譯，下載，上電測試，最終實現我們想要的功能為止。

六、組裝

到這里一個產品離成功不遠了，現在看到的還是我們的電路板，看著不美觀，一個產品我們還需要給他設計一個外殼。這個外殼需要和PCB板的大小，形狀合適。所以，在我們PCB板的時候就需要考慮到外殼的形狀，安裝孔等問題。對于我們電子愛好者來說，能看到電路板也許會感覺更帥些，所以小代再次就不考慮外殼的問題了。

到這里，用單片機設計一個產品的流程就完了，這里小代自己總結了6步，但是這六步之間不是獨立的，需要互相關聯，比如剛才說的PCB板的形狀設計和外殼的挑選，比如數碼管電路設計與板子大小的選擇，比如布線難度和數碼管的選擇問題，比如按鍵的個數和程序設計的問題等等。