Arduino DCF77 分析时钟 MK2：60 LED 环精准显示时间编码

项目概述

这是一款基于德国 DCF77 长波授时信号的高精度模拟/数字混合时钟。直径 12 英寸（305mm）表盘上双层 60 LED 环实时显示 DCF77 时间编码：内环显示下一分钟的实时接收码流，外环显示上一分钟校验无误后的时间。配合 4 块 8 位七段数码管显示解码后的日期时间、脉冲宽度、奇偶校验等诊断信息，双 ATmega328（双 Uno 架构）分工协作，集成 Udo Klein 超级滤波器实现信号合成与晶振自校准，支持整点/刻钟报时与秒滴答声。

核心特性

• 双环 60 LED：内环实时码流，外环校验后时间，每 LED 对应 1 秒
• 四块 MAX7219 七段管：2×0.56″ 显示时分秒/日期，2×0.39″ 显示脉冲/误差/奇偶校验
• 双 ATmega328：一块跑 DCF77 解码器，一块跑超级滤波器（需石英晶振，非谐振器）
• 超级滤波器：主动采样预测 DCF77 信号，合成无误差波形，自动校准晶振频率，失信号后仍能维持数天精度
• 声效系统：2×JQ6500 语音模块 + 3W 扬声器，分离控制秒滴答与整点/刻钟报时
• 7 枚拨码开关：控制滴答开关/音量、报时模式(24h/定时/关)、DCF77 声效、复位、信号源切换
• 光敏自动调光：LDR 读取环境光，4 通道 PWM 独立调节 LED 环、大小数码管、滤波器指示灯亮度
• 微波/PIR 人体感应：无人时熄屏省电
• 双表壳设计：复古橡木表壳修复版、现代黑色相框版

硬件架构

主控板 (Veroboard 手工焊接)

• 2 × ATmega328P (Uno 兼容)，滤波器那块必须外接 16MHz 石英晶振
• LM2596 降压模块输出 5V (≤450mA 满载，待机 80mA)
• DS3231 RTC (I²C)，改装为非充电纽扣电池
• 3 × MAX7219 点阵模块（拆下自带矩阵，接排针引出驱动 120+ 个离散 LED）
• 4 × MAX7219 七段管模块（需加 10μF 电容并短接输入二极管，防止级联压降）
• 2 × JQ6500 串口语音模块 + 3W 8Ω 扬声器
• RCWL-0516 微波雷达 / PIR 红外二选一
• DCF77 接收模块 (PV Electronics 或同类)

表盘制作

1. 1.5mm 铝板激光/手工钻孔 ~700 孔 (3mm LED 过盈配合)
2. TurboCAD 绘制表盘矢量图，喷墨打印水贴纸转印
3. 底漆+哑光白漆+哑光清漆，孔内刷漆增加摩擦力
4. 木块做 PCB 安装座，冲击胶粘接铝板背面

关键技术细节

MAX7219 模块级联修正

• 0.39″ 模块：补焊 10μF 电解电容于 IC 电源脚，飞线短接输入 1N4148 二极管
• 0.56″ 模块：同理加 10μF 电容、短接二极管
• 七段管殷红色不一，统一贴 ND0.9 中性密度减光片增强对比度
• 时钟冒号：代码固定第 3/6 位显示 "o"，黑胶带遮挡仅露两点

超级滤波器状态指示灯 (10 LED)

Filter On / DCF77 Filtered / DCF77 Signal / Signal Diff / Sync / Locked / Sync Lost <200ms / Sync Lost >200ms / Signal Dirty / Signal Bad

JQ6500 库修正

原库发送命令后阻塞等待响应导致 DCF77 解码丢包。在 JQ6500_Serial.cpp 第 263 行后插入：

if(!responseBuffer && !bufferLength) return; // 无需响应时立即返回

将阻塞从 ~1.1s 降至 ~10ms，保证分钟级解码不漏秒。

代码与资源

• DCF77 解码器固件：DCF_77_ANALYZER_CLOCK_Mk2_43.zip
• 超级滤波器固件：Superfilter07DCF77AnalyzerMK2.zip
• 表盘 CAD 图纸：turbocad_drawings_TESmpq119g.zip (含 4000×4000 PNG)
• 报时音效：bell_wYLvJG1pUl.zip (1-12 时 + 13-16 刻钟 + 17 测试音)
• 滴答音效：tick_tock_FLj9XHTJoB.zip
• JQ6500 英文烧录工具：JQ6500_English_MusicDownload_V1_2a.zip

完整原理图、Veroboard 布局、接线顺序、表壳修复过程详见项目主页：
https://www.brettoliver.org.uk/DCF77_Analyzer_Clock_Mk2/