基于Arduino UNO和四位數(shù)碼制作數(shù)字時(shí)鐘

數(shù)字掛鐘現(xiàn)在越來越受歡迎，它們比模擬時(shí)鐘更好，因?yàn)樗峁┝诵r(shí)、分鐘和秒的準(zhǔn)確時(shí)間，并且易于讀取數(shù)值。一些數(shù)字時(shí)鐘也有許多設(shè)施，如顯示溫度、濕度、設(shè)置多個(gè)鬧鈴等。大多數(shù)數(shù)字時(shí)鐘使用七段數(shù)碼管。

我們之前使用七段數(shù)碼管或使用1602 LCD制作了許多數(shù)字時(shí)鐘電路。在本文中，主要介紹通過使用Arduino UNO和四位數(shù)碼制作數(shù)字時(shí)鐘，并以HH：MM格式顯示時(shí)間。

需要的組件

● 4位7段數(shù)碼管

● 74HC595

● DS3231 RTC模塊

● Arduino UNO

● 面包板

● 連接跳線

四位七段數(shù)碼管

四位七段數(shù)碼管有四個(gè)七段數(shù)碼管連接在一起。它們用于顯示數(shù)值以及一些帶小數(shù)和冒號的字母。顯示屏可以雙向使用。四位數(shù)碼管可用于制作數(shù)字時(shí)鐘或類似于0到9999之間的計(jì)數(shù)器。下面是四位七段數(shù)碼管的內(nèi)部圖。

每個(gè)部分都有一個(gè)帶獨(dú)立控制的LED。七段數(shù)碼管顯示有兩種類型，共陽極和共陰極。上圖顯示了共陽極七段數(shù)碼管。

共陽極

在共陽極中，所有8個(gè)LED的所有正極（陽極）連接在一起，命名為COM。并且所有負(fù)極端子都保持?jǐn)嚅_或連接到微控制器引腳。通過使用微控制器，邏輯低電平用于點(diǎn)亮特定LED段，邏輯高電平熄滅LED。

共陰極

在共陰極中，所有8個(gè)LED的所有負(fù)極端子（陰極）連接在一起，命名為COM。并且所有正極端子都保持?jǐn)嚅_或連接到微控制器引腳。通過使用微控制器，邏輯高電平用于點(diǎn)亮特定LED段，邏輯低電平熄滅LED。。

74HC595移位寄存器IC

74HC595也稱為8位串行輸入 - 并行輸出移位寄存器。該IC可以串行接收數(shù)據(jù)輸入，并行控制8個(gè)輸出引腳。這對于減少微控制器使用的引腳非常有用。

74HC595 IC的工作原理：

該IC使用三個(gè)引腳（如時(shí)鐘、數(shù)據(jù)和鎖存器）與微控制器來控制IC的8個(gè)輸出引腳。時(shí)鐘用于連續(xù)提供來自微控制器的脈沖，數(shù)據(jù)引腳用于發(fā)送數(shù)據(jù)，例如在相應(yīng)的時(shí)鐘時(shí)間需要將輸出打開或關(guān)閉的數(shù)據(jù)。

DS3231 RTC模塊

DS3231是一款RTC模塊。 RTC代表實(shí)時(shí)時(shí)鐘。即使電路未通電，該模塊也用于記住時(shí)間和日期。它有一個(gè)備用電池CR2032，可在沒有外部電源的情況下運(yùn)行模塊。該模塊還包括溫度傳感器。該模塊可用于嵌入式項(xiàng)目，如制作帶溫度指示器的數(shù)字時(shí)鐘等.

該模塊的一些功能和參數(shù)：

● RTC，計(jì)算秒、分、小時(shí)和年

● 數(shù)字溫度傳感器，精度為±3oC

● 400Khz I2C接口

● 功耗低

● CR2032備用電池，具有兩到三年的使用壽命

● 工作電壓：2.3至5.5V

電路原理圖

DS3231 RTC和Arduino UNO之間的電路連接：

編程Arduino UNO

在本文的末尾處給出了完整的代碼。在編程部分中，將說明如何以24小時(shí)格式從RTC模塊獲取時(shí)間（小時(shí)和分鐘），然后將其轉(zhuǎn)換成用于在4位7段顯示中顯示它們的相應(yīng)格式。

要將DS3231 RTC模塊與Arduino UNO連接，使用Arduino UNO的I2C總線。程序中包含一個(gè)名為的庫，用于訪問設(shè)置和讀取時(shí)間、日期、溫度數(shù)據(jù)等功能。下載DS3231 RTC模塊Arduino庫。由于RTC模塊使用I2C接口，因此程序中也使用庫。

在本文中，小時(shí)和分鐘首先從RTC獲取，它們像0930（09:30 pm）一樣被組合在一起然后各個(gè)數(shù)字被分開，如千、百、十、單位，并且各個(gè)數(shù)字被轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制格式，如0到63（0111111）。該二進(jìn)制代碼被發(fā)送到移位寄存器，然后從移位寄存器發(fā)送到七段，成功地在七段顯示中顯示數(shù)字0。這樣，四位數(shù)碼管姐可以顯示小時(shí)和分鐘。

首先，包括必要的庫，例如DS3231庫和Wire庫（I2C庫）。

#include

#include

定義控制七段數(shù)碼管的引腳。這些控制將在復(fù)用數(shù)碼管中發(fā)揮重要作用。

#define latchPin 5

#define clockPin 6

#define dataPin 4

#define dot 2

聲明變量存儲(chǔ)從RTC獲取的轉(zhuǎn)換結(jié)果或原始結(jié)果。

int h; //Variable declared for hour

int m; //Variable declared for minute

int thousands;

int hundreds;

int tens;

int unit;

bool h24;

bool PM;

接下來，聲明類DS3231的對象為RTC，以簡化在以后代碼中的使用。

DS3231 RTC;

由于RTC模塊通過I2C通信與Arduino連接。因此，wire.begin()用于在RTC的默認(rèn)地址中啟動(dòng)I2C通信，因?yàn)闆]有其他I2C模塊。

Wire.begin();

定義引腳模式，確定GPIO是作為輸出還是輸入。

pinMode(9,OUTPUT);

pinMode(10,OUTPUT);

pinMode(11,OUTPUT);

pinMode(12,OUTPUT);

pinMode(latchPin, OUTPUT);

pinMode(clockPin, OUTPUT);

pinMode(dataPin, OUTPUT);

pinMode(dot,OUTPUT);

loop函數(shù)將無限運(yùn)行，首先需要從RTC DS3231模塊讀取以小時(shí)和分鐘為單位的時(shí)間。 'h24'表示24小時(shí)格式變量。

int h= RTC.getHour(h24, PM);

int m = RTC.getMinute();

然后將小時(shí)和分鐘組合為一個(gè)數(shù)字（例如，如果小時(shí)為10，則min為60，則數(shù)字為10 * 100 = 1000 + 60 = 1060）。

int number = h*100+m;

獲得數(shù)字的各個(gè)位的數(shù)字（示例1060-1是千位，0是百位，1是十位，0是最后一個(gè)數(shù)字）。為了分開數(shù)字，使用模數(shù)運(yùn)算符。例如，在1060得到1然后1060/1000 = 1.06％10 = 1）。因此，單獨(dú)的數(shù)字存儲(chǔ)在單獨(dú)的變量中。

int thousands = number/1000%10;

int hundreds = number/100%10;

int tens = number/10%10;

int unit = number%10;

之后，定義每個(gè)數(shù)字的switch-case語句，用于將它們轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的格式（二進(jìn)制格式），并通過移位寄存器發(fā)送到7段顯示。例如（對于1位數(shù)，它將轉(zhuǎn)換為06（0000 0110））。因此它通過移位發(fā)出，1位數(shù)顯示在7段（0表示LOW，1表示HIGH）。

switch (t)

{

case 0:

unit = 63;

break;

case 1:

unit = 06;

break;

case 2:

unit =91;

break;

case 3:

unit=79;

break;

case 4:

unit=102;

break;

case 5:

unit = 109;

break;

case 6:

unit =125;

case 7:

unit = 07;

break;

case 8:

unit = 127;

break;

case 9:

unit =103;

break;

}

然后，通過'shiftout'函數(shù)以先MSB的方式發(fā)送二進(jìn)制格式的數(shù)字，相應(yīng)的數(shù)字引腳變?yōu)楦唠娖剑i存引腳變?yōu)楦唠娖健?/p>

digitalWrite(9, LOW);

digitalWrite(latchPin, LOW);

shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST,thousands);

digitalWrite(latchPin, HIGH);

digitalWrite(9, HIGH);

delay(5);

這樣就完成了完整的代碼。大多數(shù)函數(shù)說明都在代碼注釋部分的代碼行旁邊給出。時(shí)鐘的頻率將決定多路復(fù)用的時(shí)間和質(zhì)量的、。如果使用的時(shí)鐘低，那么可以看到閃爍，如果時(shí)鐘速度高，那么就不會(huì)有這樣的閃爍，可以看到穩(wěn)定的時(shí)間。

請注意，要訪問RTC模塊，I2C總線需要有上拉電阻。
編輯：hfy