基于Arduino UNO和四位数码制作数字时钟

数字挂钟现在越来越受欢迎，它们比模拟时钟更好，因为它提供了小时、分钟和秒的准确时间，并且易于读取数值。一些数字时钟也有许多设施，如显示温度、湿度、设置多个闹铃等。大多数数字时钟使用七段数码管。

我们之前使用七段数码管或使用1602 LCD制作了许多数字时钟电路。在本文中，主要介绍通过使用Arduino UNO和四位数码制作数字时钟，并以HH：MM格式显示时间。

需要的组件

● 4位7段数码管

● 74HC595

● DS3231 RTC模块

● Arduino UNO

● 面包板

● 连接跳线

四位七段数码管

四位七段数码管有四个七段数码管连接在一起。它们用于显示数值以及一些带小数和冒号的字母。显示屏可以双向使用。四位数码管可用于制作数字时钟或类似于0到9999之间的计数器。下面是四位七段数码管的内部图。

每个部分都有一个带独立控制的LED。七段数码管显示有两种类型，共阳极和共阴极。上图显示了共阳极七段数码管。

共阳极

在共阳极中，所有8个LED的所有正极（阳极）连接在一起，命名为COM。并且所有负极端子都保持断开或连接到微控制器引脚。通过使用微控制器，逻辑低电平用于点亮特定LED段，逻辑高电平熄灭LED。

共阴极

在共阴极中，所有8个LED的所有负极端子（阴极）连接在一起，命名为COM。并且所有正极端子都保持断开或连接到微控制器引脚。通过使用微控制器，逻辑高电平用于点亮特定LED段，逻辑低电平熄灭LED。。

74HC595移位寄存器IC

74HC595也称为8位串行输入 - 并行输出移位寄存器。该IC可以串行接收数据输入，并行控制8个输出引脚。这对于减少微控制器使用的引脚非常有用。

74HC595 IC的工作原理：

该IC使用三个引脚（如时钟、数据和锁存器）与微控制器来控制IC的8个输出引脚。时钟用于连续提供来自微控制器的脉冲，数据引脚用于发送数据，例如在相应的时钟时间需要将输出打开或关闭的数据。

DS3231 RTC模块

DS3231是一款RTC模块。 RTC代表实时时钟。即使电路未通电，该模块也用于记住时间和日期。它有一个备用电池CR2032，可在没有外部电源的情况下运行模块。该模块还包括温度传感器。该模块可用于嵌入式项目，如制作带温度指示器的数字时钟等.

该模块的一些功能和参数：

● RTC，计算秒、分、小时和年

● 数字温度传感器，精度为±3ºC

● 400Khz I2C接口

● 功耗低

● CR2032备用电池，具有两到三年的使用寿命

● 工作电压：2.3至5.5V

电路原理图

DS3231 RTC和Arduino UNO之间的电路连接：

编程Arduino UNO

在本文的末尾处给出了完整的代码。在编程部分中，将说明如何以24小时格式从RTC模块获取时间（小时和分钟），然后将其转换成用于在4位7段显示中显示它们的相应格式。

要将DS3231 RTC模块与Arduino UNO连接，使用Arduino UNO的I2C总线。程序中包含一个名为的库，用于访问设置和读取时间、日期、温度数据等功能。下载DS3231 RTC模块Arduino库。由于RTC模块使用I2C接口，因此程序中也使用库。

在本文中，小时和分钟首先从RTC获取，它们像0930（09:30 pm）一样被组合在一起然后各个数字被分开，如千、百、十、单位，并且各个数字被转换成二进制格式，如0到63（0111111）。该二进制代码被发送到移位寄存器，然后从移位寄存器发送到七段，成功地在七段显示中显示数字0。这样，四位数码管姐可以显示小时和分钟。

首先，包括必要的库，例如DS3231库和Wire库（I2C库）。

#include

#include

定义控制七段数码管的引脚。这些控制将在复用数码管中发挥重要作用。

#define latchPin 5

#define clockPin 6

#define dataPin 4

#define dot 2

声明变量存储从RTC获取的转换结果或原始结果。

int h; //Variable declared for hour

int m; //Variable declared for minute

int thousands;

int hundreds;

int tens;

int unit;

bool h24;

bool PM;

接下来，声明类DS3231的对象为RTC，以简化在以后代码中的使用。

DS3231 RTC;

由于RTC模块通过I2C通信与Arduino连接。因此，wire.begin()用于在RTC的默认地址中启动I2C通信，因为没有其他I2C模块。

Wire.begin();

定义引脚模式，确定GPIO是作为输出还是输入。

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函数将无限运行，首先需要从RTC DS3231模块读取以小时和分钟为单位的时间。 'h24'表示24小时格式变量。

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

int m = RTC.getMinute();

然后将小时和分钟组合为一个数字（例如，如果小时为10，则min为60，则数字为10 * 100 = 1000 + 60 = 1060）。

int number = h*100+m;

获得数字的各个位的数字（示例1060-1是千位，0是百位，1是十位，0是最后一个数字）。为了分开数字，使用模数运算符。例如，在1060得到1然后1060/1000 = 1.06％10 = 1）。因此，单独的数字存储在单独的变量中。

int thousands = number/1000%10;

int hundreds = number/100%10;

int tens = number/10%10;

int unit = number%10;

之后，定义每个数字的switch-case语句，用于将它们转换为相应的格式（二进制格式），并通过移位寄存器发送到7段显示。例如（对于1位数，它将转换为06（0000 0110））。因此它通过移位发出，1位数显示在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，通过'shiftout'函数以先MSB的方式发送二进制格式的数字，相应的数字引脚变为高电平，锁存引脚变为高电平。

digitalWrite(9, LOW);

digitalWrite(latchPin, LOW);

shiftOut(dataPin, clockPin, MSBFIRST,thousands);

digitalWrite(latchPin, HIGH);

digitalWrite(9, HIGH);

delay(5);

这样就完成了完整的代码。大多数函数说明都在代码注释部分的代码行旁边给出。时钟的频率将决定多路复用的时间和质量的、。如果使用的时钟低，那么可以看到闪烁，如果时钟速度高，那么就不会有这样的闪烁，可以看到稳定的时间。

请注意，要访问RTC模块，I2C总线需要有上拉电阻。
编辑：hfy