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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： DS3231 | Arduino UNO开发板 | VCC | 5V | GND | GND | SDA | A4 | SCL | A5 |
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<DS3231.h>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<wire.h>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 <Wire.h>
- #include<DS3231.h>
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。
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。 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）。
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。如果您有任何建议或有任何疑问，请在本帖下面进行回复。
代码 本文使用的完整代码如下：
main.zip
(1.2 KB, 下载次数: 299)
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