數字掛鐘現在越來越受歡迎，它們比模擬時鐘更好，因為它提供了小時、分鐘和秒的準確時間，并且易于讀取數值。一些數字時鐘也有許多設施，如顯示溫度、濕度、設置多個鬧鈴等。大多數數字時鐘使用七段數碼管。

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

需要的組件

● 4位7段數碼管

● 74HC595

● DS3231 RTC模塊

● Arduino UNO

● 面包板

● 連接跳線

四位七段數碼管

四位七段數碼管有四個七段數碼管連接在一起。它們用于顯示數值以及一些帶小數和冒號的字母。顯示屏可以雙向使用。四位數碼管可用于制作數字時鐘或類似于0到9999之間的計數器。下面是四位七段數碼管的內部圖。

每個部分都有一個帶獨立控制的LED。七段數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碼管。

共陽極

在共陽極中，所有8個LED的所有正極（陽極）連接在一起，命名為COM。并且所有負極端子都保持斷開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LED的所有負極端子（陰極）連接在一起，命名為COM。并且所有正極端子都保持斷開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可以串行接收數據輸入，并行控制8個輸出引腳。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使用三個引腳（如時鐘、數據和鎖存器）與微控制器來控制IC的8個輸出引腳。時鐘用于連續提供來自微控制器的脈沖，數據引腳用于發送數據，例如在相應的時鐘時間需要將輸出打開或關閉的數據。

DS3231 RTC模塊

DS3231是一款RTC模塊。 RTC代表實時時鐘。即使電路未通電，該模塊也用于記住時間和日期。它有一個備用電池CR2032，可在沒有外部電源的情況下運行模塊。該模塊還包括溫度傳感器。該模塊可用于嵌入式項目，如制作帶溫度指示器的數字時鐘等.

該模塊的一些功能和參數：

● RTC，計算秒、分、小時和年

● 數字溫度傳感器，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小時格式從RTC模塊獲取時間（小時和分鐘），然后將其轉換成用于在4位7段顯示中顯示它們的相應格式。

要將DS3231 RTC模塊與Arduino UNO連接，使用Arduino UNO的I2C總線。程序中包含一個名為的庫，用于訪問設置和讀取時間、日期、溫度數據等功能。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數字被分開，如千、百、十、單位，并且各個數字被轉換成二進制格式，如0到63（0111111）。該二進制代碼被發送到移位寄存器，然后從移位寄存器發送到七段，成功地在七段顯示中顯示數字0。這樣，四位數碼管姐可以顯示小時和分鐘。

首先，包括必要的庫，例如DS3231庫和Wire庫（I2C庫）。

#include

#include

定義控制七段數碼管的引腳。這些控制將在復用數碼管中發揮重要作用。

#define latchPin 5

#define clockPin 6

#define dataPin 4

#define dot 2

聲明變量存儲從RTC獲取的轉換結果或原始結果。

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的默認地址中啟動I2C通信，因為沒有其他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函數將無限運行，首先需要從RTC DS3231模塊讀取以小時和分鐘為單位的時間。 'h24'表示24小時格式變量。

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

int m = RTC.getMinute();

然后將小時和分鐘組合為一個數字（例如，如果小時為10，則min為60，則數字為10 * 100 = 1000 + 60 = 1060）。

int number = h*100+m;

獲得數字的各個位的數字（示例1060-1是千位，0是百位，1是十位，0是最后一個數字）。為了分開數字，使用模數運算符。例如，在1060得到1然后1060/1000 = 1.06％10 = 1）。因此，單獨的數字存儲在單獨的變量中。

int thousands = number/1000%10;

int hundreds = number/100%10;

int tens = number/10%10;

int unit = number%10;

之后，定義每個數字的switch-case語句，用于將它們轉換為相應的格式（二進制格式），并通過移位寄存器發送到7段顯示。例如（對于1位數，它將轉換為06（0000 0110））。因此它通過移位發出，1位數顯示在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'函數以先MSB的方式發送二進制格式的數字，相應的數字引腳變為高電平，鎖存引腳變為高電平。

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。大多數函數說明都在代碼注釋部分的代碼行旁邊給出。時鐘的頻率將決定多路復用的時間和質量的、。如果使用的時鐘低，那么可以看到閃爍，如果時鐘速度高，那么就不會有這樣的閃爍，可以看到穩定的時間。

編輯：hfy