如今，数字挂钟正变得越来越流行，并且它比模拟时钟更好，因为它提供了以小时，分钟和秒为单位的准确时间，并且易于读取数值。一些数字时钟还具有许多功能，例如显示温度，湿度，设置多个警报等。大多数数字时钟使用七段显示。
我们以前使用7段显示器或16x2 LCD构建了许多数字时钟电路。在这里，您可以完成基于AVR的数字时钟的完整PCB设计。本教程将通过使用Arduino UNO多路复用4-7段显示并以HH：MM格式显示时间来制作数字时钟。
所需组件
- 4位7段显示
- 74HC595 IC
- DS3231 RTC模块
- Arduino UNO
- 面包板
- 连接线
4位7段显示
4位7段显示器将四个七个段显示器连接在一起，或者可以说是多路复用。它们用于显示数值以及带有小数点和冒号的一些字母。该显示可以双向使用。四位数字对于制作数字时钟或对0到9999之间的数字进行计数非常有用。下面是4位7段显示的内部示意图。
每个段都有一个带独立LED控制的LED。七段式显示器有两种类型，例如“共阳极”和“共阴极”。上图显示了共阳极7段显示。
共同阳极
在“公共阳极”中，所有8个LED的所有正极（阳极）都连接在一起，称为COM。并且所有负极端子都保持不变或连接到微控制器引脚。通过使用微控制器，如果将逻辑低电平设置为点亮特定的LED段，而将逻辑高电平设置为关闭LED。
普通阴极
在共阴极中，所有8个LED的所有负极端子（阴极）都连接在一起，称为COM。并且所有正极端子都保持不变或连接到微控制器引脚。通过使用微控制器，如果将逻辑设置为高电平来点亮LED，而设置为低电平来关闭LED。
在此处了解有关7段显示器的更多信息，并检查如何将其与其他微控制器接口：
- 与Arduino的7段显示器接口
- 与Raspberry Pi的7段显示器接口
- 七段显示器与ARM7-LPC2148的接口
- 与PIC单片机的7段显示器接口
- 与8051单片机的7段显示器接口
74HC595移位寄存器IC
所述IC 74HC595也称为8位串行IN -并行输出移位寄存器。该IC可以接收串行输入的数据，并可以并行控制8个输出引脚。这对于减少微控制器使用的引脚很有用。您可以在这里找到所有与74HC595移位寄存器相关的项目。
74HC595 IC的工作：
该IC使用微控制器的时钟，数据和锁存器等三个引脚来控制IC的8个输出引脚。时钟用于提供来自微控制器的连续脉冲，数据引脚用于发送数据，例如需要在相应的时钟时间打开或关闭输出。
引脚排列：
|
针号 |
引脚名称 |
描述 |
|
1,2,3,4,5,6,7 |
输出引脚（Q1至Q7） |
74HC595具有8个输出引脚，其中7个是这些引脚。它们可以串行控制 |
|
8 |
地面 |
连接到微控制器的接地 |
|
9 |
（Q7）串行输出 |
该引脚用于级联多个74HC595 |
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10 |
（MR）主重置 |
将所有输出复位为低电平。必须保持高位才能正常运行 |
|
11 |
（SH_CP）时钟 |
这是时钟引脚，必须从MCU / MPU提供时钟信号 |
|
12 |
（ST_CP）闩锁 |
锁存引脚用于将数据更新到输出引脚。高活跃 |
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13 |
（OE）输出使能 |
输出使能用于关闭输出。必须保持低电平才能正常运行 |
|
14 |
（DS）串行数据 |
这是向其发送数据的引脚，基于该引脚可控制8个输出 |
|
15 |
（Q0）输出 |
第一个输出引脚。 |
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16 |
Vcc |
该引脚为IC供电，通常使用+ 5V。 |
DS3231 RTC模块
DS3231是一个RTC模块。RTC代表实时时钟。该模块用于记住时间和日期，即使电路未通电也是如此。它具有备用电池CR2032，可在没有外部电源的情况下运行模块。该模块还包括一个温度传感器。该模块可用于嵌入式项目，例如制作带有温度指示器的数字时钟等。以下是一些有用的项目：
- 使用Arduino的自动宠物喂食器
- 将RTC模块（DS3231）与PIC微控制器连接：数字时钟
- 将RTC模块（DS3231）与MSP430连接：数字时钟
- 使用DS3231模块的ESP32实时时钟
- 使用AVR微控制器Atmega16和DS3231 RTC的PCB上的数字壁钟
DS3231的引脚排列：
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引脚名称 |
采用 |
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VCC |
连接电源正极 |
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地线 |
接地 |
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SDA |
串行数据引脚（I2C） |
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SCL |
串行时钟引脚（I2C） |
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品质保证 |
方波输出引脚 |
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32K |
32K振荡器输出 |
特性和规格：
- RTC计算秒，分钟，小时和年
- 数字温度传感器，精度为±3ºC
- 注册老化装饰
- 400Khz I2C接口
- 低功耗
- CR2032备用电池，使用寿命为两到三年
- 工作电压：2.3至5.5V
电路原理图
DS3231 RTC与Arduino UNO之间的电路连接：
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DS3231 |
Arduino UNO |
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VCC |
5伏 |
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地线 |
地线 |
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SDA |
A4 |
|
SCL |
A4 |
74HC595 IC与Arduino Uno之间的电路连接：
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74HC595 IC |
Arduino UNO |
|
11-SH_CP（SRCLK） |
6 |
|
12-ST_CP（RCLK） |
5 |
|
14-DS（数据） |
4 |
|
13-OE（闩锁） |
地线 |
|
8-GND |
地线 |
|
10-MR（SRCLR） |
+5伏 |
|
16 VCC |
+5伏 |
IC 74HC595和4位七段与Arduino UNO之间的电路连接：
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4-DigitSevenSegment |
集成电路74HC595 |
Arduino UNO |
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一种 |
Q0 |
-- |
|
乙 |
Q1 |
-- |
|
C |
Q2 |
-- |
|
d |
Q3 |
-- |
|
Ë |
Q4 |
-- |
|
F |
Q5 |
-- |
|
G |
Q6 |
-- |
|
D1 |
-- |
10 |
|
D2 |
-- |
11 |
|
D3 |
-- |
12 |
|
D4 |
-- |
9 |
编程Arduino UNO以复用七段显示
本教程末尾附有完整的代码和工作视频。在编程部分，将说明如何以24小时格式从RTC模块中提取时间（小时和分钟），然后将其转换为相应的格式，以便在4位7段显示中显示它们。
要将DS3231 RTC模块与Arduino UNO连接，使用了Arduino UNO的I2C总线。一个名为
在此概念中，小时和分钟首先从RTC中获取，然后像0930（09:30 pm）一样组合在一起，然后将各个数字分开，如千，百，十，单位，然后将各个数字转换为二进制格式，如0放入63（0111111）。将该二进制代码发送到移位寄存器，然后从移位寄存器发送到七段，从而在七段显示中成功显示数字0。这样，四个数字被多路复用并显示小时和分钟。
最初，包含必需的库，例如DS3231库和Wire库（I2C库）。
#包括
引脚定义为七段式控制。这些控件将在多路显示中扮演重要角色。
#定义闩锁引脚5 #定义时钟引脚6 #定义数据引脚4#定义 点2
声明变量以存储从RTC提取的转换结果或原始结果。
诠释 //将变量声明为小时 int m; //将变量声明为分钟 int千； 整数百 整数 整数单位 布尔h24; 布尔PM;
接下来，将类DS3231的对象声明为RTC，以简化后续代码的使用。
DS3231 RTC;
由于RTC模块通过I2C通信与Arduino接口。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（）;
所述销模式被定义，所述GPIO是否将表现为输出或输入。
pinMode（9，输出）; pinMode（10，输出）; pinMode（11，输出）; pinMode（12，输出）; pinMode（latchPin，输出）; pinMode（clockPin，OUTPUT）; pinMode（数据输入，输出）; pinMode（点，输出）;
循环无限运行，并且需要RTC DS3231模块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，最小为60，则数字为10 * 100 = 1000 + 60 = 1060）。
整数= h * 100 + m;
在从多个单独的数字被获得（例如1060- 1是千，0 hundered，1是第十和0是最后一位）。为了分隔数字，使用了模运算符。例如，在1060中获得1，则1060/1000 = 1.06％10 = 1）。因此，单独的数字存储在单独的变量中。
千位整数=数字/ 1000％10; 整数百=数字/ 100％10; 整数tens =数字/ 10％10; int单位=数字％10;
之后，为每个单独的数字定义一个切换案例语句，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出去，以7段显示。例如（对于1位数字，它将更改为06（0000 0110））。因此它通过移位发送出去，并在7段中显示1位数字（0表示低，1表示高）。
开关（t） { 情况0： 单位= 63； 打破; 情况1： 单位= 06； 打破; 情况2： 单位= 91； 打破; 情况3： 单位= 79； 打破; 情况4： unit = 102; 打破; 情况5： 单位= 109； 打破; 情况6： 单位= 125； 情况7： 单位= 07； 打破; 情况8： 单位= 127； 打破; 情况9： 单位= 103； 打破; }
然后，首先通过MSB的“移出”功能将二进制格式的单个数字发送出去，并将各个数字引脚设为高电平并将锁存引脚设为高电平。
digitalWrite（9，LOW）; digitalWrite（latchPin，LOW）; shiftOut（dataPin，clockPin，MSBFIRST，数千）; digitalWrite（latchPin，HIGH）; digitalWrite（9，HIGH）; delay（5）;
这样就完成了完整的代码。大多数功能说明在代码行旁边的代码注释部分中给出。时钟的频率将决定时间的视图和多路复用的质量，即如果使用低时钟，则可以看到闪烁，而如果时钟速度很高，则不会出现这种闪烁，并且可以看到稳定的时间。
请注意，要访问RTC模块，必须保持I2C总线电压。为了提供任何建议或您有任何疑问，请在下面评论。