每個(gè)數(shù)字時(shí)鐘內(nèi)部都有一個(gè)晶體來跟蹤時(shí)間。這種晶體不僅存在于時(shí)鐘中，而且存在于所有計(jì)算實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。該晶體產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，這是時(shí)序計(jì)算所必需的。雖然還有其他一些方法可以獲得更高的精度和頻率的時(shí)鐘脈沖，但最首選的方法是使用晶體來跟蹤時(shí)間。在這里，我們將DS3231 RTC IC 構(gòu)建一個(gè)基于 Atmega16 的數(shù)字掛鐘。DS3231 RTC 內(nèi)部有一個(gè)高精度晶體，因此不需要外部晶體振蕩器。

在這個(gè)數(shù)字時(shí)鐘項(xiàng)目中，十個(gè) 0.8 英寸的共陽極 7 段顯示器用于顯示時(shí)間和日期。這里使用七段顯示器來顯示小時(shí)、分鐘、日期、月份和年份。我們的 PCB 設(shè)計(jì)還具有顯示秒數(shù)和溫度的選項(xiàng)，可以通過添加更多顯示單元來顯示。

所需組件

ATmega16 AVR 微控制器

DS3231 實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路

共陽極0.8寸七段顯示器（比普通尺寸顯示器（0.56寸）大）

按鈕

紐扣電池 3v

7805穩(wěn)壓器

1000uf電容

蜂鳴器（可選）

晶體管 BC547 和 BC557

10uf電容

100 歐姆電阻

1k電阻

10k電阻

PCB板

跳線

小貼士

電源適配器

用戶也可以使用 Atmega32，它需要在生成十六進(jìn)制之前在編譯器中進(jìn)行配置。

電路圖及說明

這個(gè)數(shù)字掛鐘電路有兩個(gè)部分，一個(gè)是顯示部分，在五個(gè)不同的 PCB 板上有 5 對(duì) 7 段，另一個(gè)是控制單元部分，負(fù)責(zé)從 RTC 芯片獲取時(shí)間并將數(shù)據(jù)和時(shí)間發(fā)送到7段顯示。由于我們使用了 10 個(gè)七段顯示器，因此我們無法將每個(gè)顯示器連接到單獨(dú)的 IO 端口。因此，這里使用了多路復(fù)用技術(shù)，使用較少的微控制器引腳連接多個(gè)七段。

七段顯示器的 LED 引腳 a、b、c、d、e、f、g、h 與 atmega16 的 PORTB 并聯(lián)。這里我們使用了 10 個(gè)七段顯示器，所以我們需要 10 個(gè)控制引腳連接在 PORTD、PORTA 和 PORTC。

具有內(nèi)部晶體的 RTC DS3231 連接到 PORTC 的 SDA 和 SCL 引腳，因?yàn)樵撔酒ぷ髟?I2C 通信上。該芯片的接口方法與 DS1307 相同。我們已經(jīng)將DS1307 與 Arduino、Raspberry Pi和8051 MCU一起使用。DS3231 和 DS1307 可以使用相同的代碼。

兩個(gè) 10k 上拉電阻連接在 SDA 和 SCL 線上。一個(gè) 3v 紐扣電池用于為 RTC 芯片供電，即使在主電源關(guān)閉時(shí)也能跟蹤時(shí)間。每當(dāng)電源再次恢復(fù)時(shí)，時(shí)間將開始顯示在七段顯示器上?，F(xiàn)在我們?cè)?PORT A 有一些設(shè)置時(shí)間的按鈕，完整的過程在最后給出的視頻中解釋。5v 穩(wěn)壓器用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為 5v。所有連接都顯示在下面的電路圖中：

對(duì)于一個(gè)顯示板，使用兩個(gè)七段顯示器和 2 個(gè) LED。所以這里我們有五個(gè)不同的顯示板來顯示小時(shí)和分鐘 （HH-MM） 中的時(shí)間，以及 DD-MM-YY 中的日期。

數(shù)字時(shí)鐘的 PCB 設(shè)計(jì)和制造

對(duì)于這個(gè)基于 Atmega16 的掛鐘項(xiàng)目，我們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè) PCB。一是控制單元，用于控制項(xiàng)目的所有操作，二是用于在七段顯示器上顯示時(shí)間和日期。顯示部分包含五對(duì)0.8英寸七段顯示器。因此，通過組裝 5 個(gè)零件，我們就擁有了完整的數(shù)字時(shí)鐘。多路復(fù)用 7 段顯示器，5 塊 PCB 的數(shù)據(jù)線將連接到控制單元的同一個(gè)端口，控制線連接到控制單元的不同引腳。

下面是一個(gè)顯示板的 PCB 布局的頂視圖和底視圖，該顯示板由兩個(gè)七段顯示器組成：

下面是控制單元 PCB 的頂視圖和底視圖

焊接后的幾張電路板圖片 如下所示。

測(cè)試數(shù)字時(shí)鐘

本教程末尾給出了完整的代碼，只需按照電路圖連接PCB并將代碼上傳到Atmega16。您將在十個(gè)七段顯示屏上看到時(shí)間和日期。

可以使用控制單元上的四個(gè)按鈕設(shè)置時(shí)間??和日期。

/*

* 數(shù)字時(shí)鐘.c

#include

#define F_CPU 8000000UL

#include

#include

int day=6,dd=1,mm=3,yy=19;

無符號(hào)整數(shù)秒，分鐘=13，小時(shí)=4；

常量無符號(hào)整數(shù)[]={0X40,0X79,0X24,0X30,0X19,0X12,0X02,0X78,0X00,0X10}；

詮釋 d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8,d9;

易失的無符號(hào)整數(shù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)1；

#定義數(shù)字13

#define 數(shù)據(jù)端口 PORTB

#define controlPortD 端口

#define controlPortC PORTC

#define controlPortA PORTA

#define controlPortD_Mask 0x83

#define controlPortC_Mask 0x03

#define controlPortA_Mask 0x7F

#define 段關(guān)閉 -1

#define sw PINA

#定義集 4

#定義好 3

#向上定義2

#向下定義 1

#define setEvent (sw & (1<))<>

#define okEvent (sw & (1<))<>

#define upEvent (sw & (1<))<>

#define downEvent (sw & (1<))<>

#define LEDPORT PORTA

#define secLed 5

#define BUZPORT 端口

#定義蜂鳴器 7

字符閃爍標(biāo)志；

易失性字符 onFlag=0x00;

#define timeFormat 24

枚舉

{

小時(shí)=1，

分鐘，

日期，

月，

年，

};

字符 segOn[12]={0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x40,0x80,0x10,0x20,0x04,0x08}；

無效顯示（）；

無效更新時(shí)間（）；

ISR（TIMER1_OVF_vect）

{

展示（）;

TCNT1 = 64000;

}

無效選擇段（整數(shù)計(jì)數(shù)）

{

如果（計(jì)數(shù) < 5）

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

controlPortD|=segOn[計(jì)數(shù)]；

}

否則如果（計(jì)數(shù) == 5）

{

controlPortA|=segOn[計(jì)數(shù)]；

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

}

否則如果（計(jì)數(shù) == -1）

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

}

別的

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

controlPortC|=segOn[計(jì)數(shù)]；

}

}

無效段（整數(shù)計(jì)數(shù)，整數(shù)段）

{

如果（閃爍標(biāo)志 == 段）

{

如果（onFlag）

選擇段（段關(guān)閉）；

別的

選擇段（計(jì)數(shù)）；

}

別的

{

選擇段（計(jì)數(shù)）；

}

}

無效顯示（）

{

計(jì)數(shù)1++；

如果（計(jì)數(shù) 1>400）

{

計(jì)數(shù)1=0；

onFlag=!onFlag;

}

計(jì)數(shù)++；

如果（計(jì)數(shù)>數(shù)字）

計(jì)數(shù)=0；

開關(guān)（count%digit）

{

案例0：

段（計(jì)數(shù)，分鐘）；

數(shù)據(jù)端口=num[d0]；

休息;

情況1：

段（計(jì)數(shù)，分鐘）；

數(shù)據(jù)端口=num[d1]；

休息;

案例2：

段（計(jì)數(shù)，小時(shí)）；

數(shù)據(jù)端口=num[d2]；

休息;

案例3：

段（計(jì)數(shù)，小時(shí)）；

數(shù)據(jù)端口=數(shù)字[d3]；

休息;

案例4：

段（計(jì)數(shù)，日期）；

數(shù)據(jù)端口=num[d4];

休息;

案例5：

段（計(jì)數(shù)，日期）；

數(shù)據(jù)端口=數(shù)字[d5]；

休息;

案例6：

段（計(jì)數(shù)，月）；

數(shù)據(jù)端口=數(shù)字[d6]；

休息;

案例7：

段（計(jì)數(shù)，月）；

數(shù)據(jù)端口=數(shù)字[d7]；

休息;

案例8：

段（計(jì)數(shù)，年份）；

數(shù)據(jù)端口=數(shù)字[d8]；

休息;

案例9：

段（計(jì)數(shù)，年份）；

數(shù)據(jù)端口=num[d9]；

休息;

}

}

無效 timer1_init()

{

// 使用預(yù)分頻器 = 8 設(shè)置定時(shí)器

TCCR1B |= (1 << CS11);

//TCCR1B &= ~(1 << CS10);

//TCCR1B &= (1 << CS11);

//TCCR1B &= ~(1 << CS12);

TCNT1 = 63500;

TIMSK |= (1 << TOIE1);

sei();

}

int bcdtochar（字符數(shù)）

{

返回 ((num/16 * 10) + (num % 16));

}

int decobcd(字符數(shù))

{

返回 ((num/10)<<4) + (num % 10);

}

無效 RTC_start()

{

TWCR=(1<)|(1<

而((TWCR&0x80)==0x00);

}

無效設(shè)備（）

{

TWDR=0xD0；//RTC寫入（從地址）

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

TWDR=0x00；// 字地址寫入

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效 RTC_stp()

{

TWCR=(1<)|(1<

}

無效 RTC_read()

{

TWCR=(1<)|(1<

而((TWCR&0x80)==0x00);

TWDR=0xD0；//RTC寫入（從地址）

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

TWDR=0x00；//RTC寫入（字地址）

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

TWCR=(1<)|(1<

而 ((TWCR&0x80)==0x00);

TWDR=0xD1；// RTC 命令讀取

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效 sec_init（無符號(hào)字符 d）

{

TWDR=d; //第二次初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

void min_init(unsigned char d)

{

TWDR=d; //分鐘初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效 hr_init(無符號(hào)字符 d)

{

TWDR=d; //小時(shí)初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

void day_init(unsigned char d)

{

TWDR=d; //天數(shù)初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效日期初始化（無符號(hào)字符 d）

{

TWDR=d; //日期初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效month_init（無符號(hào)字符d）

{

TWDR=d; //月份初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效 yr_init（無符號(hào)字符 d）

{

TWDR=d; //年份初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

int sec_rw()

{

詮釋克[3]；

TWCR|=(1<)|(1<

而((TWCR & 0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

int min_rw()

{

TWCR|=(1<);>

TWCR|=(1<);<>

而((TWCR & 0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

int hr_rw()

{

TWCR|=(1<)|(1<

而((TWCR & 0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

int day_rd()

{

TWCR|=(1<)|(1<

而((TWCR&0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

int date_rw()

{

TWCR|=(1<)|(1<

而((TWCR & 0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

int month_rw()

{

TWCR|=(1<)|(1<

而((TWCR & 0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

int yr_rw()

{

TWCR|=(1<);>

TWCR&=(~(1<));<>

而((TWCR & 0x80)==0x00);

返回 bcdtochar(TWDR)??;

}

無效的設(shè)置時(shí)間（）

{

RTC_start();

設(shè)備（）;

sec_init(0);

min_init(dectobcd(min));

hr_init(dectobcd(hr));

day_init(dectobcd(天));

date_init(dectobcd(dd));

month_init(dectobcd(mm));

yr_init(dectobcd(yy));

RTC_stp();

}

無效 RTC()

{

RTC_read();

sec=sec_rw();

min=min_rw();

hr=hr_rw();

day=day_rd();

dd=date_rw();

mm=month_rw();

yy=yr_rw();

RTC_stp();

}

char getPara（字符數(shù)）

{

而（1）

{

更新時(shí)間（）;

如果（！upEvent）

{

計(jì)數(shù)1=0；

onFlag=0x00;

計(jì)數(shù)++；

如果（閃爍標(biāo)志 == 小時(shí)）

{

如果（時(shí)間格式 == 12）

{

如果（計(jì)數(shù)>12）

計(jì)數(shù)=0；

}

別的

{

如果（計(jì)數(shù) > 23）

計(jì)數(shù)=0；

}

小時(shí)=計(jì)數(shù)；

}

否則如果（blinkFlag == 分鐘）

{

如果（計(jì)數(shù)> 59）

計(jì)數(shù)=0；

分鐘=計(jì)數(shù)；

}

否則如果（blinkFlag == 月）

{

如果（計(jì)數(shù) > 12）

計(jì)數(shù)=1；

毫米=計(jì)數(shù)；

}

否則如果（blinkFlag == 日期）

{

if(mm == 4 || mm == 6 || mm == 9 || mm == 11)

{

如果（計(jì)數(shù) > 30）

計(jì)數(shù)=1；

}

否則 if(mm == 1 || mm == 3 || mm == 5 || mm == 7 || mm == 8 || mm == 10 || mm == 12)

{

如果（計(jì)數(shù) >31）

計(jì)數(shù)=1；

}

別的

{

int y=2000+yy;

如果（y/4 == 0 && y/400 == 0）

{

如果（計(jì)數(shù) > 29）

計(jì)數(shù)=1；

}

別的

{

如果（計(jì)數(shù) > 28）

計(jì)數(shù)=1；

}

}

dd=計(jì)數(shù)；

}

否則如果（blinkFlag == 年）

{

如果（計(jì)數(shù) >99）

計(jì)數(shù)=0；

YY=計(jì)數(shù)；

}

_delay_ms(200);

}

否則如果（！（downEvent））

{

數(shù)數(shù) - ;

如果（閃爍標(biāo)志 == 年）

{

如果（計(jì)數(shù)<0）

計(jì)數(shù)=99；

}

_delay_ms(100);

}

否則如果（！okEvent）

{

_delay_ms(1000);

返回計(jì)數(shù)；

}

}

}

無效設(shè)置時(shí)間（）

{

閃爍標(biāo)志=1；

hr=getPara(hr);

閃爍標(biāo)志++；

min=getPara(min);

閃爍標(biāo)志++；

dd=getPara(dd);

閃爍標(biāo)志++；

mm=getPara(mm);

閃爍標(biāo)志++；

yy=getPara(yy);

閃爍標(biāo)志=0；

}

無效更新時(shí)間（）

{

d0=min%10；

d1=分鐘/10；

d2=hr%10；

d3=小時(shí)/10；

d4=dd%10;

d5=dd/10；

d6=mm%10；

d7=mm/10；

d8=yy%10;

d9=yy/10；

}

詮釋主要（無效）

{

無符號(hào)長(zhǎng)整數(shù)時(shí)間；

DDRB=0xff；

DDRA=0xE0；

端口=0x1E；

DDRD=0xff；

DDRC=0xff；

timer1_init();

而（1）

{

實(shí)時(shí)時(shí)鐘（）；

更新時(shí)間（）;

_delay_ms(500);

LEDPORT|=1<;<>

_delay_ms(500);

LEDPORT&=~(1<);<>

如果（！setEvent）

{

設(shè)置時(shí)間（）；

設(shè)置時(shí)間（）;

}

}

}