如何利用DS3231構建一個基于Atmega16的數字掛鐘

每個數字時鐘內部都有一個晶體來跟蹤時間。這種晶體不僅存在于時鐘中，而且存在于所有計算實時系統中。該晶體產生時鐘脈沖，這是時序計算所必需的。雖然還有其他一些方法可以獲得更高的精度和頻率的時鐘脈沖，但最首選的方法是使用晶體來跟蹤時間。在這里，我們將DS3231 RTC IC 構建一個基于 Atmega16 的數字掛鐘。DS3231 RTC 內部有一個高精度晶體，因此不需要外部晶體振蕩器。

在這個數字時鐘項目中，十個 0.8 英寸的共陽極 7 段顯示器用于顯示時間和日期。這里使用七段顯示器來顯示小時、分鐘、日期、月份和年份。我們的 PCB 設計還具有顯示秒數和溫度的選項，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 實時時鐘集成電路

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制之前在編譯器中進行配置。

電路圖及說明

這個數字掛鐘電路有兩個部分，一個是顯示部分，在五個不同的 PCB 板上有 5 對 7 段，另一個是控制單元部分，負責從 RTC 芯片獲取時間并將數據和時間發送到7段顯示。由于我們使用了 10 個七段顯示器，因此我們無法將每個顯示器連接到單獨的 IO 端口。因此，這里使用了多路復用技術，使用較少的微控制器引腳連接多個七段。

七段顯示器的 LED 引腳 a、b、c、d、e、f、g、h 與 atmega16 的 PORTB 并聯。這里我們使用了 10 個七段顯示器，所以我們需要 10 個控制引腳連接在 PORTD、PORTA 和 PORTC。

具有內部晶體的 RTC DS3231 連接到 PORTC 的 SDA 和 SCL 引腳，因為該芯片工作在 I2C 通信上。該芯片的接口方法與 DS1307 相同。我們已經將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 10k 上拉電阻連接在 SDA 和 SCL 線上。一個 3v 紐扣電池用于為 RTC 芯片供電，即使在主電源關閉時也能跟蹤時間。每當電源再次恢復時，時間將開始顯示在七段顯示器上?，F在我們在 PORT A 有一些設置時間的按鈕，完整的過程在最后給出的視頻中解釋。5v 穩壓器用于將輸入電壓轉換為 5v。所有連接都顯示在下面的電路圖中：

對于一個顯示板，使用兩個七段顯示器和 2 個 LED。所以這里我們有五個不同的顯示板來顯示小時和分鐘 （HH-MM） 中的時間，以及 DD-MM-YY 中的日期。

數字時鐘的 PCB 設計和制造

對于這個基于 Atmega16 的掛鐘項目，我們設計了兩個 PCB。一是控制單元，用于控制項目的所有操作，二是用于在七段顯示器上顯示時間和日期。顯示部分包含五對0.8英寸七段顯示器。因此，通過組裝 5 個零件，我們就擁有了完整的數字時鐘。多路復用 7 段顯示器，5 塊 PCB 的數據線將連接到控制單元的同一個端口，控制線連接到控制單元的不同引腳。

下面是一個顯示板的 PCB 布局的頂視圖和底視圖，該顯示板由兩個七段顯示器組成：

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。

測試數字時鐘

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。您將在十個七段顯示屏上看到時間和日期。

可以使用控制單元上的四個按鈕設置時間??和日期。

/*

* 數字時鐘.c

#include

#define F_CPU 8000000UL

#include

#include

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

無符號整數秒，分鐘=13，小時=4；

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

詮釋 d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8,d9;

易失的無符號整數計數，計數1；

#定義數字13

#define 數據端口 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

字符閃爍標志；

易失性字符 onFlag=0x00;

#define timeFormat 24

枚舉

{

小時=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（）；

無效更新時間（）；

ISR（TIMER1_OVF_vect）

{

展示（）;

TCNT1 = 64000;

}

無效選擇段（整數計數）

{

如果（計數 < 5）

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

controlPortD|=segOn[計數]；

}

否則如果（計數 == 5）

{

controlPortA|=segOn[計數]；

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

}

否則如果（計數 == -1）

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

}

別的

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

controlPortC|=segOn[計數]；

}

}

無效段（整數計數，整數段）

{

如果（閃爍標志 == 段）

{

如果（onFlag）

選擇段（段關閉）；

別的

選擇段（計數）；

}

別的

{

選擇段（計數）；

}

}

無效顯示（）

{

計數1++；

如果（計數 1>400）

{

計數1=0；

onFlag=!onFlag;

}

計數++；

如果（計數>數字）

計數=0；

開關（count%digit）

{

案例0：

段（計數，分鐘）；

數據端口=num[d0]；

休息;

情況1：

段（計數，分鐘）；

數據端口=num[d1]；

休息;

案例2：

段（計數，小時）；

數據端口=num[d2]；

休息;

案例3：

段（計數，小時）；

數據端口=數字[d3]；

休息;

案例4：

段（計數，日期）；

數據端口=num[d4];

休息;

案例5：

段（計數，日期）；

數據端口=數字[d5]；

休息;

案例6：

段（計數，月）；

數據端口=數字[d6]；

休息;

案例7：

段（計數，月）；

數據端口=數字[d7]；

休息;

案例8：

段（計數，年份）；

數據端口=數字[d8]；

休息;

案例9：

段（計數，年份）；

數據端口=num[d9]；

休息;

}

}

無效 timer1_init()

{

// 使用預分頻器 = 8 設置定時器

TCCR1B |= (1 << CS11);

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

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

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

TCNT1 = 63500;

TIMSK |= (1 << TOIE1);

sei();

}

int bcdtochar（字符數）

{

返回 ((num/16 * 10) + (num % 16));

}

int decobcd(字符數)

{

返回 ((num/10)<<4) + (num % 10);

}

無效 RTC_start()

{

TWCR=(1<)|(1<

而((TWCR&0x80)==0x00);

}

無效設備（）

{

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(無符號字符 d)

{

TWDR=d; //小時初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

void day_init(unsigned char d)

{

TWDR=d; //天數初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效日期初始化（無符號字符 d）

{

TWDR=d; //日期初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效month_init（無符號字符d）

{

TWDR=d; //月份初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

無效 yr_init（無符號字符 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)??;

}

無效的設置時間（）

{

RTC_start();

設備（）;

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）

{

而（1）

{

更新時間（）;

如果（！upEvent）

{

計數1=0；

onFlag=0x00;

計數++；

如果（閃爍標志 == 小時）

{

如果（時間格式 == 12）

{

如果（計數>12）

計數=0；

}

別的

{

如果（計數 > 23）

計數=0；

}

小時=計數；

}

否則如果（blinkFlag == 分鐘）

{

如果（計數> 59）

計數=0；

分鐘=計數；

}

否則如果（blinkFlag == 月）

{

如果（計數 > 12）

計數=1；

毫米=計數；

}

否則如果（blinkFlag == 日期）

{

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

{

如果（計數 > 30）

計數=1；

}

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

{

如果（計數 >31）

計數=1；

}

別的

{

int y=2000+yy;

如果（y/4 == 0 && y/400 == 0）

{

如果（計數 > 29）

計數=1；

}

別的

{

如果（計數 > 28）

計數=1；

}

}

dd=計數；

}

否則如果（blinkFlag == 年）

{

如果（計數 >99）

計數=0；

YY=計數；

}

_delay_ms(200);

}

否則如果（?。╠ownEvent））

{

數數 - ;

如果（閃爍標志 == 年）

{

如果（計數<0）

計數=99；

}

_delay_ms(100);

}

否則如果（！okEvent）

{

_delay_ms(1000);

返回計數；

}

}

}

無效設置時間（）

{

閃爍標志=1；

hr=getPara(hr);

閃爍標志++；

min=getPara(min);

閃爍標志++；

dd=getPara(dd);

閃爍標志++；

mm=getPara(mm);

閃爍標志++；

yy=getPara(yy);

閃爍標志=0；

}

無效更新時間（）

{

d0=min%10；

d1=分鐘/10；

d2=hr%10；

d3=小時/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）

{

無符號長整數時間；

DDRB=0xff；

DDRA=0xE0；

端口=0x1E；

DDRD=0xff；

DDRC=0xff；

timer1_init();

而（1）

{

實時時鐘（）；

更新時間（）;

_delay_ms(500);

LEDPORT|=1<;<>

_delay_ms(500);

LEDPORT&=~(1<);<>

如果（！setEvent）

{

設置時間（）；

設置時間（）;

}

}

}