如何利用DS3231构建一个基于Atmega16的数字挂钟

　　每个数字时钟内部都有一个晶体来跟踪时间。这种晶体不仅存在于时钟中，而且存在于所有计算实时系统中。该晶体产生时钟脉冲，这是时序计算所必需的。虽然还有其他一些方法可以获得更高的精度和频率的时钟脉冲，但最首选的方法是使用晶体来跟踪时间。在这里，我们将DS3231 RTC IC 构建一个基于 Atmega16 的数字挂钟。DS3231 RTC 内部有一个高精度晶体，因此不需要外部晶体振荡器。

　　在这个数字时钟项目中，十个 0.8 英寸的共阳极 7 段显示器用于显示时间和日期。这里使用七段显示器来显示小时、分钟、日期、月份和年份。我们的 PCB 设计还具有显示秒数和温度的选项，可以通过添加更多显示单元来显示。

　　所需组件

　　ATmega16 AVR 微控制器

　　DS3231 实时时钟集成电路

　　共阳极0.8寸七段显示器（比普通尺寸显示器（0.56寸）大）

　　按钮

　　纽扣电池 3v

　　7805稳压器

　　1000uf电容

　　蜂鸣器（可选）

　　晶体管 BC547 和 BC557

　　10uf电容

　　100 欧姆电阻

　　1k电阻

　　10k电阻

　　PCB板

　　跳线

　　小贴士

　　电源适配器

　　用户也可以使用 Atmega32，它需要在生成十六进制之前在编译器中进行配置。

　　电路图及说明

　　这个数字挂钟电路有两个部分，一个是显示部分，在五个不同的 PCB 板上有 5 对 7 段，另一个是控制单元部分，负责从 RTC 芯片获取时间并将数据和时间发送到7段显示。由于我们使用了 10 个七段显示器，因此我们无法将每个显示器连接到单独的 IO 端口。因此，这里使用了多路复用技术，使用较少的微控制器引脚连接多个七段。

　　

　　七段显示器的 LED 引脚 a、b、c、d、e、f、g、h 与 atmega16 的 PORTB 并联。这里我们使用了 10 个七段显示器，所以我们需要 10 个控制引脚连接在 PORTD、PORTA 和 PORTC。

　　具有内部晶体的 RTC DS3231 连接到 PORTC 的 SDA 和 SCL 引脚，因为该芯片工作在 I2C 通信上。该芯片的接口方法与 DS1307 相同。我们已经将DS1307 与 Arduino、Raspberry Pi和8051 MCU一起使用。DS3231 和 DS1307 可以使用相同的代码。

　　两个 10k 上拉电阻连接在 SDA 和 SCL 线上。一个 3v 纽扣电池用于为 RTC 芯片供电，即使在主电源关闭时也能跟踪时间。每当电源再次恢复时，时间将开始显示在七段显示器上。现在我们在 PORT A 有一些设置时间的按钮，完整的过程在最后给出的视频中解释。5v 稳压器用于将输入电压转换为 5v。所有连接都显示在下面的电路图中：

　　

　　对于一个显示板，使用两个七段显示器和 2 个 LED。所以这里我们有五个不同的显示板来显示小时和分钟 （HH-MM） 中的时间，以及 DD-MM-YY 中的日期。

　　

　　

　　数字时钟的 PCB 设计和制造

　　对于这个基于 Atmega16 的挂钟项目，我们设计了两个 PCB。一是控制单元，用于控制项目的所有操作，二是用于在七段显示器上显示时间和日期。显示部分包含五对0.8英寸七段显示器。因此，通过组装 5 个零件，我们就拥有了完整的数字时钟。多路复用 7 段显示器，5 块 PCB 的数据线将连接到控制单元的同一个端口，控制线连接到控制单元的不同引脚。

　　下面是一个显示板的 PCB 布局的顶视图和底视图，该显示板由两个七段显示器组成：

　　

　　下面是控制单元 PCB 的顶视图和底视图

　　

　　焊接后的几张电路板图片 如下所示。

　　

　　

　　测试数字时钟

　　本教程末尾给出了完整的代码，只需按照电路图连接PCB并将代码上传到Atmega16。您将在十个七段显示屏上看到时间和日期。

　　

　　可以使用控制单元上的四个按钮设置时间​​和日期。
 

/*

 * 数字时钟.c

#include

#define F_CPU 8000000UL

#include

#include

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

无符号整数秒，分钟=13，小时=4；

常量无符号整数[]={0X40,0X79,0X24,0X30,0X19,0X12,0X02,0X78,0X00,0X10}；

诠释 d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7,d8,d9;

易失的无符号整数计数，计数1；

#定义数字13

#define 数据端口 PORTB

#define controlPortD 端口

#define controlPortC PORTC

#define controlPortA PORTA

#define controlPortD_Mask 0x83

#define controlPortC_Mask 0x03

#define controlPortA_Mask 0x7F

#define 段关闭 -1

#define sw PINA

#定义集 4

#定义好 3

#向上定义2

#向下定义 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

#定义蜂鸣器 7

字符闪烁标志；

易失性字符 onFlag=0x00;

#define timeFormat 24

枚举

{

小时=1，

分钟，

日期，

月，

年，

};

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

无效显示（）；

无效更新时间（）；

ISR（TIMER1_OVF_vect）

{

展示（）;

TCNT1 = 64000;

}

无效选择段（整数计数）

{

如果（计数 < 5）

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

controlPortD|=segOn[计数]；

}

否则如果（计数 == 5）

{

controlPortA|=segOn[计数]；

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

}

否则如果（计数 == -1）

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

}

别的

{

controlPortA&=controlPortA_Mask;

controlPortC&=controlPortC_Mask;

controlPortD&=controlPortD_Mask;

controlPortC|=segOn[计数]；

}

}

无效段（整数计数，整数段）

{

如果（闪烁标志 == 段）

    {

    如果（onFlag）

    选择段（段关闭）；

    别的

    选择段（计数）；

    }

别的

{

选择段（计数）；

}

}

无效显示（）

{

计数1++；

如果（计数 1>400）

{

计数1=0；

onFlag=!onFlag;

}

计数++；

如果（计数>数字）

计数=0；

开关（count%digit）

{

案例0：

段（计数，分钟）；

数据端口=num[d0]；

休息;

情况1：

段（计数，分钟）；

数据端口=num[d1]；

休息;

案例2：

段（计数，小时）；

数据端口=num[d2]；

休息;

案例3：

段（计数，小时）；

数据端口=数字[d3]；

休息;

案例4：

段（计数，日期）；

数据端口=num[d4];

休息;

案例5：

段（计数，日期）；

数据端口=数字[d5]；

休息;

案例6：

段（计数，月）；

数据端口=数字[d6]；

休息;

案例7：

段（计数，月）；

数据端口=数字[d7]；

休息;

案例8：

段（计数，年份）；

数据端口=数字[d8]；

休息;

案例9：

段（计数，年份）；

数据端口=num[d9]；

休息;

}

}

无效 timer1_init()

{

// 使用预分频器 = 8 设置定时器

TCCR1B |= (1 << CS11);

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

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

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

TCNT1 = 63500;

TIMSK |= (1 << TOIE1);

sei();

}

int bcdtochar（字符数）

{

返回 ((num/16 * 10) + (num % 16));

}

int decobcd(字符数)

{

返回 ((num/10)<<4) + (num % 10);

}

无效 RTC_start()

{

TWCR=(1<)|(1<

而((TWCR&0x80)==0x00);

}

无效设备（）

{

TWDR=0xD0；//RTC写入（从地址）

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

TWDR=0x00；// 字地址写入

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

无效 RTC_stp()

{

TWCR=(1<)|(1<

}

无效 RTC_read()

{

TWCR=(1<)|(1<

而((TWCR&0x80)==0x00);

TWDR=0xD0；//RTC写入（从地址）

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

TWDR=0x00；//RTC写入（字地址）

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

TWCR=(1<)|(1<

而 ((TWCR&0x80)==0x00);

TWDR=0xD1；// RTC 命令读取

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

无效 sec_init（无符号字符 d）

{

TWDR=d; //第二次初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

void min_init(unsigned char d)

{

TWDR=d; //分钟初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

无效 hr_init(无符号字符 d)

{

TWDR=d; //小时初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

void day_init(unsigned char d)

{

TWDR=d; //天数初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

无效日期初始化（无符号字符 d）

{

TWDR=d; //日期初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

无效month_init（无符号字符d）

{

TWDR=d; //月份初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

无效 yr_init（无符号字符 d）

{

TWDR=d; //年份初始化

TWCR=(1<)|(1<

而(!(TWCR&(1<)));<>

}

int sec_rw()

{

诠释克[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)​​;

}

无效的设置时间（）

{

RTC_start();

设备（）;

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();

}

无效 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（字符数）

{

而（1）

{

更新时间（）;

如果（！upEvent）

{

计数1=0；

onFlag=0x00;

计数++；

如果（闪烁标志 == 小时）

{

如果（时间格式 == 12）

{

如果（计数>12）

计数=0；

}

别的

{

如果（计数 > 23）

计数=0；

}

小时=计数；

}

否则如果（blinkFlag == 分钟）

{

如果（计数> 59）

计数=0；

分钟=计数；

}

否则如果（blinkFlag == 月）

{

如果（计数 > 12）

计数=1；

毫米=计数；

}

否则如果（blinkFlag == 日期）

{

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

{

如果（计数 > 30）

计数=1；

}

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

{

如果（计数 >31）

计数=1；

}

别的

{

int y=2000+yy;

如果（y/4 == 0 && y/400 == 0）

{

如果（计数 > 29）

计数=1；

}

别的

{

如果（计数 > 28）

计数=1；

}

}

dd=计数；

}

否则如果（blinkFlag == 年）

{

如果（计数 >99）

计数=0；

YY=计数；

}

_delay_ms(200);

}

否则如果（！（downEvent））

{

数数 - ;

如果（闪烁标志 == 年）

{

如果（计数<0）

计数=99；

}

_delay_ms(100);

}

否则如果（！okEvent）

{

_delay_ms(1000);

返回计数；

}

}

}

无效设置时间（）

{

闪烁标志=1；

hr=getPara(hr);

闪烁标志++；

min=getPara(min);

闪烁标志++；

dd=getPara(dd);

闪烁标志++；

mm=getPara(mm);

闪烁标志++；

yy=getPara(yy);

闪烁标志=0；

}

无效更新时间（）

{

d0=min%10；

d1=分钟/10；

d2=hr%10；

d3=小时/10；

d4=dd%10;

d5=dd/10；

d6=mm%10；

d7=mm/10；

d8=yy%10;

d9=yy/10；

}

诠释主要（无效）

{

无符号长整数时间；

DDRB=0xff；

DDRA=0xE0；

端口=0x1E；

DDRD=0xff；

DDRC=0xff；

timer1_init();

    而（1）

    {

实时时钟（）；

更新时间（）;

_delay_ms(500);

LEDPORT|=1<;<>

_delay_ms(500);

LEDPORT&=~(1<);<>

如果（！setEvent）

{

设置时间（）；

设置时间（）;

}

    }

}