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這是一款基于 AVR128DA48 的超低功耗 LCD 時鐘，能夠使用 CR2032 紐扣電池或太陽能電池運行三年以上：

它使用 AVR128DA48 的片上溫度傳感器，用 ADC 讀取其自身的電源電壓。還有一個 I2C 接口，你可以連接一個外部傳感器，如濕度傳感器。

介紹

盡管LCD液晶顯示是相對較舊的技術(shù)，但與新型顯示器相比，它們?nèi)跃哂卸囗梼?yōu)勢，包括低功耗、低成本和可讀性。

1.硬件電路

LCD 時鐘的電路：

基于 AVR128DA48單片機

LCD顯示

LCD顯示器為四位七段靜態(tài)LCD，40引腳，可顯示溫濕度，LCD 顯示器安裝在電路板的正面，元件在背面。

MCU處理器

該處理器是采用 TQFP-48 封裝的 AVR128DA48，但該 PCB 可與一系列其他 48 引腳處理器配合使用，比如選擇內(nèi)存容量更低、價格更低的一些MCU代替。

電池（電源）

這里采用CR2032 或類似電池為其供電，或者使用太陽能電池，附加超級電容來供電：

I2C接口

為方便擴展，這里添加了I2C接口，這里可以添加溫濕度傳感器，或者其他I2C從設(shè)備。

源碼

這里先分享一些主要源碼內(nèi)容，最后提供源碼鏈接。

1.IO配置

void PortSetup () {  for (int p=0; p<4; p++) Digit[p]->DIR = 0xFF;       // All pins outputs  PORTE.DIR = PIN0_bm | PIN1_bm;                      // COMs outputs, PE0 and PE1  PORTF.DIR = PIN5_bm | PIN4_bm;                      // 1A, colon}

2.時鐘

這里節(jié)省成本，并非使用時鐘芯片或模塊，用單片機定時器計數(shù)實現(xiàn)時鐘的功能。

利用定時器中斷實現(xiàn)時鐘計數(shù)、更新：

ISR(RTC_PIT_vect) {  static uint8_t cycles = 0;  static unsigned long halfsecs;  RTC.PITINTFLAGS = RTC_PI_bm;                        // Clear interrupt flag  // Toggle segments  for (int p=0; p<4; p++) Digit[p]->OUTTGL = 0xFF;    // Toggle all PORTA,B,C,D pins  PORTE.OUTTGL = PIN0_bm | PIN1_bm;                   // Toggle COMs, PE0 and PE1  PORTF.OUTTGL = PIN5_bm | PIN4_bm;                   // Toggle segment 1A, Colon
  cycles++;  if (cycles < 32) return;  cycles = 0;
  // Update time  halfsecs = (halfsecs+1) % 172800;                   // 24 hours  uint8_t ticks = halfsecs % 120;                     // Half-second ticks                   if (MinsButton()) halfsecs = ((halfsecs/7200)*60 + (halfsecs/120 + 1)%60)*120;  if (HoursButton()) halfsecs = halfsecs + 7200;
  if (MinsButton() || HoursButton() || ticks < 108) DisplayTime(halfsecs);  else if (ticks == 108) DisplayVoltage();  else if (ticks == 114) DisplayTemp();}

3.顯示時間

LCD顯示部分就LCD有關(guān):

void DisplayTime (unsigned long halfsecs) {  uint8_t minutes = (halfsecs / 120) % 60;  #ifdef TWELVEHOUR  uint8_t hours = (halfsecs / 7200) % 12 + 1;  #else  uint8_t hours = (halfsecs / 7200) % 24;  #endif  Digit[0]->OUT = Char[hours/10];  Digit[1]->OUT = Char[hours%10];  Digit[2]->OUT = Char[minutes/10];  uint8_t units = Char[minutes%10];  Digit[3]->OUT = units;  uint8_t colon = (halfsecs & 1)<<4;                  // Toggle colon at 1Hz     PORTF.OUT = (units>>1 & PIN5_bm) | colon;}

4.ADC采集溫度

這都是操作寄存器實現(xiàn)的功能：

void DisplayVoltage () {  ADC0.MUXPOS = ADC_MUXPOS_DACREF0_gc;                // Measure DACREF0  ADC0.CTRLA = ADC_ENABLE_bm;                         // Single, 12-bit, left adjusted  ADC0.COMMAND = ADC_STCONV_bm;                       // Start conversion  while (ADC0.COMMAND & ADC_STCONV_bm);               // Wait for completion  uint16_t adc_reading = ADC0.RES;                    // ADC conversion result  uint16_t voltage = adc_reading/50;  ADC0.CTRLA = 0;                                     // Disable ADC
  // Display it  Digit[0]->OUT = Char[Space];  Digit[1]->OUT = Char[voltage/10] | 0x80;            // Decimal point  Digit[2]->OUT = Char[voltage%10];  uint8_t units = Char[Vee];  Digit[3]->OUT = units;  PORTF.OUT = (units>>1 & PIN5_bm);                   // No colon}

5.功耗問題

做這種產(chǎn)品，低功耗難度最大（做過低功耗的同學(xué)才能理解這種難度）。

博主做了一個測試，在不同時鐘頻率下的功耗對比：

時鐘頻率	24MHz	12MHz	4MHz	1MHz
能量消耗	9.5μA	10.7μA	11.3μA	12.8μA

看到這測試結(jié)果，你肯定會感到疑惑：頻率越低功耗怎么越大？

這里主要是測試平均功耗，頻率越低，代碼執(zhí)行時間越長，其功耗相對更高。

使用電池時：

CR2032 紐扣電池的典型容量為 225 mAh，因此功耗 7.3μA 時，時鐘的預(yù)期電池壽命約為（225/0.0073/24/365）3.5 年。

使用太陽能時：

使用 0.47F 超級電容器，你可以理解為 1 秒內(nèi)的電流為 0.47A。可以算出工作時間：（0.47/7.3x10 ?6 /60/60）大約 18 小時，這就能足以讓時鐘在白天使用太陽能電池供電過夜。

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一個軟硬件開源的低功耗時鐘項目