AKClock：ESP32C3直驱数码管的NTP对时电子钟

maidoo

老当益壮的麦兜也混迹一下开源社区。
从老王家买过蓝牙播放器的主板，上面有一个看上去还不错的led时钟屏，总想着怎么把它点起来。可惜不知道屏是如何接线的。
借助坛子里大家的智慧，感谢zj97czb坛友、得知这叫做  “四位七脚led数码管”。参见：《求助 一个时钟屏有37个段码却只有7个引脚是怎么做到的》 https://www.mydigit.cn/thread-526378-1-1.html
595953427@qq坛友、撒飒飒坛友 都提示了控制亮度，得用pwm波控制占空比。

又找到了坛子里6年前的老帖子，感谢 hecat、bg4rff 坛友提供了驱动程序的设计思路。参见：《五脚三位数码管的编码应该怎么编写》 https://www.mydigit.cn/thread-14059-1-2.html

有了以上框架和设计思路，就可以动手写软件了。基于软件是需要控制GPIO切换正负极，分别驱动LED的阳极A和阴极K来完成动态显示，所以给这个软件起了个名字叫做 AKClock。
V0.0.1的初始版本，放到码云开源平台了。 https://gitee.com/maidoo/AKClock/tree/v0.0.1





大家要用首个初始版本V0.0.1的话，需要：

• 修改主程序里的 SSID和WIFI密码。 下个版本把WifiManager模块加上就可以手机配置WIFI密码了。
• 数码管内部接线如有不同，修改 ledmap.h 头文件即可重新适配。
• 使用了ESP32中的LEDC设备输出PWM控制LED亮度（0~255），代码里设置初始值55。启动后，可以通过开发版的USB CDC串口设置亮度值（直接发送三个ASCII字符255，不要带回车）。
  

初始版本还很粗糙，后续功能展望：

• 增加闹钟，直接模拟红外遥控器打开机顶盒、打开电视机，调到13频道看新闻联播
• 开启蓝牙配置功能
• 闹钟可以播放8bit音乐
  

代码创建了一个7x7的数组作为显示缓存，清楚表述了每个引脚作为正极时，其它6个引脚哪些该拉低（亮）或者高阻（灭）。
一个刷新显示的任务周期执行下面这个 refresh_led_one_frame()函数来实现动态显示

1. /*
   
2. * [url=home.php?mod=space&uid=650075]@brief[/url] 刷新一帧LED显示数据，执行时间16毫秒。
   
3. * 该函数通过逐引脚扫描的方式，依次激活每个数码管控制引脚，
   
4. * 根据显示缓存数据决定对应LED的亮灭，实现数码管的动态显示。
   
5. * 最后会补充一个消隐时间，避免余晖影响显示效果。
   
6. */
   
7. void refresh_led_one_frame(void)
   
8. {
   
9.     uint8_t a, k;
   
10. 
    
11.     // 7个正极引脚逐个扫描，依次激活每个数码管控制引脚
    
12.     for(a = 0 ; a < IO_NUM7 ; a++) {
    
13. 
    
14.         // 先将所有引脚设置为高阻态，即输入状态，避免引脚间的干扰
    
15.         led_gpio_clear();
    
16. 
    
17.         // 再将当前引脚设置为高电平，即选中当前引脚，作为正极输出（推挽模式，作为正极公共极）
    
18.        pinMode     (led_pin_gpio[a], OUTPUT);
    
19.        digitalWrite(led_pin_gpio[a], HIGH);
    
20. 
    
21.         // 配置LEDC通道，控制PWM占空比来控制LED亮度
    
22.         pinMatrixOutAttach(led_pin_gpio[a], LEDC_CHANNEL0_FUNC, false, false);
    
23. 
    
24.         // 每个正极对应的6个负极引脚逐个扫描，处理每个点位
    
25.         for (k = 0; k < IO_NUM7; k++)  {
    
26. 
    
27.                 if (display_cache[a][k] == 1)  {
    
28.                     // 若当前显示点位需要点亮，则需要拉低对应的负极引脚（OD或者推挽模式都可以）。
    
29.                     digitalWrite  (led_pin_gpio[k], LOW);
    
30.                 }
    
31.                 else if (display_cache[a][k] == 0) {
    
32.                     // 若当前显示点位需要熄灭，将对应负极设置为高阻态，即OD输出模式下拉高
    
33.                     // 前面 led_gpio_clear() 已经设置为默认的HIGH状态，这里可以减少重复操作
    
34.                     // digitalWrite  (led_pin_gpio[k], HIGH);
    
35.                 } else {
    
36.                     // 其他的=3的值，是数组中a==k情况，无意义，无需任何操作
    
37.                     // pinMode(led_pin_gpio[k], OUTPUT_OPEN_DRAIN);
    
38.                 }
    
39.         }
    
40. 
    
41.         // 每个公共正极引脚扫描显示暂留2毫秒，一轮16毫秒（7个引脚 * 2毫秒 + 2ms），显示整体刷新速率约62赫兹。
    
42.         vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2));
    
43. 
    
44.         // 拆除公共正极的PWM调制波
    
45.         ledcDetachPin(led_pin_gpio[a]);
    
46. 
    
47.         // 扮演完毕的公共极，从推挽输出模式切换为OD开漏输出模式，默认状态为高阻态
    
48.         pinMode(led_pin_gpio[a], OUTPUT_OPEN_DRAIN);
    
49.         digitalWrite(led_pin_gpio[a], HIGH);
    
50.     }
    
51. 
    
52.     // 补充一个周期的消隐时间，熄灭所有段位，避免余晖影响显示效果
    
53.     led_gpio_clear();
    
54.     vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2));
    
55. }
    

复制代码

shengyin854

谢谢分享支持一下

hfshen

ESP32C3，便宜、性能强大，是高性价比的物联网模块

ba21

谢谢分享支持一下

ccbw

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纯今

牛B+Plus，牛B+Plus，牛B+Plus

haihai885809

谢谢分享

sadfun

谢谢分享~进来学习一下

hzw6834

谢谢分享，有空也试试。

酒过三巡

看着好复杂啊

mmxx2015

如果驱动芯片没有恒流功能，非必要不要使用这种数码管。

maidoo

mmxx2015 发表于 2025-7-16 21:12
如果驱动芯片没有恒流功能，非必要不要使用这种数码管。

你是有经验的，能请教展开讲讲吗？
ESP32C3手册上提到，可以配置IO口的最大驱动电流，但是也算不上是你口中的横流功能吧？这种情况下，如何软件上优化亮度的均匀度？感谢！

mmxx2015

maidoo 发表于 2025-7-16 21:46
你是有经验的，能请教展开讲讲吗？
ESP32C3手册上提到，可以配置IO口的最大驱动电流，但是也算不上是你口 ...

显示周期相同的情况下，LED亮度和电流、显示时间有关，我一般把它们等价线性处理，即它们的乘积=亮度值，比如，假设显示周期相同，LED电流=10mA && 显示时间=1mS和LED电流=5mA && 显示时间=2mS显示亮度相当。

因为I/O存在电阻，输出/输入电流越大，压降越大，这导致同一时间点亮不同LED数时每个LED的电流不一样，点亮的LED少，单个LED电流大，点亮的LED多，单个LED电流小。先测得点亮单个LED~最多个LED n的单个LED电流I1~In，假设点亮最多个LED时显示时间=Tn，则点亮(n-1)个LED的显示时间为(In/I(n-1))*Tn。要实现这个控制，需要2个定时器，一个控制显示周期，一个控制显示时间，以上述假设为例，假设Tn=1mS，T(n-1)=0.9mS，点亮n个LED时定时器1控制显示切换时间=1mS，另一个定时器2不工作，点亮(n-1)个LED时定时器1控制显示切换时间=1mS，另一个定时器2定时(1mS-0.9mS)=0.1mS后关闭显示（暂不换）。

显示LED数从多到少控制时序示意图

dcc20250209

mmxx2015 发表于 2025-7-17 00:34
显示周期相同的情况下，LED亮度和电流、显示时间有关，我一般把它们等价线性处理，即它们的乘积=亮度值， ...

看不懂，感觉很牛！

maidoo

mmxx2015 发表于 2025-7-17 00:34
显示周期相同的情况下，LED亮度和电流、显示时间有关，我一般把它们等价线性处理，即它们的乘积=亮度值， ...

谢谢mmxx2015的指点，我明白了，软件修正方法就是要控制电流和时间的乘积相等来达到亮度均匀。七脚的数码管，那就需要实际测量最大电流i1到最小电流I6。这6个数值因数码管型号和颜色不同而不同。而且还需要工装程序配合操作。有点麻烦。
在实际应用当中有没有再简便一点的方法？比如把这6个电流值经曲线拟合后，是否能简化出一个经验公式？就是说把I(n)相关的函数简化为只跟下标n相关？这样我可以不测电流或者仅测一个i1电流值？
借用一下您智慧，在平常工作中有这样的经验公式吗？谢谢

mmxx2015

maidoo 发表于 2025-7-17 14:05
谢谢mmxx2015的指点，我明白了，软件修正方法就是要控制电流和时间的乘积相等来达到亮度均匀。七脚的数码 ...

这个没有经验值，因为每一种单片机I/O的输出/输入电流能力不同，比如传统8051单片机输出电流都不足以点亮一个LED，但很多改进的8051单片机I/O有100mA以上输出能力，一般单片机输入电流能力比较强，可能与推挽拉低使用NMOS管比拉高使用线PMOS管好做且n导通内阻更低有关。数码管差异的影响小一些，如果相同的单片机测一次值后下次可以直接参考，换其它驱动能力相近的单片机也可以直接参考。