1.项目需求

• 制作一个时钟，可以通过板上的12个彩色LED灯来指示时间
• 通过蜂鸣器在整点以播放音乐的方式报时
• 板上的按键可以设置时间

实现方式：程序通过定时器计数的方式来生成时、分、秒信号，并根据这些信号来改变12个彩色LED灯的亮灭，产生PWM信号驱动蜂鸣器播放定时长度的音乐。

2.设计思路

我所设计的是有闹钟效果的时钟

• 在显示屏上显示现在的年，月，日，并附带一张动图
• 用12个WS2812B RGB三色灯 实现时钟的效果
• 用k1,k2两个按键输入时间并在显示屏上显示
• 当时间到达设置的时间时蜂鸣器会放一首歌曲，起到闹钟的作用

3.硬件介绍

3.1板卡介绍

• 2个按键输入
• 4个单色LED
• 12个WS2812B RGB三色灯
• 1个姿态传感器
• 1个128*64 OLED显示屏
• 1个蜂鸣器
• 1个可调电位计（用于电压表）
• 1路音频信号输入（用于示波器）
• 8位R-2R电阻网络构成的DAC（用于DDS信号发生器）

我所用到是其中的两个按键，12个WS2812B RGB三色灯，128*64 OLED显示屏和蜂鸣器。RGB灯来表示时钟，显示屏显示时间，蜂鸣器起到报警的作用。

3.2学习板的功能、性能要求

• 能够体验输入、输出的外设，尤其是典型总线的连接

• 能够构建多种有趣、有技术含量的项目

• 声音的输入和输出

• 主要显示器件的使用 - LED、OLED、WS2812

• 能够使用到PIO功能并体现其优势的外设

4.实现过程

4.1流程图

4.2在显示屏上显示现在的年，月，日，并附带一张动图

class OledTime():
    def __init__(self, oled, frames):
        self.oled = oled
        self.frames = frames
        self.oled.fill(0)
        self.i = len(frames) - 1
        self.wri = Writer(oled, freesans20)

    def show_date(self, year, month, day, set_time):
        self.y = year
        self.m = month
        self.d = day
        self.set_time = set_time
        
    def draw(self):
        if self.i == 0:
            self.i = len(frames) - 1
        else:
            self.i = self.i - 1
        fb = framebuf.FrameBuffer(self.frames[self.i], 64, 64, framebuf.MONO_HLSB)
        
        self.oled.blit(fb, 0, 0, 0)

        self.wri.set_textpos(oled, 10, 70)
        self.wri.printstring(str(self.y))
        self.wri.set_textpos(oled, 30, 75)
        self.wri.printstring(str(self.m))
        self.wri.set_textpos(oled, 30, 90)
        self.wri.printstring(str(self.d))
        self.wri.set_textpos(oled, 30, 10)
        self.wri.printstring(str(self.set_time))

使得显示屏显示北京时间，还有宇航员的动态动画。

设置年，月，日，还有宇航员动态动画在屏幕上的展示位置，还有后续输入时间在显示屏上呈现出来的位置信息。

4.3用12个WS2812B RGB三色灯 实现时钟的效果

class Ws2812Time():
    def __init__(self, pd):
        self.pd = pd
        self.h = 0
        self.m = 0
        self.s = 0
        
    def show_time(self, h, m, s):
        h_tmp = h
        m_tmp = m
        s_tmp = s

        self.h = (h_tmp - 1) % 12 + 1
        self.m = (int(m_tmp / 5) - 1) % 12 + 1
        self.s = (int(s_tmp / 5) - 1) % 12 + 1

    def draw(self):
        pd.set_color(self.h, (0xff, 0, 0))
        pd.set_color(self.m, (0, 0xff, 0))
        pd.set_color(self.s, (0xff, 0xff, 0))

因为只有十二个灯，所以我们计算事件的时候要以12取余的方式，例如，时间为一点，那么输出就是在第一号RGB灯。小时用红灯表示、分钟用绿灯表示、秒是以黄色灯光（RGB三原色，红色跟绿色混合就得到了黄色）表示。

4.4用k1,k2两个按键输入时间并在显示屏上显示

while True:
    set_time = set_time_old
    if k1.value():
        set_time = (set_time + 1) % 24 
        print('k1')
        print(set_time)
    if k2.value():
        set_time = (set_time - 1) % 24
        print(set_time)
        
    set_time_old = set_time

输入的数字是从0到23。k1按钮可以使数字增加，k2可以使数字减小。最后定格的数字就是表示闹钟的时间。当时间到达设置时间后会自动响起。

4.5当时间到达设置的时间时蜂鸣器会放一首歌曲，起到闹钟的作用

    if h == set_time_old and m == 0:
        singer.tick()
            
        if  s  == 10 :
            singer.stop()
    set_time_old = set_time

当时间到达设置时间后，会响起10秒的音乐，起到闹钟的作用。

5.实现的功能

5.1在显示屏上显示现在的年，月，日，并附带一张宇航员的动图

当连接到本地电脑时，会自动提取本地电脑显示的时间。

附带的动图就是图片上显示的宇航员的图片。

5.2用12个WS2812B RGB三色灯 实现时钟的效果

5.3用k1,k2两个按键输入时间并在显示屏上显示

5.4当时间到达设置的时间时蜂鸣器会放一首歌曲，起到闹钟的作用

闹钟的展示可以移步视频观看，谢谢。

6.遇到的难题

6.1 12个WS2812B RGB三色灯的显示问题

项目要求我们用三钟颜色来实分别表示时，分，秒。但是我发现，我的树莓派板卡上的9号，10号，11号RGB灯的蓝色显示不出来。

我就从代码入手，当（R,G,B）为（0，255，255）时按三原色混合原理，会出现青色。但是显示的是绿色。当（R,G,B）为（255，0，255）时，应出现紫色，但是显示的还是红色。所以，最后得到这三个灯的蓝灯是坏的。所以只能用三原色混合的原理，绿色加红色显示出了黄色。

6.2 按钮个数问题

因板卡的按钮只有两个，所以很难精确的表示时间。我就换了思路，设计完成了整点报时的时钟。k1按钮可以使得数字增加，k2按钮可以使得数字减小。当屏幕上的数字不变时，就设置好了闹钟。这个时间是可以随时更改的。使用起来很方便。

6.3 内存问题

与上文提到的不能精确的表示时间也有一些关系。我试过用k1按钮表示小时，K2按钮表示分钟。这之后碰到的问题就是内存不够，运行到一半就终止了。而且歌也只能放短短的几秒钟，不满足闹钟长达十秒钟或更久的设计理念。所以，只能退而求稳。用两个按钮只表示时间，做一个只能“整点”报时的闹钟。但是，也不是没有优点，因为如果只用一个按钮来表示小时，当你错过了你要选择的时间，那么只能0~23这个循环结束后才能再次选择自己想要的时间，是没有容错的。当用两个按钮的时候，一个增加，另一个减小，互相配合，可以很快地设置时间。

7.未来的计划及实现

该项目已经成功实现了整点定时报警时钟的功能，并达到了预期指标。然而在实现的过程中有几处不足：

• WS2812B RGB三色灯的检修，避免类似我这种用不了蓝灯的情况。
• 可以适当增加按键的个数，可以实现更多的功能。
• 内存可以尽可能多一点，以便实现更多的功能。

8.心得体会

通过这次的“寒假在家练”的活动，对嵌入式系统有了新的认知，并且python语言的使用度也提高了不少。很大程度的提高了专业能力，是不可多得的一次项目经验，受益良多。