十岁孩子做了个数字时钟送妈妈，顺便把作业交了
2015/12/4 家庭儿童教育
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Liz：Alex是我十岁的儿子。最近他和我合作完成了一个学校布置的作业。这是一个很成功的作业，同时作为父母的我们也给予他很好的指导，因此我想在这里与大家分享这次经历。
以下是Alex的分享：
我妈想要一个数字时钟，而我也需要完成我的作业。所以我花了两个月把闲置的树莓派小电脑做成了数字时钟，一石二鸟，请叫我机智のboy。
爸爸给我提供了来自战斗民族俄罗斯的一些数码管和芯片，还买了一个170V的电池来当数码管的电源。我需要做的第一件事情就是测试这些原材料。
首先我把数码管，芯片和电源安装在了电路板上。芯片有ABCD四个输入端口，这些端口用来指示亮哪一个灯。比如在二进制里7表示为0111，所以我们需要把ABC设置为显示，D设置为不显示，(A=1, B=2, C=4 and D=8)来表示数字7。我测试的时候用一个跨线电缆使四个接口为0V(不显示数字)或5V(显示数字)。
在测试完第一个数码管和芯片后，我在树莓派电脑上编了一个程序进行第二次测试。我用4个 GPIO管脚连接到引脚A、B、C和D芯片。这个程序会从数字0到9循环，然后在二进制中用“high”和“low”的逻辑判断来实现打开或关闭管脚的目的。
一旦这个程序顺利运行，那么接下来测试所有的芯片和数字时钟数码管就会变得so easy。每个部分都正常运行，但有一个数码管除外(测试时出现了3和9同时亮起的问题)，所以我把这个数码管用来表示小时的第一位，因为小时的第一位只需要显示数字1(采用12小时计时法)。
关于程序
当树莓派电脑启动时，我的数字时钟程序也会自动启动。
我用geany编辑器在c盘写好了数字时钟的程序。
然后我打开管脚0，这也意味着用转换器打开了高压电源。
接着我测试了时钟，让时钟的小时部分从1到12显示，分钟部分从0到59显示。
开始循环时，我是这样做的：
和电脑对照时间(电脑连接互联网以确保时间准确)
小时的数字会在1和23之间循环，所以当小时大于12时，我会减去12.
然后我将小时数和分钟数都以二进制表示。也就是说，用2整除十进制整数，可以得到一个商和余数；再用2去除商，又会得到一个商和余数，如此进行，直到商为0时为止，然后把先得到的余数作为二进制数的低位有效位，后得到的余数作为二进制数的高位有效位，依次排列起来。
这样一来，我们就得到了所有数字的二进制。然后我们就可以用1和0所代表的高低接口来表示了。(比如7，我们就可以表示为低高高高，因为它的二进制写法是0111 。)
如果你是条小懒虫，下面是我为你准备的完整表格，你可以参照。
接下来我们用C语言来写入代码：
#include /* These are libraries */
#include
#include
#include
// turns a pin on or off
void nixiePin(int p, int v){
if (p != -1) {
digitalWrite(p, v);
}
}
// converts to binary and sends values to 4 pins
void nixiePins(int p1, int p2, int p4, int p8, int v){
nixiePin(p1,v&1);
nixiePin(p2,v&2);
nixiePin(p4,v&4);
nixiePin(p8,v&8);
}
// splits the time into digits
void nixieTime(int h,int m, int s) {
nixiePins( 1, -1, -1, -1, h/10); /* quotient of hour / 10 */
nixiePins( 2, 3, 4, 5, h%10); /* remainder of hour / 10 */
nixiePins( 6, 7, 21, -1, m/10); /* quotient of minute / 10*/
nixiePins(22, 23, 24, 25, m%10); /* remainder or min / 10 */
}
// makue sure all the digits work
void testClock(void){
int i;
for (i=1; i<=12; i++) {
nixieTime(i,0,0);
delay(250);
}
for (i=1; i<=59; i++) {
nixieTime(12,i,i);
delay(250);
}
}
// set up the pins we will use
void initPin(int p) {
pinMode(p, OUTPUT);
digitalWrite(p, LOW);
}
// this is the main part of the program
int main (void) {
time_t now; /* its a variable that holds time info */
struct tm *ntm; /* it is a variable */
int i;
wiringPiSetup(); /* set up pins 0-7 and 21-29 to use */
for (i=0; i <=7;i++) {
initPin(i);
}
for (i=21; i <=29;i++) {
initPin(i);
}
digitalWrite(0, HIGH); /* turn on high voltage power */
testClock(); /* test all the digits */
while (1) { /*starts and infinite loop */
now=time(NULL); /* ask the computer for the time */
ntm=localtime(&now); /* it formats the time */
if (ntm->tm_hour > 12) { /* if hour is more than 12 - 12 */
ntm->tm_hour = ntm->tm_hour-12;
}
/* it tells it to write that number to the nixie tubes*/
nixieTime(ntm->tm_hour,ntm->tm_min,ntm->tm_sec);
delay (1000); /* wait for 1 second */
}
return(0);
}
电路板
爸比帮我焊接了一个塑料板，电路板上面接有四条数码管，每个对应了一个芯片(黄线就是了)。
黑色线用于接地线，红色线为5V和12V的电线，而每个芯片则对应了一条地线和一条5V线。
不过，数码管要求在170V的高压下工作，所以我们还需要接一个高压电源，这里我们用的是绿色线。而且，我们还得外加一个2毫安的电阻，防止电流过大烧毁了我们的作品。
此外，我还加了一个晶体管和两个电阻，以限制电流。这将等同于电源开关，用于控制高压电源。
我还加了一个USB端口，用于连接地线和5V线，作为供树莓派的电源。
外壳
以上步骤完成后，我们就开始做外壳了。所谓人靠衣装美靠亮噢不不不，美靠造型，我用的是木盒子，外加两面的塑料透明板。这个盒子是爸爸帮我锯的(人家还小嘛)。然后用铁钉和螺丝固定，就完成了。
最后
曾经有一个新闻，说一个学生带了个自己做的电子钟到学校去，老师以为是炸弹，都报警了!真是吓死宝宝我了，为了不让我面临这样的人生大场面，爸比和妈咪事先打电话通知了老师。我觉得，老师一定会记得我的，因为她问得非常详细，像查户口一样。
不过，这只是我的作品的开始啦。我准备把它改进一下，再送给妈妈。我想加一个报警器，还有摄像头、麦克风和扬声器，这样就可以进行人脸识别了。要是可以的话，我还想让它变成更高级的东西，就像钢铁侠一样。
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