Arduino Flip Clock mit 8×8 LED-Matrix – DIY Echtzeituhr-Projekt

Komponenten und Materialien

• Arduino Nano R3 (×1)
• Maxim DS3231M RTC (±5 ppm, I²C) (×1)
• 8×8 LED-Matrix mit MAX7219 Treiber (×1)
• RGB-LED (gemeinsame Kathode) (×1)
• Widerstand 220 Ω (×2)
• Drehgeber mit Taster (×1)

Benötigte Werkzeuge

• Lötkolben

Software & Online-Dienste

• Arduino IDE

Projektbeschreibung

Diese Uhr basiert auf einem 8×8-LED-Matrix-Modul und zeigt die Zeit durch horizontales oder vertikales Scrollen an. Jede Ziffer schiebt sich von rechts ein, bleibt kurz zentriert und heller, dann scrollt sie weiter nach links. Der Code stammt von Adrian Jones (März 2014) und bietet viele Anpassungsmöglichkeiten:

• Scrollrichtung: horizontal (false) oder vertikal (true) über top2bottom
• Scrollgeschwindigkeit, Leerzeilen zwischen Zeichen, 12/24-Stunden-Format, Helligkeit etc.

Die Zeit wird per Drehgeber eingestellt. Eine zweifarbige LED signalisiert den Einstellmodus (Stunden, Minuten, Normalbetrieb). Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen für einfachen Zugang.

Funktionsweise

Zeitanzeige

Die Bibliothek RTClib liest die DS3231-RTC aus. Die Zeit wird als String formatiert und in ein Byte-Array für die MAX7219-Matrix umgewandelt. Der Scroll-Effekt wird durch schrittweises Verschieben der Spaltendaten erzeugt.

Zeiteinstellung per Drehgeber

• Interrupt an Pin 2 (Encoder A) und Pin 3 (Taster).
• Drehrichtung erkennt Inkrement/Dekrement.
• Taster wechselt Modus: 0 = Normal, 1 = Stunden, 2 = Minuten.
• Zwei LEDs zeigen aktiven Modus an.

Code

//*****************************************************************************************//
// MATRIX CLOCK – Adrian Jones, März 2014
// Unterstützt Links-rechts und Oben-unten Scrollen
//*****************************************************************************************//
#include <Wire.h>
#include <RTClib.h>

// MAX7219 Register
#define max7219_reg_noop        0x00
#define max7219_reg_digit0      0x01
// ... (weitere Register)
#define max7219_reg_intensity   0x0a
#define max7219_reg_scanLimit   0x0b
#define max7219_reg_shutdown    0x0c
#define max7219_reg_displayTest 0x0f

#define dataIn 12  // DIN
#define load   10  // CS
#define clock  11  // CLK

// Zeichensatz (ASCII 32-126, plus Sonderzeichen)
char alphanum[][8] = {
  {0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}, // Space
  {0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x10,0x00,0x10}, // !
  // ... (alle Zeichen wie im Original)
  {0xE0,0xA0,0xE0,0x80,0x8A,0x15,0x15,0x11}  // pm (~)
};

RTC_DS1307 RTC; // Tiny RTC (DS1307) an A4/A5

// Drehgeber
#define enc_PinA 2
#define enc_PinB 4
#define enc_Switch 3
#define mode_Pin 8
#define min_Pin 9

volatile boolean rotating = false;
volatile boolean clockwise = false;
volatile boolean updateFlag = false;
static int mode = 0; // 0=nichts, 1=Stunden, 2=Minuten

// Anzeige-Parameter
#define delay_line 75   // ms zwischen Zeilen
#define delay_char 400  // ms zwischen Zeichen
#define delay_mess 500  // ms zwischen Nachrichten
#define cblanks 1       // Leerzeilen zwischen Zeichen
#define eblanks 0       // Zusätzliche Leerzeilen am Ende

static boolean top2bottom = false; // true = vertikal
static boolean hour24 = false;     // true = 24h
static boolean charHI = true;      // Zeichen hervorheben
static boolean doSerial = true;    // Serielle Ausgabe

void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(57600);
  if (doSerial) Serial.print("MATRIX Clock - Adrian Jones, Mar. 2014");

  pinMode(dataIn, OUTPUT);
  pinMode(clock, OUTPUT);
  pinMode(load, OUTPUT);
  initMatrix();

  pinMode(mode_Pin, OUTPUT); digitalWrite(mode_Pin, 1);
  pinMode(min_Pin, OUTPUT);  digitalWrite(min_Pin, 1);

  pinMode(enc_PinA, INPUT_PULLUP);
  pinMode(enc_PinB, INPUT_PULLUP);
  pinMode(enc_Switch, INPUT_PULLUP);
  attachInterrupt(0, rotEncoder, CHANGE);
  attachInterrupt(1, swEncoder, CHANGE);

  RTC.begin();
  if (!RTC.isrunning()) {
    RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
    if (doSerial) Serial.println(" (RTC reset)");
  } else {
    if (doSerial) Serial.println(" (RTC running)");
  }
}

void loop() {
  DateTime now = RTC.now();
  String display_message = createMessage(now);
  int arraylen = initDisplayString(display_message);

  if (updateFlag) { show_time_and_date(now); updateFlag = false; }

  while (rotating) {
    delay(1);
    adjTime(now, clockwise);
    show_time_and_date(RTC.now());
    display_message = createMessage(now);
    arraylen = initDisplayString(display_message);
    delay(1);
    rotating = false;
  }
  delay(5);

  for (int i = 0; i < (arraylen - 7); i++) {
    for (int j = 1; j < 9; j++) {
      maxSingle(j, ac[i + 8 - j]);
    }
    if (i % (8 + cblanks) == 0) {
      if (charHI) maxSingle(max7219_reg_intensity, 0x01);
      newDelay(delay_char);
    } else {
      maxSingle(max7219_reg_intensity, 0x00);
      newDelay(delay_line);
    }
  }
  if (mode == 0) newDelay(delay_mess);
}

// Interrupt-Routinen, Hilfsfunktionen (newDelay, initMatrix, adjTime, rotChar, show_time_and_date,
// createMessage, initDisplayString, maxSingle, putByte) – siehe Originalcode für Details.

Schaltplan

Anpassungstipps

• Vertikales Scrollen: static boolean top2bottom = true;
• 24h-Format: static boolean hour24 = true;
• Helligkeit: maxSingle(max7219_reg_intensity, 0x0F); (0x00–0x0F)
• Eigene Zeichen: Array alphanum erweitern.