复古 Numitron 管时钟：Arduino Nano 驱动，低温可靠省电

零部件与物料

所需工具

• 电烙铁
• 无铅焊锡丝

软件与在线服务

• Arduino IDE

项目简介

本指南带你制作 Numitron 管时钟：Arduino Nano + DS3231 RTC + 4 片 TPIC6C595 驱动 4 位 IV-9 管。显示时间、日期、年份，每 30 秒轮播一次环境温度。相比原版（GitHub: theremotheman 仓库），本项目解决两大痛点：

• 74HC595 总电流超 70mA 导致过热 → 改用 TPIC6C595 大电流驱动
• 阻塞式 delay() 导致每分钟仅读一次 RTC → 改用非阻塞 millis() 实时刷新

新增省电模式可微亮显示，全套元件廉价易得，适合进阶 DIY 爱好者。

核心亮点

• 仅 4 只 IV-9 管 + 4 片 TPIC6C595
• DS3231 内置温度传感器，免外接测温
• 拨码开关控制秒指示 LED 与亮度档位
• 组装后装入装饰外壳，工艺品级摆件

代码

Arduino 固件

#include <RTClib.h>        // DS3231 带温度
RTC_DS3231 rtc;
#include <Wire.h>
#include <TimeLib.h>
#include <Time.h>
#include <DS1307RTC.h>
#include <SPI.h>

#define led 7
const int latchPin = 13;
const int clockPin = 10;
const int dataPin = 11;

unsigned long previousMillis = 0;
unsigned long previousMillisDiode = 0;
const long interval = 30000;    // 30秒轮播刷新
const long intervalDiode = 500; // 秒指示灯闪烁

// 0-9 与 °C 符号的段码（TPIC6C595 输出低电平有效，位定义见原理图）
const int nums[12] = {
  0b10111110, // 0
  0b00000110, // 1
  0b01111010, // 2
  0b01101110, // 3
  0b11000110, // 4
  0b11101100, // 5
  0b11111100, // 6
  0b00001110, // 7
  0b11111110, // 8
  0b11101110, // 9
  0b11001010, // °C 符号
  0b10111000  // °C 小数点
};

int hour1, hour2, minute1, minute2, day1, day2, month1, month2, year1, year2, year3, year4, temp1, temp2;
int hourDecimal, minuteDecimal, dayDecimal, monthDecimal, year70, tempDecimal;

void setup() {
  pinMode(led, OUTPUT);
  pinMode(latchPin, OUTPUT);
  pinMode(clockPin, OUTPUT);
  pinMode(dataPin, OUTPUT);
  Serial.begin(9600);
  SPI.begin();
  digitalWrite(clockPin, LOW);
}

void loop() {
  tmElements_t tm;
  RTC.read(tm); // 读取时间/温度

  // 拆解数字
  hourDecimal = tm.Hour / 10; hour1 = hourDecimal; hour2 = tm.Hour - 10*hourDecimal;
  minuteDecimal = tm.Minute / 10; minute1 = minuteDecimal; minute2 = tm.Minute - 10*minuteDecimal;
  dayDecimal = tm.Day / 10; day1 = dayDecimal; day2 = tm.Day - 10*dayDecimal;
  monthDecimal = tm.Month / 10; month1 = monthDecimal; month2 = tm.Month - 10*monthDecimal;
  year70 = tm.Year - 30; year1 = 2; year2 = 0; year3 = year70/10; year4 = year70 - 10*year3;
  tempDecimal = rtc.getTemperature() / 10; temp1 = tempDecimal; temp2 = rtc.getTemperature() - 10*tempDecimal;

  // 秒指示灯 500ms 翻转
  if (millis() - previousMillisDiode >= intervalDiode) {
    previousMillisDiode = millis();
    digitalWrite(led, !digitalRead(led));
  }

  // 每 30 秒轮播：日期 → 年份 → 温度
  if (millis() - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = millis();
    // 清屏呼吸效果
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(500);

    // 显示月/日
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(nums[month2]); SPI.transfer(nums[month1]);
    SPI.transfer(nums[day2]);   SPI.transfer(nums[day1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(1500);

    // 清屏
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(500);

    // 显示年（后两位）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(nums[year4]); SPI.transfer(nums[year3]);
    SPI.transfer(nums[year2]); SPI.transfer(nums[year1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(1500);

    // 清屏
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(500);

    // 显示温度（°C）
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0b10111000); // 小数点
    SPI.transfer(0b11001010); // °C 符号
    SPI.transfer(nums[temp2]); SPI.transfer(nums[temp1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(1500);

    // 最终清屏
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0); SPI.transfer(0);
    digitalWrite(clockPin, HIGH); delay(500);
  } else {
    // 常规显示 时:分
    digitalWrite(clockPin, LOW);
    SPI.transfer(nums[minute2]); SPI.transfer(nums[minute1]);
    SPI.transfer(nums[hour2]);   SPI.transfer(nums[hour1]);
    digitalWrite(clockPin, HIGH);
  }
}

原理图