DIY 可调倒计时器：Arduino Mega 2560 驱动 4 位数码管

项目简介

一个独立、实用的倒计时器：通过 4 个按钮设定时间（0-9999 秒），启动后数码管实时倒计时，归零蜂鸣器报警。无需修改代码重新上传即可调整时间，适合厨房、实验室、健身等场景。代码封装了 PrintNumber(int n, int time) 函数，可直接复用于其他 4 位数码管项目，解决了动态扫描显示的时序难题。

所需材料

• Arduino Mega 2560（Uno/Nano 亦可，引脚需对应修改）
• 4 位共阴/共阳数码管模块（裸屏需自行加限流电阻）
• 轻触按钮 ×4（设置+、设置-、启动/暂停、复位）
• 无源蜂鸣器
• 全尺寸面包板、杜邦线若干

引脚分配（可在代码修改）

所有按钮启用内部上拉 (INPUT_PULLUP)，按下接地触发低电平。

核心代码结构

关键函数

• lightNumber(int num)：根据数字 0-9 (10 为熄灭) 驱动段选
• SwitchDigit(int pos)：开启指定位选，关闭其它 (PWM 控制亮度)
• IntToDigits(int n)：将 0-9999 拆解为 4 位数组，前导零熄灭
• PrintNumber(int n, int ms)：在指定毫秒内持续扫描显示数字 n，期间检测按钮 2 中止
• Countdown(int n, int del)：从 n 递减到 0，每数调用 PrintNumber，返回是否正常结束
• reset()：设置模式，按钮 3/4 长按加减，按钮 1 确认进入倒计时

完整代码

#include <math.h>

int digit_pin[] = {6, 9, 10, 11};
int speakerPin = 15;
#define DIGIT_ON LOW
#define DIGIT_OFF HIGH

int segA = 2, segB = 3, segC = 4, segD = 5;
int segE = A0, segF = 7, segG = 8;

int button1 = 13, button2 = 12, button3 = 16, button4 = 17;
int countdown_time = 60;

struct Digits { int d[4]; };

void setup() {
  pinMode(segA, OUTPUT); pinMode(segB, OUTPUT); pinMode(segC, OUTPUT);
  pinMode(segD, OUTPUT); pinMode(segE, OUTPUT); pinMode(segF, OUTPUT); pinMode(segG, OUTPUT);
  for (int i = 0; i < 4; i++) pinMode(digit_pin[i], OUTPUT);
  pinMode(speakerPin, OUTPUT);
  pinMode(button1, INPUT_PULLUP); pinMode(button2, INPUT_PULLUP);
  pinMode(button3, INPUT_PULLUP); pinMode(button4, INPUT_PULLUP);
}

void playTone(int tone, int duration) {
  for (long k = 0; k < duration * 1000L; k += tone * 2) {
    digitalWrite(speakerPin, HIGH); delayMicroseconds(tone);
    digitalWrite(speakerPin, LOW);  delayMicroseconds(tone);
  }
}

void lightNumber(int n) {
  #define SEG_ON HIGH
  #define SEG_OFF LOW
  switch (n) {
    case 0: digitalWrite(segA, SEG_ON); digitalWrite(segB, SEG_ON); digitalWrite(segC, SEG_ON);
            digitalWrite(segD, SEG_ON); digitalWrite(segE, SEG_ON); digitalWrite(segF, SEG_ON);
            digitalWrite(segG, SEG_OFF); break;
    case 1: digitalWrite(segA, SEG_OFF); digitalWrite(segB, SEG_ON); digitalWrite(segC, SEG_ON);
            digitalWrite(segD, SEG_OFF); digitalWrite(segE, SEG_OFF); digitalWrite(segF, SEG_OFF);
            digitalWrite(segG, SEG_OFF); break;
    // ... case 2-9 同理，case 10 全熄灭
  }
}

void SwitchDigit(int pos) {
  for (int i = 0; i < 4; i++)
    digitalWrite(digit_pin[i], (i == pos) ? DIGIT_ON : DIGIT_OFF);
}

Digits IntToDigits(int n) {
  Digits dg; int zeros = 0, d;
  for (int i = 0; i < 4; i++) {
    d = n / pow(10, 3 - i);
    zeros += d;
    n -= d * pow(10, 3 - i);
    dg.d[i] = (zeros != 0 || i == 3) ? d : 10;
  }
  return dg;
}

void PrintNumber(int n, int ms) {
  Digits dg = IntToDigits(n);
  for (int i = 0; i <= ms / 20; i++) {
    if (digitalRead(button2) == LOW) return;  // 按钮 2 中止
    for (int j = 0; j < 4; j++) {
      SwitchDigit(j); lightNumber(dg.d[j]); delay(5);
    }
  }
}

bool Countdown(int n, int del) {
  for (int q = n; q > 0; q--) {
    PrintNumber(q, del);
    if (digitalRead(button2) == LOW) return false;
  }
  PrintNumber(0, 0);
  playTone(1519, 1000);
  return true;
}

void reset() {
  int pressed3 = 0, pressed4 = 0;
  Digits dg = IntToDigits(countdown_time);
  while (digitalRead(button1) == HIGH) {  // 等待按钮 1 确认
    for (int j = 0; j < 4; j++) { SwitchDigit(j); lightNumber(dg.d[j]); delay(5); }
    if (digitalRead(button3) == LOW) {
      if (pressed3 == 0 || pressed3 > 30) { if (countdown_time > 0) countdown_time--; dg = IntToDigits(countdown_time); }
      pressed3++;
    } else if (digitalRead(button4) == LOW) {
      if (pressed4 == 0 || pressed4 > 30) { if (countdown_time < 9999) countdown_time++; dg = IntToDigits(countdown_time); }
      pressed4++;
    }
    if (digitalRead(button3) == HIGH) pressed3 = 0;
    if (digitalRead(button4) == HIGH) pressed4 = 0;
  }
}

void loop() {
  reset();
  while (!Countdown(countdown_time, 962)) reset();
  while (digitalRead(button2) == HIGH);  // 等待按钮 2 复位
}

使用说明

1. 上电进入设置模式，数码管显示当前预设时间 (默认 60 秒)
2. 短按/长按 按钮 3 (-) / 按钮 4 (+) 调整时间
3. 按 按钮 1 (启动) 开始倒计时
4. 倒计时过程中按 按钮 2 (复位) 可中止并返回设置模式
5. 倒计时归零，蜂鸣器响 1 秒，再次按按钮 2 复位

扩展建议

• 改用 TM1637/HT16K33 驱动芯片模块，省去动态扫描代码，亮度可调
• 增加 EEPROM 存储上次设定时间，掉电记忆
• 加入暂停/继续功能 (按钮 1 切换)
• 设计外壳，配电池盒做便携计时器
• 移植到 ATtiny85 + TM1637 做极简版本