使用 Johnny-Five 的 Led.Digits 打造七段数码管数字时钟

使用 Johnny-Five 的 Led.Digits 打造七段数码管数字时钟

【免费下载链接】johnny-fiveJavaScript Robotics and IoT programming framework, developed at Bocoup.项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/jo/johnny-five

导读

本文围绕 Johnny-Five（JavaScript Robotics and IoT 编程框架）官方示例文档 docs/led-digits-clock.md 展开，讲解如何利用Led.Digits驱动七段数码管（7 Segment Digits）在 Arduino、Intel Galileo Gen 2 等平台上实现一个每秒刷新的数字时钟。读完本文，你将掌握Led.Digits的初始化方式、print()与digit()的底层工作机制、时间字符串的格式化技巧，以及如何将同一段代码移植到不同控制器平台。

示例概述：一块会走的数字钟

原文档给出了一个非常直观的示例：使用七段数码管和 Intel Galileo Gen 2 打造一台时钟，并且明确指出该示例可以轻松移植到任何 Johnny-Five 支持的平台（例如 Arduino Uno）。核心思路如下：

• 通过Led.Digits封装数码管硬件，指定data、cs、clock三个引脚；
• 在board.on("ready")之后，用setInterval每秒调用一次digits.print(time())；
• time()函数借助 moment.js 生成形如02.25.54 P的格式化字符串，并做一次正则替换，得到适合单字母上下午（meridiem）的显示内容。

在仓库中，该示例存在三个版本，可直接对照阅读：

• eg/led-digits-clock.js：默认 Arduino 平台版本；
• eg/led-digits-clock-arduino.js：与默认版本等价；
• eg/led-digits-clock-galileo.js：使用galileo-io作为 IO 层的 Galileo 版本。

运行 Galileo 版本的方式（与文档一致）：

node eg/led-digits-clock-galileo.js

运行普通 Arduino 版本则执行：

node eg/led-digits-clock.js

接线图与硬件准备

原文档提供了两种接线的 Fritzing 图，均以仓库根目录为起点：

• Galileo 接线图：docs/breadboard/led-digits-clock-galileo.png，对应 Fritzing 源文件 docs/breadboard/led-digits-clock-galileo.fzz；
• Arduino 接线图：docs/breadboard/led-digits-clock-arduino.png，对应 Fritzing 源文件 docs/breadboard/led-digits-clock-arduino.fzz。

接线要点（对应源码中的引脚配置）：数码管/驱动板的data、cs、clock三根信号线分别接到控制器的 2、3、4 号数字引脚（本例配置），公共端与电源按驱动板手册连接。仓库中还有基于 HT16K33 等 I2C 控制器的变体接线图，如 docs/breadboard/led-digits-clock-HT16K33.png 和 docs/breadboard/led-digits-clock-dual.png，可作为后续移植参考。

完整代码与逐段讲解

const moment = require("moment"); const { Board, Led } = require("johnny-five"); const Galileo = require("galileo-io"); const board = new Board({ io: new Galileo() }); board.on("ready", () => { var digits = new Led.Digits({ pins: { data: 2, cs: 3, clock: 4, } }); setInterval(() => digits.print(time()), 1000); }); function time() { /* The desired display looks something like these examples: 02.25.54 P 12.30.00 A moment doesn't have an option for a single letter meridiem (nor should it, that would be silly), so we need to manipulate the string a bit to so that it the string matches our desired display. */ return moment().format("hh.mm.ssA") .replace(/([AP])M/, " $1"); }

1. 依赖与平台抽象

const moment = require("moment"); const { Board, Led } = require("johnny-five"); const Galileo = require("galileo-io");

• moment：时间格式化库，负责生成hh.mm.ssA形式的时间字符串；
• johnny-five：提供Board（板卡抽象）与Led（LED 家族，含Led.Digits）；
• galileo-io：Galileo 平台的 IO 适配层。若使用 Arduino，则省略这一行，直接new Board()即可（见 eg/led-digits-clock-arduino.js）。

这种"Board + io 注入"的结构正是 Johnny-Five 的平台可移植性来源：代码逻辑不变，只换 IO 层就能换硬件平台。

2. 初始化数码管

const digits = new Led.Digits({ pins: { data: 2, cs: 3, clock: 4, } });

Led.Digits是 lib/led/digits.js 中定义的一个极简类，它继承自LedControl并强制options.isMatrix = false：

class Digits extends LedControl { constructor(options) { options.isMatrix = false; super(options); } static get CHARS() { return LedControl.DIGIT_CHARS; } }

LedControl（见 lib/led/ledcontrol.js）支持两种控制器：

• 默认控制器（MAX7219/MAX7221 类 SPI 驱动）：通过pins指定data、clock、cs（chip select，也接受别名latch）三个数字引脚。源码中初始化时会把这几个引脚全部设为OUTPUT模式（见 lib/led/ledcontrol.js），并按 MAX7219 的寄存器顺序发送BRIGHTNESS、SCANLIMIT、SHUTDOWN、DISPLAYTEST等配置指令；
• HT16K33 控制器（I2C 驱动）：通过address/addresses与dims配置，适用于带 I2C 接口的数码管背板。

pins既可以是对象{ data, clock, cs }，也可以是数组[data, clock, cs]。其它可用选项还包括devices（级联的驱动芯片数量）、digits（每块芯片的位数，默认 8）、colon（设备是否内置冒号）等。

3. 每秒刷新一次

setInterval(() => digits.print(time()), 1000);

每 1000ms 生成一次当前时间字符串并调用digits.print()。print()是LedControl的核心显示方法（见 lib/led/ledcontrol.js），它会用正则/([0-9A-Za-z][.]|[0-9A-Za-z:]|[\s])/g把字符串拆成"字符单元"（支持带小数点字符、冒号、空白），然后逐个调用digit()写入对应位置。若设备配置了colon: true，print()还会在超过两个字符且第 3 个字符不是:或空格时自动插入空格占位，让内置冒号的数码管更自然地居中显示。

digit()（见 lib/led/ledcontrol.js）则负责把单个字符映射成段码：优先查LedControl.DIGIT_CHARS字模表，查不到时回退为Math.abs(Number(character))；若字符后带.，则与小数点段码0x80做按位或。

4. 时间格式化与字符串处理

return moment().format("hh.mm.ssA") .replace(/([AP])M/, " $1");

• moment().format("hh.mm.ssA")：输出 12 小时制时间，如02.25.54PM。其中hh是 12 小时制（01-12），mm是分钟，ss是秒，A是 AM/PM 大写字母；
• .replace(/([AP])M/, " $1")：把AM/PM压缩成单个字母A/P，并在前面补一个空格，使最终显示为02.25.54 P/12.30.00 A，与七段数码管的显示习惯一致。

小数点在这里起到分隔时、分、秒的作用（., 段码为0x80），这正是print()正则允许"数字 + 小数点"单元的原因。

显示字模与字符支持

Led.Digits.CHARS暴露了完整的数字字模表（见 lib/led/led-chars.js），它是LedControl.DIGIT_CHARS的静态别名，支持：

• 数字：0–9（例如"8": 0x7F，全段点亮）；
• 标点与分隔符：空格0x00、小数点.0x80、冒号:0xFF、感叹号!0xB0；
• 大小写字母：A–Z、a–z（七段近似显示）。

如果你要显示自定义字符，可以基于这张表扩展，并把对应的 8 位段码直接传给digit(addr, position, chr)，或直接传数字段码。

移植到其它平台与控制器

原文档强调"这个示例可以轻松移植到任何其它受支持平台"，移植路径有两种：

1. 更换 IO 层（同一块数码管）：Galileo 用new Board({ io: new Galileo() })，Arduino 用new Board()，Raspberry Pi 可换成raspi-io，Tessel 可换成tessel-io等，业务代码不变；
2. 更换驱动控制器（同一套代码）：若数码管背板是 HT16K33（I2C），将pins换成address（如0x70）与dims，其余print()/digit()调用方式一致；该控制器的初始化、blink、brightness、clear等实现在 lib/led/ledcontrol.js 的Controllers.HT16K33中，可据此了解 I2C 版本的行为差异。

常见问题与注意事项

• 必须等board.on("ready")再操作：所有 IO 初始化都在 ready 事件之后进行，否则引脚与控制器尚未就绪；
• 字符数量不要超过位数：默认digits: 8，本示例显示 8 个字符（hh.mm.ss P恰好 8 个单元）；超出位数的字符会被忽略；
• time()始终返回固定长度字符串：moment().format("hh.mm.ssA")中hh/mm/ss均会补零，保证 12 小时制下字符串长度稳定，避免因数字位数变化导致显示错位；
• SPI 引脚需要支持数字输出：data、clock、cs必须使用数字引脚，且注意电平与驱动板兼容。

深入阅读

• 数码管实现类：lib/led/digits.js
• 底层控制器（MAX7219/HT16K33 双控制器实现）：lib/led/ledcontrol.js
• 字模表（含数字、冒号、小数点与字母）：lib/led/led-chars.js
• 示例源码：eg/led-digits-clock.js、eg/led-digits-clock-galileo.js
• 相关教程文档：docs/led-digits-clock-dual.md（双模块时钟）、docs/led-digits-clock-HT16K33.md（HT16K33 版）

结合本文的源码剖析，你可以在任意 Johnny-Five 支持的平台上快速复现这台数码管时钟，并将Led.Digits的print()能力扩展到倒计时器、秒表、计数器等更多场景。

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