Bouw een Berlijnse Klok met Arduino UNO – DIY LED-matrix klok

Onderdelen en benodigdheden

Over dit project

Dit is een project gebaseerd op een tutorial die ik schreef voor Instructables. Laten we beginnen met een niet-zoveel-daagse klok.

Intro: De Berlijnse Klok

De Berlijnse Klok (BerlinUhr of Mengenlehreuhr) was waarschijnlijk de allererste digitale klok. Hij bestaat sinds 1975. Meer info: Wikipedia.

Hoe werkt het? Er zijn vier rijen lampjes:

• Bovenste rij: uren × 5 (elke lamp = 5 uur)
• Tweede rij: enkele uren 1–4
• Derde rij: minuten × 5 (elke lamp = 5 minuten)
• Onderste rij: enkele minuten 1–4

De grote lamp bovenaan knippert elke seconde. Op de foto (één lamp is defect) is de tijd: 2×5 uur + 3 uur + 6×5 minuten + 2 minuten = 13:32. De klok gebruikt 24-uursformaat.

Stap 1: De elektronica

Benodigd: Arduino UNO, RTC-module (DS1307), 13 gele en 11 rode LEDs (5mm), breadboard/experimenteerprint, weerstanden (220Ω voor seconden-LED, 68kΩ voor MAX7219 stroombegrenzing), MAX7219 IC. De LedControl bibliotheek vereenvoudigt het sturen van de MAX7219: GitHub.

Stap 2: Opbouw

Arduino leest de RTC (via I2C: SDA/SCL op A4/A5), rekent de tijd om naar Berlijnse-klok formaat, en stuurt de data naar de MAX7219 (DataIn pin 12, CLK pin 11, LOAD pin 10). De seconden-LED zit op pin 13.

MAX7219 aansluiting:

• Pin 4, 9 → GND
• Pin 19 → VCC
• Pin 18 (ISet) → VCC via 68kΩ weerstand (stroombepaling voor outputs)
• Pin 1 (DataIn) → Arduino pin 12
• Pin 12 (LOAD) → Arduino pin 10
• Pin 13 (CLK) → Arduino pin 11

De 8 digit-uitgangen (DIG 0–7) sturen de LED-rijen aan. De segment-uitgangen (A–G, DP) krijgen binaire patronen via LedControl. Let op: DP is de MSB, niet de LSB – dit vereist aangepaste bitpatronen.

Stap 3: De LEDs

De LEDs worden per rij parallel geschakeld met gemeenschappelijke anode op de DIG-uitgangen en kathodes op de segment-lijnen. De seconden-LED rechtstreeks op pin 13 met 220Ω.

De foto toont 17:47. De onderste rij (minuten) is op breadboard minder duidelijk zichtbaar, maar werkt wel.

Stap 4: De code

#include 
#include 

const int DS1307 = 0x68; // A5=SCL, A4=SDA
const char* days[] = {"Sunday", "Monday", "Tuesday", "Wednesday", "Thursday", "Friday", "Saturday"};
const char* months[] = {"January", "February", "March", "April", "May", "June", "July", "August", "September", "October", "November", "December"};

byte second = 0, minute = 0, hour = 0, weekday = 0, monthday = 0, month = 0, year = 0;
byte lastMinute = 0, lastSecond = 0;
int Led = 13;

// Binaire patronen voor 0-11 LEDs aan (MSB = DP)
byte nul = B00000000;
byte een = B01000000;
byte twee = B01100000;
byte drie = B01110000;
byte vier = B01111000;
byte vijf = B01111100;
byte zes = B01111110;
byte zeven = B01111111;
byte acht = B11111111;
byte negen = B01000000; // 9 = 8+1
byte tien = B01100000;  // 10 = 8+2
byte elf = B01110000;   // 11 = 8+3

int a=0, b=0, c=0, vijfMinTwee=0;
int uitgang = LOW;

LedControl lc = LedControl(12, 11, 10, 1); // DataIn, CLK, LOAD, devices
unsigned long delaytime = 100;

void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  pinMode(Led, OUTPUT);
  lc.shutdown(0, false);
  lc.setIntensity(0, 8); // Helderheid
  lc.clearDisplay(0);
}

void loop() {
  readTime();
  digitalWrite(Led, uitgang);
  
  // Seconden knipperen
  if (second != lastSecond) {
    uitgang = (uitgang == LOW) ? HIGH : LOW;
    digitalWrite(Led, uitgang);
    lastSecond = second;
  }
  
  // Minuut gewijzigd? Display updaten
  if (minute != lastMinute) {
    printTime();
    lastMinute = minute;
  }
}

byte bcdToDec(byte val) {
  return ((val/16*10) + (val%16));
}

void printTime() {
  long minuten = minute;
  long uren = hour;
  
  int vijfmin = minuten / 5;
  int eenminuut = minuten - (vijfmin * 5);
  int vijfuren = uren / 5;
  int eenuren = uren - (vijfuren * 5);
  
  a = vijfmin; digitaal(); vijfmin = b; vijfMinTwee = c;
  a = eenminuut; digitaal(); eenminuut = b;
  a = vijfuren; digitaal(); vijfuren = b;
  a = eenuren; digitaal(); eenuren = b;
  
  lc.setRow(0, 4, vijfuren);   // DIG 4: uren x5
  lc.setRow(0, 3, eenuren);    // DIG 3: enkele uren
  lc.setRow(0, 1, vijfmin);    // DIG 1: minuten x5 (deels)
  lc.setRow(0, 2, vijfMinTwee); // DIG 2: minuten x5 (rest)
  lc.setRow(0, 0, eenminuut);  // DIG 0: enkele minuten
}

void readTime() {
  Wire.beginTransmission(DS1307);
  Wire.write(byte(0));
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(DS1307, 7);
  second = bcdToDec(Wire.read());
  minute = bcdToDec(Wire.read());
  hour = bcdToDec(Wire.read());
  weekday = bcdToDec(Wire.read());
  monthday = bcdToDec(Wire.read());
  month = bcdToDec(Wire.read());
  year = bcdToDec(Wire.read());
}

void digitaal() {
  switch (a) {
    case 0: b = nul; c = nul; break;
    case 1: b = een; c = nul; break;
    case 2: b = twee; c = nul; break;
    case 3: b = drie; c = nul; break;
    case 4: b = vier; c = nul; break;
    case 5: b = vijf; c = nul; break;
    case 6: b = zes; c = nul; break;
    case 7: b = zeven; c = nul; break;
    case 8: b = acht; c = nul; break;
    case 9: b = acht; c = negen; break;
    case 10: b = acht; c = tien; break;
    case 11: b = acht; c = elf; break;
  }
}

De code is helder gestructureerd. Een leuk bijvoordeel: je leert nu tellen in het Nederlands (nul tot elf)!

Code repository

LedControl bibliotheek op GitHub