7. 时钟的设计与实现¶
7.1. 模拟时钟¶
- 表盘特征
模拟时钟的表盘是一个圆形，圆周上有60个刻度，每一个短刻度表示1秒(秒针)或1分(分针)，每一个长刻度表示1小时(时针)。 我们使用screen.darwline()画短线（刻度）的方法绘制时钟表盘，就首先要知道表盘圆周上60个刻度的坐标。 已知屏幕原点位于左上角，因此我们使用如下三角函数的方法求得圆周上各点的坐标。
- 表盘绘制
先定义获取圆周上坐标的函数 角度是从0度到360度，逆时针方向。而表的指针是从90度先到360度，再回到90度，顺时针方向。因此获取前15个坐标，再获取后面45个坐标。
# 获取圆周上的60个坐标
def getCoordinateList(self, mul):
coordinateList = []
# 0-15
for n in range(15):
x = int(self.centerX + self.radius * mul * math.cos(math.pi / 30 * (15 - n)))
y = int(self.centerY - self.radius * mul * math.sin(math.pi / 30 * (15 - n)))
coordinate = (x, y)
coordinateList.append(coordinate)
# 15-60
for n in range(45):
x = int(self.centerX + self.radius * mul * math.cos(math.pi / 30 * (60 - n)))
y = int(self.centerY - self.radius * mul * math.sin(math.pi / 30 * (60 - n)))
coordinate = (x, y)
coordinateList.append(coordinate)
return coordinateList
获取表盘圆周起始坐标和长短终止坐标列表。
# 表盘圆周坐标
self.cirStart = self.getCoordinateList(1)
self.cirEnd1 = self.getCoordinateList(1.05)
self.cirEnd2 = self.getCoordinateList(1.10)
使用坐标绘制表盘。
# 画表盘
def drawClock(self):
screen.clear()
# 画表盘
for i in range(60):
if i % 5 == 0:
# 画时刻度 长线
screen.drawline(self.cirStart[i][0], self.cirStart[i][1], self.cirEnd2[i][0], self.cirEnd2[i][1], 3, 0x000000)
else:
# 画秒刻度 短线
screen.drawline(self.cirStart[i][0], self.cirStart[i][1], self.cirEnd1[i][0], self.cirEnd1[i][1], 2, 0x000000)
- 运行原理
- 秒针每1秒转动一小格，分针每1分(60秒)转动一小格，时针每1小时转动一大格每12分钟(720秒)转动一小格。
- 时钟表盘最大刻度为12小时，因此12*60*60=43200秒后，时分秒针同时回到最初的位置。
- 指针绘制
- 指针的移动我们也使用screen.darwline()来绘制，也需要先获得每时刻指针的头尾坐标位置。
- 不同的是指针在转动到下一格的时候，需要先擦除当前位置的指针，然后画出下个的指针。
- 而且表盘有三个指针在同时转动，每次发生擦除时，都需要重新画一下所有当前时刻的指针。
- 代码实现
导入库
import math
import time
import screen
获取时分秒指针的头尾位置坐标列表
# 时分秒指针头尾坐标
self.hurTail = self.getCoordinateList(-0.1)
self.hurHand = self.getCoordinateList(0.3)
self.minTail = self.getCoordinateList(-0.1)
self.minHand = self.getCoordinateList(0.5)
self.secTail = self.getCoordinateList(-0.1)
self.secHand = self.getCoordinateList(0.7)
根据当前时间计算已经走过的秒数
# 根据当前时间计算走过的秒数
self.totalSec = hour * 3600 + minute * 60 + second
运行函数
# 开始运行
def start(self):
while True:
# 获取列表下标
hi = int(self.totalSec / 720)
mi = int(self.totalSec / 60) % 60
si = self.totalSec % 60
# 画时分秒针并保留一段时间
screen.drawline(self.hurTail[hi][0], self.hurTail[hi][1], self.hurHand[hi][0], self.hurHand[hi][1], 2, 0x000000)
screen.drawline(self.minTail[mi][0], self.minTail[mi][1], self.minHand[mi][0], self.minHand[mi][1], 2, 0x000000)
screen.drawline(self.secTail[si][0], self.secTail[si][1], self.secHand[si][0], self.secHand[si][1], 2, 0x000000)
time.sleep_ms(980) # 程序执行延时大约20ms
# 擦除时分秒针
screen.drawline(self.secTail[si][0], self.secTail[si][1], self.secHand[si][0], self.secHand[si][1], 2, 0xffffff)
if self.totalSec % 60 == 59:
screen.drawline(self.minTail[mi][0], self.minTail[mi][1], self.minHand[mi][0], self.minHand[mi][1], 2, 0xffffff)
if self.totalSec % 720 == 719:
screen.drawline(self.hurTail[hi][0], self.hurTail[hi][1], self.hurHand[hi][0], self.hurHand[hi][1], 2, 0xffffff)
self.totalSec = self.totalSec + 1
if self.totalSec >= 43200:
self.totalSec = 0
创建对象，并运行
if __name__ == '__main__':
cl = AnalogClock(1, 20, 0) # 设置时间为1:20:00
cl.start()
7.2. 数字时钟¶
- 基本原理
在理解了前面模拟时钟的原理后，数字的设计与实现就会变得十分容易。 数字时钟由时分秒三个数和中间的分割符（一般为冒号）组成。 在这里我们同样使用screen.darwline()函数画线的方法来显示0-9的数字和分隔符。 一个数字由7条边组成，我们根据位置关系将它们定义为1-7号边，如下图所示。
实际的数字时钟通过点亮熄灭对应位置上的数码管显示对应的数字。 在skids的屏幕上我们则通过控制对应边的画线颜色来决定要显示的数字，例如要显示数字7，只需控制2-5号边为白色（屏幕背景为白色），1、6、7号边为黑色即可。 分隔符只需在指定的位置上画上两条短线即可。 数字时钟的运行原理与模拟时钟一致，每60秒分加1，每60分时加1，每24时时分秒都变0.
- 代码实现
导入库
import time
import screen
构造函数:
def __init__(self, hour, minute, second):
# 布局变量
self.startX = 10 # 时钟左上角坐标X
self.startY = 100 # 时钟左上角坐标Y
self.margin = 8 # 数字健距
self.edgeL = 24 # 数字边长
self.edgeW = 2 # 数字边宽
self.colon = int(self.edgeL / 2) # 冒号间距
# 显示变量
self.colorDict = {0: 0xffffff, 1: 0x000000} # 数字边颜色0白色1黑色
self.numDict = {0: (1, 0, 1, 1, 1, 1, 1), # 数字对应的显示列表
1: (0, 0, 0, 0, 0, 1, 1),
2: (1, 1, 1, 0, 1, 1, 0),
3: (1, 1, 1, 0, 0, 1, 1),
4: (0, 1, 0, 1, 0, 1, 1),
5: (1, 1, 1, 1, 0, 0, 1),
6: (1, 1, 1, 1, 1, 0, 1),
7: (1, 0, 0, 0, 0, 1, 1),
8: (1, 1, 1, 1, 1, 1, 1),
9: (1, 1, 1, 1, 0, 1, 1)}
# 时间变量
self.hur = hour
self.min = minute
self.sec = second
# 初始化显示
screen.clear()
self.displayColon()
通过控制7条边的颜色显示出相应的数字
# 通过控制7条边的颜色显示出相应的数字
def displayNum(self, num, x, y):
# 1号边
x1 = x
y1 = y
x2 = x + self.edgeL
y2 = y
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[0]])
# 2号边
x1 = x
y1 = y + self.edgeL
x2 = x + self.edgeL
y2 = y + self.edgeL
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[1]])
# 3号边
x1 = x
y1 = y + self.edgeL * 2
x2 = x + self.edgeL
y2 = y + self.edgeL * 2
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[2]])
# 4号边
x1 = x
y1 = y
x2 = x
y2 = y + self.edgeL
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[3]])
# 5号边
x1 = x
y1 = y + self.edgeL
x2 = x
y2 = y + self.edgeL * 2
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[4]])
# 6号边
x1 = x + self.edgeL
y1 = y
x2 = x + self.edgeL
y2 = y + self.edgeL
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[5]])
# 7号边
x1 = x + self.edgeL
y1 = y + self.edgeL
x2 = x + self.edgeL
y2 = y + self.edgeL * 2
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, self.colorDict[num[6]])
分隔符的位置确定与显示
# 显示分隔符
def displayColon(self):
# 时分间
x1 = self.startX + self.edgeL * 2 + self.margin + self.colon
y1 = self.startY + self.margin
x2 = x1
y2 = y1 + self.margin
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, 0x000000)
y1 = self.startY + self.margin * 4
y2 = y1 + self.margin
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, 0x000000)
# 分秒间
x1 = self.startX + self.edgeL * 4 + self.margin * 2 + self.colon * 3
y1 = self.startY + self.margin
x2 = x1
y2 = y1 + self.margin
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, 0x000000)
y1 = self.startY + self.margin * 4
y2 = y1 + self.margin
screen.drawline(x1, y1, x2, y2, self.edgeW, 0x000000)
运行函数
# 开始运行
def start(self):
while True:
# 显示时
hurH = int(self.hur / 10)
hurL = self.hur % 10
x = self.startX
self.displayNum(self.numDict[hurH], x, self.startY)
x = self.startX + self.edgeL + self.margin
self.displayNum(self.numDict[hurL], x, self.startY)
# 显示分
minH = int(self.min / 10)
minL = self.min % 10
x = self.startX + self.edgeL * 2 + self.margin + self.colon * 2
self.displayNum(self.numDict[minH], x, self.startY)
x = self.startX + self.edgeL * 3 + self.margin * 2 + self.colon * 2
self.displayNum(self.numDict[minL], x, self.startY)
# 显示秒
secH = int(self.sec / 10)
secL = self.sec % 10
x = self.startX + self.edgeL * 4 + self.margin * 2 + self.colon * 4
self.displayNum(self.numDict[secH], x, self.startY)
x = self.startX + self.edgeL * 5 + self.margin * 3 + self.colon * 4
self.displayNum(self.numDict[secL], x, self.startY)
# 计算下一时刻
self.sec = self.sec + 1
if self.sec >= 60:
self.min = self.min + 1
self.sec = 0
if self.min >= 60:
self.hur = self.hur + 1
self.min = 0
if self.hur >= 24:
self.hur = 0
# 一个循环执行1s
time.sleep_ms(912) # 程序执行时延大约88ms
创建对象，并运行
if __name__ == '__main__':
dc = DigitalClock(23, 58, 30) # 设置初始时间为23:58:30
dc.start()
