Часы на LCD: таймер millis и формат времени

Часы я собирал из чистого упрямства: для теплицы нужен был экран со временем последнего полива, а модуль часов ещё ехал с маркетплейса. millis() к тому моменту был освоен, деление на тысячу — дело техники. Первые сутки часы радовали: секунды тикали, формат был как на вокзале. На третьи сутки я сверил их с телефоном — отстали на четыре минуты. Ещё через сутки — на девять. В коде ошибок не было ни одной: часы честно считали секунды из millis(), просто резонатор на плате тикал чуть медленнее настоящего времени.

Этот урок про две вещи сразу. Первая — механика: как из счётчика миллисекунд собрать красивое время с ведущими нулями, чтобы экран показывал 09:07:05, а не 9:7:5, и почему перерисовывать его нужно раз в секунду, а не в каждом обороте loop. Вторая — честные пределы: куда уходит точность, зачем нужен тип unsigned long и что случится на сорок девятые сутки. Модуль реального времени у нас будет в своих уроках, но собирать время из millis() нужно уметь в любом случае — это и метка аптайма на экране, и таймеры, и логи событий. Если вы только открыли дисплеи, сначала гляньте урок про первый текст по I2C — там схема из четырёх проводов.

millis() возвращает unsigned long — беззнаковое 32-битное число миллисекунд с момента включения. Максимум 4 294 967 295, то есть 49 суток и 17 часов, после чего счётчик обнуляется и часы с ним. Отсюда первое правило: любые переменные, в которых вы храните millis() или его производные, должны быть unsigned long. Ещё жёстче с int: он держит максимум 32 767, и если написать int sec = millis() / 1000, переменная переполнится через 32 секунды — часы начнут показывать и отрицательное время тоже, и ловить это будете вы, а не компилятор.

Сама арифметика умещается в четыре строки. Всё измеряем в секундах: total = millis() / 1000. Дальше чистые остатки: секунда — total % 60, минута — (total / 60) % 60, час — (total / 3600) % 24. Деление нацело и остаток раскладывают большое число по разрядам, как школьное деление с уголком, и каждый разряд живёт в своём понятном диапазоне. Формулы не боятся ни минут, ни суток — единственный честный скачок случится на 49-е сутки, когда millis() обнулится и время на экране перескочит в ноль. Для теплицы это несущественно, для сервера аптайма — уже повод поставить RTC-модуль, о чём у нас есть отдельный разговор про millis и настоящие часы. Проверить арифметику можно без железа: подставьте в формулы любое число секунд и убедитесь, что разряды сходятся — я всегда гоняю такие проверки на бумажке, прежде чем писать код.

Теперь вёрстка. Число 7 и число 07 занимают разную ширину, и формат времени на этом ломается: колонки двоеточий ползут по экрану. Лечится функцией на три строки: перед печатью числа меньше десяти печатаем ведущий нуль. Это родня затирания пробелами из урока про печать чисел и нулей — обе техники держат ширину ячейки постоянной, просто работают на разные случаи. Собирать строку целиком через String я бы не стал — на Uno всего два килобайта ОЗУ, а каждая конкатенация плодит новый буфер в куче; за сутки перерисовок фрагментация накапливается. Печать по частям из print() и двоеточий стоит ноль лишней памяти и выглядит на экране один в один.

Второй пункт дисциплины — частота перерисовки. Экран обновляем только когда сменилась отображаемая секунда: сравнили total с показанным, совпало — молчим. Печать строки по I2C небыстрая, а в loop без задержек она случилась бы тысячи раз в секунду — трата тактов и плавающий курсор без всякой пользы. Заодно повесьте на экран что-то живое: в моих часах светодиод мигает на чётной секунде — видно, что скетч жив, даже если смотреть из другого конца комнаты.

А как же выставить текущее время? Часами без RTC управляют кнопками: одна прибавляет часы, другая минуты — и здесь всплывает переменная сдвига. Храните не «текущее время», а поправку в секундах: total = millis() / 1000 + offset. Кнопка «плюс минута» добавляет к offset шестьдесят — и формат сам переносит минуты в часы через свои остатки, трогать его не нужно. Скажу честно: после подключения кнопок настройки такие часы становятся почти настоящими, и именно в этот момент появляется соблазн повесить на них будильник. Не спешите: один таймер loop ещё держится, а два-три независимых расписания на millis() в одном скетче превращают код в кашу — для этого лучше подошёл бы планировщик задач на millis, где каждое событие живёт своей строкой и своим интервалом. А сброс поправки в ноль — это просто offset = 0 по длинному нажатию: три строки кода, которые сэкономят вам перекопку всего скетча.

В тренажёре к каркасу добавлена кнопка на D2 — пауза и пуск — с окном тишины из урока про счётчик: один щелчок меняет режим ровно один раз, сколько бы дребезг ни производил фронтов. Светодиод на D12 тикает вместе с секундами: горит на чётной, гаснет на нечётной. При паузе нижняя строка показывает PAUZA, секунды замирают, светодиод перестаёт мигать — время замерло вместе с экраном. Отпустите кнопку — счёт продолжится ровно с той же секунды, без перескоков: пауза хранит замороженное значение, а не стирает его. Попробуйте поймать момент смены минуты: формат должен перейти 07:59:59 в 08:00:00 без сдвига колонок — это и есть работа ведущих нулей.