創(chuàng)意設計之DIY搖擺LED時鐘
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看到市場上正在流行的時尚商品——搖擺LED時鐘，感覺非常新穎獨特，正在玩單片機的我，激起了自己也想DIY一個搖擺LED時鐘的沖動。經過十多天的制作、修改與調試，作品才告完成，基本達到預先要求。
一. 設計思路
本制作是根據視覺暫留原理, 讓一排8只LED運動, 在空中呈現(xiàn)數字來表示時鐘。由于其實質就是一個擺動的流水燈，特別適合初入門的單片機愛好者動手制作。
整個屏可顯示七個字符，平時作時鐘只用其中的五個字符。
顯示分 “正常運行”、“調分”和“調時” 三種狀態(tài)。正常運行時中間的“：”符每一秒閃現(xiàn)一次，調分和調時時，則為調整的項閃現(xiàn)。
設置三個調整按鍵，一個為“狀態(tài)鍵”，一個為“加法鍵”，一個為“減法鍵”。
完成圖(見圖1、圖2)
圖1
圖2
效果圖(見圖3)
圖3
二. 硬件結構
主板的結構布局見圖4。
圖4
機械部分：
驅動搖棒擺動的機構采用從硬盤上拆下的音圈電機(見圖5)組件構成，為制作方便，這個組件是直接安裝在電路板上的。
圖5
為使搖棒保持平衡，需在線圈端加配重，由于配重是在磁鐵的上端，最好選銅質物件。為了讓搖棒擺動穩(wěn)定，在搖棒擺動的擺幅兩端加了限位器。并在兩個限位器上分別套上一個膠圈，以減輕噪音和振動。
電子部分：
1.LED的焊接，(見圖6)將LED兩腳跨接在電路板兩端的方式進行焊接。使LED緊密排列在一起。
圖6
2.搖棒上的LED與主板上的信號用排線連接，音圈電機供電占2位，LED信號傳輸占9位，所以至少要11位的排線。(見圖7)
圖7
3.設置三個按鍵用于調整時間。(見圖8)
圖8
4.采用驅動直流電機正反轉的方式，驅動音圈電機來回擺動。讓電機正、反轉的方法很多，最典型的是H橋電路驅動。為了簡化電路，最好采用H橋功能的集成電路。這種IC很多，比如象TA7257，TA8429H，L6203等，這里用的是三菱公司的M54544AL。(見圖9)
圖9
IC各腳定義見圖10。
圖10
5.電原理圖見圖11(點擊放大)。
圖11
三. 軟件設計
1. 搖棒的啟動
通過P3.6和P3.7輸出驅動音圈電機的信號, 由于沒有設置檢測搖棒的傳感器，時間間隔只能跟據實驗確定。在調試中發(fā)現(xiàn)，當驅動搖棒的信號轉換加速到一定的時候，從靜止狀態(tài)轉到正常擺動狀態(tài)發(fā)生困難，因此需要由慢到快的驅動過程。由下面的程序段實現(xiàn)。
do {
mm--;
DelayMs(120+mm*5); //逐漸縮短延時間
put1=~put1; put2=~put2; //轉換輸出口電平狀態(tài)
}while(mm>0);
2. 秒閃現(xiàn)的實現(xiàn)
數字和字符的閃現(xiàn)是通過變量Ms和數組w[]實現(xiàn)的，如需要七位字符中的間的第4位閃現(xiàn)，則w[3]=1。這是通過全局變量Ms在void timer0(void)函數中每隔一秒改變一次狀態(tài)(0或1)，在void timer1(void)函數中的下列語句中實現(xiàn)。
if((put1==1)(ii7)(Ms*w[ii]==0)) P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj]; else P2=0xff;
3. 校正顯示不均勻
調試中發(fā)現(xiàn)，顯示屏上的字符并不是一樣寬的，仔細分析是由于搖棒在運動中一直受力，使搖棒產生加速運動，這樣就需要在程序中加一校正因子，逐漸縮短顯示的時間段。具體是通過變量tt在函數void timer1(void)中實現(xiàn)的。
4. 按鍵去抖程序
按鍵的去抖采用軟件編程實現(xiàn)，其方法是當檢測到按鍵的接口出現(xiàn)低電平后，隔一段時間再檢測，如還是低電平，則確認為有效，否則無效。具體的程序是通過函數unsigned char ChKey(bit Key)實現(xiàn)。
5. 顯示同步
調試時要根據實際情況確定Ti的值，保證顯示正常。
6.預留的部分功能
提供的程序除提供了一個完整的時鐘程序外，還預留了顯示七個字符功能(見圖12)，只是主程序要作一些修改。
圖12
7.完整C51程序代碼
/*
POV搖擺顯示LED鐘C51程序
*/
#include
/*硬件端口定義*/
sbit set0=P0^1;
sbit set1=P0^0;
sbit set2=P0^2;
sbit put1=P3^6;
sbit put2=P3^7;
/*時鐘用數組*/
unsigned char BUFFER[]={0,0,0,0};
unsigned char maxnum[]={59,23};
/*顯示用數組*/
unsigned int v[20];
unsigned int w[7];
/*字符字模*/
unsigned char code ASCIIDOC[] = // ASCII
{
0x7C,0x8A,0x92,0xA2,0x7C,0x00, // -0-00
0x00,0x42,0xFE,0x02,0x00,0x00, // -1-01
0x46,0x8A,0x92,0x92,0x62,0x00, // -2-02
0x84,0x82,0x92,0xB2,0xCC,0x00, // -3-03
0x18,0x28,0x48,0xFE,0x08,0x00, // -4-04
0xE4,0xA2,0xA2,0xA2,0x9C,0x00, // -5-05
0x3C,0x52,0x92,0x92,0x8C,0x00, // -6-06
0x80,0x8E,0x90,0xA0,0xC0,0x00, // -7-07
0x6C,0x92,0x92,0x92,0x6C,0x00, // -8-08
0x62,0x92,0x92,0x94,0x78,0x00, // -9-09
0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, // - -10
0x00,0x00,0xFA,0x00,0x00,0x00, // -!-11
0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x00, // -/-12
0x00,0x6C,0x6C,0x00,0x00,0x00, // -:-13
0x3E,0x48,0x88,0x48,0x3E,0x00, // -A-14
0xFE,0x92,0x92,0x92,0x6C,0x00, // -B-15
0x7C,0x82,0x82,0x82,0x44,0x00, // -C-16
0xFE,0x82,0x82,0x82,0x7C,0x00, // -D-17
0xFE,0x92,0x92,0x92,0x82,0x00, // -E-18
0xFE,0x90,0x90,0x90,0x80,0x00, // -F-19
0x7C,0x82,0x8A,0x8A,0x4E,0x00, // -G-20
0xFE,0x10,0x10,0x10,0xFE,0x00, // -H-21
0x00,0x82,0xFE,0x82,0x00,0x00, // -I-22
0x04,0x02,0x82,0xFC,0x80,0x00, // -J-23
0xFE,0x10,0x28,0x44,0x82,0x00, // -K-24
0xFE,0x02,0x02,0x02,0x02,0x00, // -L-25
0xFE,0x40,0x30,0x40,0xFE,0x00, // -M-26
0xFE,0x20,0x10,0x08,0xFE,0x00, // -N-27
0x7C,0x82,0x82,0x82,0x7C,0x00, // -O-28
0xFE,0x90,0x90,0x90,0x60,0x00, // -P-29
0x7C,0x82,0x8A,0x84,0x7A,0x00, // -Q-30
0xFE,0x90,0x98,0x94,0x62,0x00, // -R-31
0x64,0x92,0x92,0x92,0x4C,0x00, // -S-32
0x80,0x80,0xFE,0x80,0x80,0x00, // -T-33
0xFC,0x02,0x02,0x02,0xFC,0x00, // -U-34
0xF8,0x04,0x02,0x04,0xF8,0x00, // -V-35
0xFE,0x04,0x18,0x04,0xFE,0x00, // -W-36
0xC6,0x28,0x10,0x28,0xC6,0x00, // -X-37
0xC0,0x20,0x1E,0x20,0xC0,0x00, // -Y-38
0x86,0x8A,0x92,0xA2,0xC2,0x00, // -Z-39
0x24,0x2A,0x2A,0x1C,0x02,0x00, // -a-40
0xFE,0x14,0x22,0x22,0x1C,0x00, // -b-41
0x1C,0x22,0x22,0x22,0x10,0x00, // -c-42
0x1C,0x22,0x22,0x14,0xFE,0x00, // -d-43
0x1C,0x2A,0x2A,0x2A,0x10,0
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