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摇摆LED时钟

用移动硬盘电机DIY摇摆显示时钟详细制作介绍

2009年05月28日星期四23:

47

       看到市场上正在流行的时尚商品——摇摆LED时钟，感觉非常新颖独特，正在玩单片机的我，激起了自己也想DIY一个的冲动。

不就是一个流水灯吗？

有什么难的？

！

于是，一个单片机项目就这样开始了。

然而动手以后才知道问题并非想象那样简单，有许许多问题在制作中一一出现，经过十多天的制作、修改与调试，作品才告完成，基本达到预先要求。

一.设计思路

本制作是根据视觉暂留原理,让一排8只LED运动,在空中呈现数字来表示时钟。

由于其实质就是一个摆动的流水灯，特别适合初入门的单片机爱好者动手制作。

整个屏可显示七个字符，平时作时钟只用其中的五个字符。

显示分“正常运行”、“调分”和“调时”三种状态。

正常运行时中间的“：

”符每一秒闪现一次，调分和调时时，则为调整的项闪现。

设置三个调整按键，一个为“状态键”，一个为“加法键”，一个为“减法键”。

完成图（见图1、图2）

图1

图2

       效果图（见图3）

图3

二.硬件结构

主板的结构布局见图4。

图4

机械部分：

       驱动摇棒摆动的机构采用从硬盘上拆下的音圈电机（见图5）组件构成，为制作方便，这个组件是直接安装在电路板上的。

图5

       为使摇棒保持平衡，需在线圈端加配重，由于配重是在磁铁的上端，最好选铜质物件。

为了让摇棒摆动稳定，

在摇棒摆动的摆幅两端加了限位器。

并在两个限位器上分别套上一个胶圈，以减轻噪音和振动。

1．LED的焊接，（见图6）将LED两脚跨接在电路板两端的方式进行焊接。

使LED紧密排列在一起。

图6

2．摇棒上的LED与主板上的信号用排线连接，音圈电机供电占2位，LED信号传输占9位，所以至少要11位的排线。

（见图7）

图7

3．设置三个按键用于调整时间。

（见图8）

图8

4．采用驱动直流电机正反转的方式，驱动音圈电机来回摆动。

让电机正、反转的方法很多，最典型的是H桥电路驱动。

为了简化电路桥功能的集成电路。

这种IC很多，比如象TA7257，TA8429H，L6203等，这里用的是三菱公司的M54544AL。

（见图9）

图9

IC各脚定义见图10。

图10

5．电原理图见图11。

图11

三.软件设计

1．摇棒的启动

通过P3.6和P3.7输出驱动音圈电机的信号,由于没有设置检测摇棒的传感器，时间间隔只能跟据实验确定。

在调试中发现，当驱动摇棒的信号转换加速到一定的时候，从静止状态转到正常摆动状态发生困难，因此需要由慢到快的驱动过程。

由下面的程序段实现。

do{

mm--;

DelayMs（120+mm*5）;//逐渐缩短延时间

put1=~put1;put2=~put2;//转换输出口电平状态

}while（mm>0）;

2．秒闪现的实现

数字和字符的闪现是通过变量Ms和数组w[]实现的，如需要七位字符中的间的第4位闪现，则w[3]=1。

这是通过全局变量Ms在voidtimer0（void）函数中每隔一秒改变一次状态（0或1），在voidtimer1（void）函数中的下列语句中实现。

if（（put1==1）&&（ii<7）&&（Ms*w[ii]==0））P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj];elseP2=0xff;

3．校正显示不均匀

调试中发现，显示屏上的字符并不是一样宽的，仔细分析是由于摇棒在运动中一直受力，使摇棒产生加速运动，这样就需要在程序中加一校正因子，逐渐缩短显示的时间段。

具体是通过变量tt在函数voidtimer1（void）中实现的。

4．按键去抖程序

按键的去抖采用软件编程实现，其方法是当检测到按键的接口出现低电平后，隔一段时间再检测，如还是低电平，则确认为有效，否则无效。

具体的程序是通过函数unsignedcharChKey（bitKey）实现。

5．显示同步

调试时要根据实际情况确定Ti的值，保证显示正常。

6．预留的部分功能

提供的程序除提供了一个完整的时钟程序外，还预留了显示七个字符功能（见图12），只是主程序要作一些修改。

图12

7．完整C51程序代码

/*

POV摇摆显示LED钟C51程序

     周正华编

          2008.2.29

*/

#include

/*硬件端口定义*/

sbitset0=P0^1;

sbitset1=P0^0;

sbitset2=P0^2;

sbitput1=P3^6;

sbitput2=P3^7;

/*时钟用数组*/

unsignedcharBUFFER[]={0,0,0,0};

unsignedcharmaxnum[]={59,23};

/*显示用数组*/

unsignedintv[20];

unsignedintw[7];

/*字符字模*/

unsignedcharcodeASCIIDOC[]=   //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,0x10,0x00,//-e-44

0x10,0x7E,0x90,0x90,0x40,0x00,//-f-45

0x19,0x25,0x25,0x25,0x1E,0x00,//-g-46

0xFE,0x10,0x20,0x20,0x1E,0x00,//-h-47

0x00,0x00,0x9E,0x00,0x00,0x00,//-i-48

0x00,0x01,0x11,0x9E,0x00,0x00,//-j-49

0xFE,0x08,0x14,0x22,0x02,0x00,//-k-50

0x00,0x82,0xFE,0x02,0x00,0x00,//-l-51

0x1E,0x20,0x1E,0x20,0x1E,0x00,//-m-52

0x20,0x1E,0x20,0x20,0x1E,0x00,//-n-53

0x1C,0x22,0x22,0x22,0x1C,0x00,//-o-54

0x3F,0x24,0x24,0x24,0x18,0x00,//-p-55

0x18,0x24,0x24,0x24,0x3F,0x00,//-q-56

0x20,0x1E,0x20,0x20,0x10,0x00,//-r-57

0x12,0x2A,0x2A,0x2A,0x24,0x00,//-s-58

0x20,0xFC,0x22,0x22,0x24,0x00,//-t-59

0x3C,0x02,0x02,0x3C,0x02,0x00,//-u-60

0x38,0x04,0x02,0x04,0x38,0x00,//-v-61

0x3C,0x02,0x3C,0x02,0x3C,0x00,//-w-62

0x22,0x14,0x08,0x14,0x22,0x00,//-x-63

0x39,0x05,0x05,0x09,0x3E,0x00,//-y-64

0x22,0x26,0x2A,0x32,0x22,0x00,//-z-65

};

unsignedintTZ,Ti;

unsignedcharii,jj,nn,mm,tt,Ms;

/*延时函数*/

voidDelayMs（unsignedintmsec）

{

unsignedintx,y;

for（x=0;x<=msec;x++）

{

for（y=0;y<=110;y++）;

}

}

/*键盘去抖处理函数*/

unsignedcharChKey（bitKey）

{

if（Key==0）{

   DelayMs（30）;

   if（Key==0）return

（1）;

}

}

/*定时器中断0处理（时钟）函数*/

voidtimer0（void）interrupt1using1

{

TH0=-（5000/256）;      

TL0=-（5000%256）;

TR0=1;

BUFFER[0]=BUFFER[0]+1;

if（BUFFER[0]>201）{

   BUFFER[0]=0;  BUFFER[1]=BUFFER[1]+1;

Ms=!

Ms;

if（BUFFER[1]==60）{

  BUFFER[1]=0;BUFFER[2]=BUFFER[2]+1;

  if（BUFFER[2]==60）{

  BUFFER[2]=0;BUFFER[3]=BUFFER[3]+1;

  if（BUFFER[3]==24）BUFFER[3]=0;

     }

   }

}

}

/*定时器中断1处理（LED驱动）函数*/

voidtimer1（void）interrupt3using1

{

TH1=（Ti+tt*15）/256;TL1=（Ti+tt*15）%256;

if（（put1==1）&&（ii<7）&&（Ms*w[ii]==0））P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj];elseP2=0xff;

jj++;tt++;

if（jj>5）{ii++;jj=0;};

if（ii>10）{ii=0;put1=~put1;put2=~put2;tt=0;}

}

/*主程序*/

voidmain（void）

{

Ms=1;

Ti=-2100;//根据实际调整

mm=14;

put1=0;put2=1;

/*初始化定时中断0*/

TMOD=0x11;  

TH0=-5000/256;TL0=-5000%256;

TR0=1;ET0=1;

/*初始化定时中断1*/

TH1=Ti/256;TL1=Ti%256;

TR1=1;ET1=1;

/*七个显示位置,中间为":

"符*/

v[0]=10;

v[1]=10;

v[2]=10;

v[3]=13;

v[4]=10;

v[5]=10;

v[6]=10;

/*正常运行状态,让中间":

"符闪现*/

w[1]=0;

w[2]=0;

w[3]=1;

w[4]=0;

w[5]=0;

/*摇摆棒初始启动*/

do{

   mm--;

     DelayMs（120+mm*5）;

   put1=~put1;put2=~put2;

}while（mm>0）;

/*启动显示*/

ii=0;jj=0;

EA=1;

/*正式运行*/

for（;;）{

   while

（1）{

     /*显示时和分*/

  v[1]=BUFFER[3]/10;

     v[2]=BUFFER[3]-v[1]*10;

     v[4]=BUFFER[2]/10;

     v[5]=BUFFER[2]-v[4]*10;

  /*按键处理*/

     if（ChKey（set0）==1）{  //调整项键

    if（TZ<2）TZ++;elseTZ=0;

    /*闪现调整项*/

    switch（TZ）{

   case0:

w[1]=0;w[2]=0;w[3]=1;w[4]=0;w[5]=0;break;//正常时秒闪

   case1:

w[1]=0;w[2]=0;w[3]=0;w[4]=1;w[5]=1;break;//调分时分闪

   case2:

w[1]=1;w[2]=1;w[3]=0;w[4]=0;w[5]=0;break;//调时时时闪

    }

     };

     DelayMs（300）;

     if（ChKey（set1）==1）{if（BUFFER[TZ+1]

     //加法键

     if（ChKey（set2）==1）{if（BUFFER[TZ+1]>0）BUFFER[TZ+1]--;elseBUFFER[TZ+1]=maxnum[TZ-1];DelayMs（300）;};

     //减法键

     DelayMs（300）;

   }

}

}

      四.结语

      本制作的最大问题是操声和振动问题，尽管做了努力，还是没有完全解决，还有改善余地。

由于设计没有考虑回摆时的显示，显示有明显闪烁现象，也需要进一步完善