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。正常運行時中間的“：”符每一秒閃現一次，調分和調時時，則為調整的項閃現。
設置三個調整按鍵，一個為“狀態鍵”，一個為“加法鍵”，一個為“減法鍵”。
完成圖(見圖1、圖2)
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圖1
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圖2
效果圖(見圖3)
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圖3
二. 硬件結構
主板的結構布局見圖4。
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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。
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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。
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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)
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圖7
3.設置三個按鍵用于調整時間。(見圖8)
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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)
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圖9
IC各腳定義見圖10。
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圖10
5.電原理圖見圖11(點擊放大)。
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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。在調試中發現，當驅動搖棒的信號轉換加速到一定的時候，從靜止狀態轉到正常擺動狀態發生困難，因此需要由慢到快的驅動過程。由下面的程序段實現。
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
}while(mm>0);
2. 秒閃現的實現
數字和字符的閃現是通過變量Ms和數組w[]實現的，如需要七位字符中的間的第4位閃現，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(0或1)，在void timer1(void)函數中的下列語句中實現。
if((put1==1)&&(ii<7)&&(Ms*w[ii]==0)) P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj]; else P2=0xff;
3. 校正顯示不均勻
調試中發現，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)中實現的。
4. 按鍵去抖程序
按鍵的去抖采用軟件編程實現，其方法是當檢測到按鍵的接口出現低電平后，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。
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。
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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,0x10,0x00, // -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
};
unsigned int TZ,Ti;
unsigned char ii,jj,nn,mm,tt, Ms;
/*延時函數*/
void DelayMs(unsigned int msec)
{
unsigned int x,y;
for(x=0; x<=msec;x++)
{
for(y=0;y<=110;y++);
}
}
/*鍵盤去抖處理函數*/
unsigned char ChKey(bit Key)
{
if(Key==0){
DelayMs(30);
if(Key==0) return(1);
}
}
/*定時器中斷0處理(時鐘)函數*/
void timer0(void) interrupt 1 using 1
{
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;
}
}
}
}
/*定時器中斷1處理(LED驅動)函數*/
void timer1(void) interrupt 3 using 1
{
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]; else P2=0xff;
jj++; tt++;
if(jj>5) {ii++; jj=0;};
if(ii>10) {ii=0;put1=~put1; put2=~put2;tt=0;}
}
/*主程序*/
void main(void)
{
Ms=1;
Ti=-2100; //根據實際調整
mm=14;
put1=0;put2=1;
/*初始化定時中斷0*/
TMOD=0x11;
TH0=-5000/256; TL0=-5000%256;
TR0=1;ET0=1;
/*初始化定時中斷1*/
TH1=Ti/256; TL1=Ti%256;
TR1=1;ET1=1;
/* 七個顯示位置,中間為":" 符 */
v[0]=10;
v[1]=10;
v[2]=10;
v[3]=13;
v[4]=10;
v[5]=10;
v[6]=10;
/*正常運行狀態,讓中間":"符閃現*/
w[1]=0;
w[2]=0;
w[3]=1;
w[4]=0;
w[5]=0;
/*搖擺棒初始啟動*/
do {
mm--;
DelayMs(120+mm*5);
put1=~put1; put2=~put2;
}while(mm>0);
/*啟動顯示*/
ii=0;jj=0;
EA=1;
/*正式運行*/
for(;;){
while(1){
/*顯示時和分*/
v[1]=BUFFER[3]/10;
v[2]=BUFFER[3]-v[1]*10;
v[4]=BUFFER[2]/10;
v[5]=BUFFER[2]-v[4]*10;
/*按鍵處理*/
if(ChKey(set0)==1){ //調整項鍵
if(TZ<2) TZ++; else TZ=0;
/*閃現調整項*/
switch(TZ){
case 0:w[1]=0;w[2]=0;w[3]=1;w[4]=0;w[5]=0;break;//正常時秒閃
case 1:w[1]=0;w[2]=0;w[3]=0;w[4]=1;w[5]=1;break;//調分時分閃
case 2:w[1]=1;w[2]=1;w[3]=0;w[4]=0;w[5]=0;break;//調時時時閃
}
};
DelayMs(300);
if(ChKey(set1)==1){ if(BUFFER[TZ+1]
// 加法鍵
if(ChKey(set2)==1){ if(BUFFER[TZ+1]>0) BUFFER[TZ+1]--; else BUFFER[TZ+1]=maxnum[TZ-1];DelayMs(300);};
// 減法鍵
DelayMs(300);
}
}
}
四. 結語
本制作的最大問題是操聲和振動問題，盡管做了努力，還是沒有完全解決，還有改善余地。由于設計沒有考慮回擺時的顯示，顯示有明顯閃爍現象，也需要進一步完善。