创意设计之DIY摇摆LED时钟

辉子无敌1 2012-03-20 14284

发光二极管

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描述

　　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一个摇摆LED时钟的冲动。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。

　　电子部分：

　　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，最好采用H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(点击放大)。

　　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void timer0(void)函数中每隔一秒改变一次状态(0或1)，在void timer1(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]; else P2=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void timer1(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unsigned char ChKey(bit Key)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

　　#include

　　/*硬件端口定义*/

　　sbit set0=P0^1;

　　sbit set1=P0^0;

　　sbit set2=P0^2;

　　sbit put1=P3^6;

　　sbit put2=P3^7;

　　/*时钟用数组*/

　　unsigned char BUFFER[]={0,0,0,0};

　　unsigned char maxnum[]={59,23};

　　/*显示用数组*/

　　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;

　　/*延时函数*/

　　void DelayMs(unsigned int msec)

　　{

　　unsigned int x,y;

　　for(x=0; x<=msec;x++)

　　{

　　for(y=0;y<=110;y++);

　　}

　　/*键盘去抖处理函数*/

　　unsigned char ChKey(bit Key)

　　{

　　if(Key==0){

　　DelayMs(30);

　　if(Key==0) return(1);

　　}

　　/*定时器中断0处理(时钟)函数*/

　　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;

　　}

　　/*定时器中断1处理(LED驱动)函数*/

　　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++; else TZ=0;

　　/*闪现调整项*/

　　switch(TZ){

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

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

　　case 2: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]--; else BUFFER[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。

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