摇摆LED时钟.docx
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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
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