单片机，摇摆，LED显示，时钟，电赛，电子大赛，报告 - 图文

基于单片机的摇摆LED显示钟

一、引言

（一）本设计的意义

本设计是基于POV即persistancd of vision利用单片机控制流水灯，通过流水灯的移动和人的视觉暂留效应产生各种图形或文字。物体在快速运动时，当人看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其形

象，约0.1秒左右，这种现象成为视觉暂留现象。摇摆时钟就是利用了视觉暂留效应。设计的摇摆LED时钟，利用人眼的视觉暂留效应，将八个LED灯排成一排组装在指针灯排上，让八只LED灯做往复运动，在空中呈现八个字符的显示屏，可以显示数字或英文字符。显示屏同时显示“时”“分”“秒”信息，用“：”分隔。使用单片机I/O口控制LED的点亮和熄灭形成图像从而显示出数字时钟的画面。

二、总体设计

(1). 硬件结构

主板的结构布局见图1。

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图1

1、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2)组件构成，为制作方便，这个组件是直接安装在电路板上的。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。 2、 电子部分：

1. LED的焊接，将LED两脚跨接在电路板两端的方式进行焊接

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使LED紧密排列在一起。

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。 3. 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。

图2 H 桥驱动原理

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图3 M56544AL 各脚定义

3、按键部分:

显示分“正常运行”，“调分”和“调时”三种状态。当处于调整状态时调整的项会闪现，以便于识别，为此设置三个调整键，一个为“状态键”，一个为“加法键”一个为“减法键”。

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图4按键的设置

三、整体测试

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--;

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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

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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。

五、结论

本制作电路简单，其原理就是LED流水灯，而关键的音圈电机也很容易找到。而本作品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。同时本制作也有进一步改进的地方：1. 添加时钟IC，使显时更精准，而且不怕掉电；2. 加装位置传感器，增加显示的稳定性；3. 增添摇控功能，使调整更方便。

六、附录

6.完整C51程序代码 /*

POV摇摆显示LED钟C51程序*/

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#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*/

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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

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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

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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

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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

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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;

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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){

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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%6); TR0=1;

BUFFER[0]=BUFFER[0]+1; if (BUFFER[0]>201){

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

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

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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%6;

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TR0=1;ET0=1;

/*初始化定时中断1*/ TH1=Ti/256; TL1=Ti%6; 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;

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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*/

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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

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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); } }

}

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电路原理图

图5 电路原理图

七、参考文献

[期刊文献]：http://www.cdle.net/thread-4998-1-1.html 2008年 DIY制作

[期刊文献]：http://www.cdle.net/thread-21835-1-1.html 2008年 DIY制作

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r5lx.html