diyled环形时钟（纯手工打造摇摆LED）

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，因没有任何现成的资料，机械的、电子的和编程的问题一大堆，一个一个需要自己来解决。经历二十多天的苦战和无数次的修改与调试，作品终于完成，基本达到预先要求。

现将制作资料整理出来，与广大DIY 爱好者分享。

一. 整体方案

本制作是根据视觉暂留原理, 让一排8 只LED作往复运动, 在空中呈现八个字符的显示屏，可显示数字或英文字符。开机后先显示“Welcome!”欢迎字符(见图1), 再进入时钟显示状态。显示屏同时显示“时” 、“分” 、“秒”信息，用“：”分隔(见图2)。

图2 运行状态

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，以便识别。为此，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”。(见图3)

图3 按键的设置

图4 音圈电机组件

摇棒的动力部分采用从废旧硬盘拆下的音圈电机（见图4），驱动采用直流电机驱动方式。

结构方面，将音圈电机直接安装在万用板上，将万用板的四周用四根螺柱与一透明有机板结合成一体，构成支撑摇棒底座。（见图5, 图6）。

图5 万用板与有机板构成底座

图6 底座侧面

二. 实作要点

1． 主板的结构布局见图7。

图7 主板布局

图8 摇棒上的LED

2．LED 的焊接，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。

3．摇棒上的LED 与主板上的信号用柔性排线连接，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9）

图9 排线与拉簧

图10 拉簧

4．为保持摇棒的平衡, 在摇棒接近旋转轴的两端加装两只拉簧，这两只拉簧的规格尽量保持一致，弹性强弱要适中，最好可多找几种规格的试试。（图9，图10）

5．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，H 桥电路原理见图11，常见的是用三级管代替图中的开关。

图11 H 桥驱动原理

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12)。IC 各脚定义见图13。

图12 电机驱动IC

图13 M56544AL 各脚定义

6．电原理图见图14。

图14 电原理图

7．完成图见图15。

图15 完成图

三. 软件设计

1． 摇棒的启动

为了使摇棒从静止状态过度到正常运行状态，在正式显示前加一启动程序。其实质就是逐渐加快驱动的频率，一直到摇棒正常摆动为止。通过下面的代码实现

do {

mm ;

Delay(120 mm);

put1=~put1; put2=~put2;

}while(mm<60);

Delay(20); //根据实际情况确定延时值

2． 秒闪现的实现：数字或字符的闪现是通过变量Ms 和数组w[]实现的，如需要八位字符中的间的第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），打开或关闭显示。

if(Ms*w[ii-3]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6 jj]; //正向显示

if(Ms*w[10-ii]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[13-ii]*6 5-jj]; //反向显示

3． 调试中发现，显示屏上的字符并不是一样宽的（见图16），仔细分析是由于摇棒在运动中，一直受力，而且所受的力是随时变化的。为方便精确调整显示，特别作了一个显示中断表Tr[]，改变显示LED 的时间段，协调显示效果。

图16 调整前的显示

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)完成的。

5． 显示同步

因没有位置传感器，显示同步完全靠时钟中断来确定。这样就有一个问题，音圈电机的驱动信号在什么时刻改变，显示才能保持在中间，并能保证正反显示能很好地重合。经实际观察, 音圈电机的驱动信号在显示中部, 要根据具体情况细调。由程序中的变量Ta 调试确定。

6． 完整C51 程序代码

/*

POV 摇摆显示LED 钟C51 程序

周正华编

2008.3.19

*/

#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};

/*显示数组*/

unsigned int v[14];

unsigned int w[8];

/*显示中断表*/

int code Tr[]={

2000,2000,2000,2000,2000,2000,

2000,2000,2000,2000,2000,2000,

2000,2000,2000,2000,2000,2000,

2550,2500,2450,2400,2350,2300,

2250,2200,2150,2100,2050,2000,

1950,1900,1850,1800,1750,1700,

1650,1600,1550,1500,1450,1400,

1400,1450,1500,1550,1600,1650,

1700,1750,1800,1850,1900,1950,

2000,2050,2100,2150,2200,2250,

2300,2350,2400,2450,2500,2550,

2000,2000,2000,2000,2000,2000,

2000,2000,2000,2000,2000,2000,

2000,2000,2000,2000,2000,2000,

};

/*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 Ti;

unsigned char ii,jj,mm, ff ,TZ ,Ms ,Ta;

/*延时程序*/

void Delay(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){

Delay(100);

if(Key==0) return(1);

}

}

/*定时中断1 处理(时钟)函数*/

void timer0(void) interrupt 1 using 1

{

TH0=-(50000/256);

TL0=-(50000%6);

TR0=1;

BUFFER[0]=BUFFER[0] 1;

}

/*定时中断2 处理(LED 驱动和音圈驱动)函数*/

void timer1(void) interrupt 3 using 1

{

TH1=Ti/256; TL1=Ti%6;

if((ii*6 jj)==Ta) {put1=~put1;put2=~put2;}; //音圈电机驱动输出

if(ff==1){

if(Ms*w[ii-3]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6 jj]; //正向显示

}

else {

if(Ms*w[10-ii]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[13-ii]*6 5-jj]; //反向显示

}

jj ;

if(jj>5) {ii ; jj=0;}

if(ii>13) {ii=0;ff=!ff;}

Ti=-Tr[ii*6 jj]; //读显示中断表

}

/*主程序*/

void main(void)

{

//变量初始化

Ms=0;

ff=0;

Ta=46; //正反显一致性调整, 取值范围在42~50 之间, 根据实际确定

put1=0;put2=1;

//中断初始化

TMOD=0x11;

TH0=-5000/256; TL0=-5000%6;

TR0=1;ET0=1;

TH1=-2000/256; TL1=-2000%6;

TR1=1;ET1=1;

//十四个字符中前三个和后三个不显(不用)

v[0]=10;

v[1]=10;

v[2]=10;

v[11]=10;

v[12]=10;

v[13]=10;

/*摇摆棒初始启动*/

do {

mm ;

Delay(120 mm);

put1=~put1; put2=~put2;

}while(mm<60);

Delay(20);

/*启动显示*/

ii=0;jj=0;

EA=1;

/*正式运行*/

for(;;){

v[3]=36;v[4]=44;v[5]=51;v[6]=42;v[7]=54;v[8]=52;v[9]=44;v[10]=11; //显示欢迎

Delay(6000);

v[3]=10;v[4]=10;v[5]=10;v[6]=10;v[7]=10;v[8]=10;v[9]=10;v[10]=10; //关闭显示

Delay(600);

v[3]=0;v[4]=0;v[5]=13;v[6]=0;v[7]=0;v[8]=13;v[9]=0;v[10]=0; //显示时钟初始状

态

/*进入时钟状态*/

while(1){

//时钟处理

if (BUFFER[0]>21){ //进位到秒

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

Ms=!Ms;

if (BUFFER[1]==60){ //进位到分

BUFFER[1]=0;BUFFER[2]=BUFFER[2] 1;

if (BUFFER[2]==60){

BUFFER[2]=0;BUFFER[3]=BUFFER[3] 1; //进位到时

if (BUFFER[3]==24) BUFFER[3]=0;

}

}

}

//将显示内容送显示缓冲区

v[9]=BUFFER[1]/10;

v[10]=BUFFER[1]-v[9]*10;

v[6]=BUFFER[2]/10;

v[7]=BUFFER[2]-v[6]*10;

v[3]=BUFFER[3]/10;

v[4]=BUFFER[3]-v[3]*10;

//键盘处理

if(ChKey(set0)==1){ //模式键

Ms=1; //秒闪开

if(TZ<2) TZ ; else TZ=0; //三种状态循环转换

switch(TZ){

case 0:w[0]=0;w[1]=0;w[2]=0;w[3]=0;w[4]=0;w[5]=0;w[6]=0;w[7]=0;break;

case 1:w[0]=0;w[1]=0;w[2]=0;w[3]=1;w[4]=1;w[5]=0;w[6]=0;w[7]=0;break;

case 2:w[0]=1;w[1]=1;w[2]=0;w[3]=0;w[4]=0;w[5]=0;w[6]=0;w[7]=0;break;

}

Ms=0; //秒闪关

};

Delay(80);

if(ChKey(set1)==1){ if(BUFFER[TZ 1]<maxnum[tz-1]) else

BUFFER[TZ 1]=0;Delay(300);};

//键盘" "

if(ChKey(set2)==1){ if(BUFFER[TZ 1]>0) BUFFER[TZ 1]--; else

BUFFER[TZ 1]=maxnum[TZ-1];Delay(300);};

//键盘"-"

Delay(80);

}

}

}

四．调试方法

虽说是个机电一体的制作，但调试过程并不复杂。

1． 机械部分的调整主要是两只拉簧, 要尽量保证两边受力一致，让摇棒静态时保持在竖直状态。

2． 软件部分，先将void timer1(void)函数中的“Ti=-Tr[ii*6 jj];”这段程序删除，试着让Ti 取一常数值（大约-2000 左右）看显示效果（摇棒摆动的幅度），一直到满意为止，这时正反显示可能没有重合，接着试Ta 的取值，范围在42 到50 之间，使正反显示重合为止。最后一步就是调整显示的不均匀性，将“Ti=-Tr[ii*6 jj];”这段程序恢复回来，试着改变Tr[]表中数组元素的值，并保证表中的元素的平均值为开始Ti 取得的值，让显示的每个字符宽度一致为止。

五．结语

本制作电路简单，其原理实质就是LED 流水灯，而关键的音圈电机也很容易找到，很适合刚入门的单片机爱好者制作。制作还有发挥的地方，

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。

作者：周正华

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