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纯手工打造摇摆LED时钟

时间：10-02 整理：3721RD 点击：

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1 开机画面


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


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

  1. /*
  2. POV 摇摆显示LED 钟C51 程序
  3. 周正华编
  4. 2008.3.19
  5. */
  6. #include
  7. /*硬件端口定义*/
  8. sbit set0=P0^1;
  9. sbit set1=P0^0;
  10. sbit set2=P0^2;
  11. sbit put1=P3^6;
  12. sbit put2=P3^7;
  13. /*时钟用数组*/
  14. unsigned char BUFFER[]={0,0,0,0};
  15. unsigned char maxnum[]={59,23};
  16. /*显示数组*/
  17. unsigned int v[14];
  18. unsigned int w[8];
  19. /*显示中断表*/
  20. int code Tr[]={
  21. 2000,2000,2000,2000,2000,2000,
  22. 2000,2000,2000,2000,2000,2000,
  23. 2000,2000,2000,2000,2000,2000,
  24. 2550,2500,2450,2400,2350,2300,
  25. 2250,2200,2150,2100,2050,2000,
  26. 1950,1900,1850,1800,1750,1700,
  27. 1650,1600,1550,1500,1450,1400,
  28. 1400,1450,1500,1550,1600,1650,
  29. 1700,1750,1800,1850,1900,1950,
  30. 2000,2050,2100,2150,2200,2250,
  31. 2300,2350,2400,2450,2500,2550,
  32. 2000,2000,2000,2000,2000,2000,
  33. 2000,2000,2000,2000,2000,2000,
  34. 2000,2000,2000,2000,2000,2000,
  35. };
  36. /*字符字模*/
  37. unsigned char code ASCIIDOC[] = // ASCII
  38. {
  39. 0x7C,0x8A,0x92,0xA2,0x7C,0x00, // -0-00
  40. 0x00,0x42,0xFE,0x02,0x00,0x00, // -1-01
  41. 0x46,0x8A,0x92,0x92,0x62,0x00, // -2-02
  42. 0x84,0x82,0x92,0xB2,0xCC,0x00, // -3-03
  43. 0x18,0x28,0x48,0xFE,0x08,0x00, // -4-04
  44. 0xE4,0xA2,0xA2,0xA2,0x9C,0x00, // -5-05
  45. 0x3C,0x52,0x92,0x92,0x8C,0x00, // -6-06
  46. 0x80,0x8E,0x90,0xA0,0xC0,0x00, // -7-07
  47. 0x6C,0x92,0x92,0x92,0x6C,0x00, // -8-08
  48. 0x62,0x92,0x92,0x94,0x78,0x00, // -9-09
  49. 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, // - -10
  50. 0x00,0x00,0xFA,0x00,0x00,0x00, // -！-11
  51. 0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x00, // -/-12
  52. 0x00,0x6C,0x6C,0x00,0x00,0x00, // -:-13

  54. 0x3E,0x48,0x88,0x48,0x3E,0x00, // -A-14
  55. 0xFE,0x92,0x92,0x92,0x6C,0x00, // -B-15
  56. 0x7C,0x82,0x82,0x82,0x44,0x00, // -C-16
  57. 0xFE,0x82,0x82,0x82,0x7C,0x00, // -D-17
  58. 0xFE,0x92,0x92,0x92,0x82,0x00, // -E-18
  59. 0xFE,0x90,0x90,0x90,0x80,0x00, // -F-19
  60. 0x7C,0x82,0x8A,0x8A,0x4E,0x00, // -G-20
  61. 0xFE,0x10,0x10,0x10,0xFE,0x00, // -H-21
  62. 0x00,0x82,0xFE,0x82,0x00,0x00, // -I-22
  63. 0x04,0x02,0x82,0xFC,0x80,0x00, // -J-23
  64. 0xFE,0x10,0x28,0x44,0x82,0x00, // -K-24
  65. 0xFE,0x02,0x02,0x02,0x02,0x00, // -L-25
  66. 0xFE,0x40,0x30,0x40,0xFE,0x00, // -M-26
  67. 0xFE,0x20,0x10,0x08,0xFE,0x00, // -N-27
  68. 0x7C,0x82,0x82,0x82,0x7C,0x00, // -O-28
  69. 0xFE,0x90,0x90,0x90,0x60,0x00, // -P-29
  70. 0x7C,0x82,0x8A,0x84,0x7A,0x00, // -Q-30
  71. 0xFE,0x90,0x98,0x94,0x62,0x00, // -R-31
  72. 0x64,0x92,0x92,0x92,0x4C,0x00, // -S-32
  73. 0x80,0x80,0xFE,0x80,0x80,0x00, // -T-33
  74. 0xFC,0x02,0x02,0x02,0xFC,0x00, // -U-34
  75. 0xF8,0x04,0x02,0x04,0xF8,0x00, // -V-35
  76. 0xFE,0x04,0x18,0x04,0xFE,0x00, // -W-36
  77. 0xC6,0x28,0x10,0x28,0xC6,0x00, // -X-37
  78. 0xC0,0x20,0x1E,0x20,0xC0,0x00, // -Y-38
  79. 0x86,0x8A,0x92,0xA2,0xC2,0x00, // -Z-39
  80. 0x24,0x2A,0x2A,0x1C,0x02,0x00, // -a-40
  81. 0xFE,0x14,0x22,0x22,0x1C,0x00, // -b-41
  82. 0x1C,0x22,0x22,0x22,0x10,0x00, // -c-42
  83. 0x1C,0x22,0x22,0x14,0xFE,0x00, // -d-43
  84. 0x1C,0x2A,0x2A,0x2A,0x10,0x00, // -e-44
  85. 0x10,0x7E,0x90,0x90,0x40,0x00, // -f-45
  86. 0x19,0x25,0x25,0x25,0x1E,0x00, // -g-46
  87. 0xFE,0x10,0x20,0x20,0x1E,0x00, // -h-47
  88. 0x00,0x00,0x9E,0x00,0x00,0x00, // -i-48
  89. 0x00,0x01,0x11,0x9E,0x00,0x00, // -j-49
  90. 0xFE,0x08,0x14,0x22,0x02,0x00, // -k-50
  91. 0x00,0x82,0xFE,0x02,0x00,0x00, // -l-51
  92. 0x1E,0x20,0x1E,0x20,0x1E,0x00, // -m-52
  93. 0x20,0x1E,0x20,0x20,0x1E,0x00, // -n-53
  94. 0x1C,0x22,0x22,0x22,0x1C,0x00, // -o-54
  95. 0x3F,0x24,0x24,0x24,0x18,0x00, // -p-55
  96. 0x18,0x24,0x24,0x24,0x3F,0x00, // -q-56
  97. 0x20,0x1E,0x20,0x20,0x10,0x00, // -r-57
  98. 0x12,0x2A,0x2A,0x2A,0x24,0x00, // -s-58
  99. 0x20,0xFC,0x22,0x22,0x24,0x00, // -t-59
  100. 0x3C,0x02,0x02,0x3C,0x02,0x00, // -u-60
  101. 0x38,0x04,0x02,0x04,0x38,0x00, // -v-61
  102. 0x3C,0x02,0x3C,0x02,0x3C,0x00, // -w-62
  103. 0x22,0x14,0x08,0x14,0x22,0x00, // -x-63
  104. 0x39,0x05,0x05,0x09,0x3E,0x00, // -y-64
  105. 0x22,0x26,0x2A,0x32,0x22,0x00, // -z-65
  106. };
  107. unsigned int Ti;
  108. unsigned char ii,jj,mm, ff ,TZ ,Ms ,Ta;
  109. /*延时程序*/
  110. void Delay(unsigned int msec)
  111. {
  112. unsigned int x,y;
  113. for(x=0; x<=msec;x++)
  114. {
  115. for(y=0;y<=110;y++);
  116. }
  117. }
  118. /*键盘去抖处理函数*/
  119. unsigned char ChKey(bit Key)
  120. {
  121. if(Key==0){
  122. Delay(100);
  123. if(Key==0) return(1);
  124. }
  125. }
  126. /*定时中断1 处理(时钟)函数*/
  127. void timer0(void) interrupt 1 using 1
  128. {
  129. TH0=-(50000/256);
  130. TL0=-(50000%256);
  131. TR0=1;
  132. BUFFER[0]=BUFFER[0]+1;
  133. }
  134. /*定时中断2 处理(LED 驱动和音圈驱动)函数*/
  135. void timer1(void) interrupt 3 using 1
  136. {
  137. TH1=Ti/256; TL1=Ti%256;
  138. if((ii*6+jj)==Ta) {put1=~put1;put2=~put2;}; //音圈电机驱动输出
  139. if(ff==1){
  140. if(Ms*w[ii-3]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj]; //正向显示
  141. }
  142. else {
  143. if(Ms*w[10-ii]==1) P2=0xff; else P2=~ASCIIDOC[v[13-ii]*6+5-jj]; //反向显示
  144. }
  145. jj++;
  146. if(jj>5) {ii++; jj=0;}
  147. if(ii>13) {ii=0;ff=！ff;}
  148. Ti=-Tr[ii*6+jj]; //读显示中断表
  149. }
  150. /*主程序*/
  151. void main(void)
  152. {
  153. //变量初始化
  154. Ms=0;
  155. ff=0;
  156. 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
  157. put1=0;put2=1;
  158. //中断初始化
  159. TMOD=0x11;
  160. TH0=-5000/256; TL0=-5000%256;
  161. TR0=1;ET0=1;
  162. TH1=-2000/256; TL1=-2000%256;
  163. TR1=1;ET1=1;
  164. //十四个字符中前三个和后三个不显(不用)
  165. v[0]=10;
  166. v[1]=10;
  167. v[2]=10;
  168. v[11]=10;
  169. v[12]=10;
  170. v[13]=10;
  171. /*摇摆棒初始启动*/
  172. do {
  173. mm++;
  174. Delay(120+mm);
  175. put1=~put1; put2=~put2;
  176. }while(mm<60);
  177. Delay(20);
  178. /*启动显示*/
  179. ii=0;jj=0;
  180. EA=1;
  181. /*正式运行*/
  182. for(;;){
  183. 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
  184. Delay(6000);
  185. 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
  186. Delay(600);
  187. 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
  188. 态
  189. /*进入时钟状态*/
  190. while(1){
  191. //时钟处理
  192. if (BUFFER[0]>21){ //进位到秒
  193. BUFFER[0]=0; BUFFER[1]=BUFFER[1]+1;
  194. Ms=！Ms;
  195. if (BUFFER[1]==60){ //进位到分
  196. BUFFER[1]=0;BUFFER[2]=BUFFER[2]+1;
  197. if (BUFFER[2]==60){
  198. BUFFER[2]=0;BUFFER[3]=BUFFER[3]+1; //进位到时
  199. if (BUFFER[3]==24) BUFFER[3]=0;
  200. }
  201. }
  202. }
  203. //将显示内容送显示缓冲区
  204. v[9]=BUFFER[1]/10;
  205. v[10]=BUFFER[1]-v[9]*10;
  206. v[6]=BUFFER[2]/10;
  207. v[7]=BUFFER[2]-v[6]*10;
  208. v[3]=BUFFER[3]/10;
  209. v[4]=BUFFER[3]-v[3]*10;
  210. //键盘处理
  211. if(ChKey(set0)==1){ //模式键
  212. Ms=1; //秒闪开
  213. if(TZ<2) TZ++; else TZ=0; //三种状态循环转换
  214. switch(TZ){
  215. 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;
  216. 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;
  217. 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;
  218. }
  219. Ms=0; //秒闪关
  220. };
  221. Delay(80);
  222. if(ChKey(set1)==1){ if(BUFFER[TZ+1]
  223. BUFFER[TZ+1]=0;Delay(300);};
  224. //键盘"+"
  225. if(ChKey(set2)==1){ if(BUFFER[TZ+1]>0) BUFFER[TZ+1]--; else
  226. BUFFER[TZ+1]=maxnum[TZ-1];Delay(300);};
  227. //键盘"-"
  228. Delay(80);
  229. }
  230. }
  231. }

复制代码

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。

沙发，多谢 了

好设计, 学习...

！太帅了

不错，才发现那个电机那里加两个弹簧就可以那样来回摆了。

支持。

niuren hao ！

LZ原创吗?

有点难度。只能路过

不错啊，顶

支持！

LZ，借鉴是需要用“转载”两个字的。
原帖地址：
http://bbs.elecfans.com/forum.php?mod=viewthread&tid=222024

这个很久以前我都在网上看到过了

就是，怎么能不加转载呢?

LZ 你呗发现了

是的要注明源地址。

很给力，收集材料中

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