51单片机 纯手工打造摇摆LED时钟.docx
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51单片机纯手工打造摇摆LED时钟
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11H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13M56544AL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voidtimer0（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;elseP2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj];//正向显示
if（Ms*w[10-ii]==1）P2=0xff;elseP2=~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unsignedcharChKey（bitKey）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
6．完整C51程序代码
/*
POV摇摆显示LED钟C51程序
2008.3.19
*/
#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};
/*显示数组*/
unsignedintv[14];
unsignedintw[8];
/*显示中断表*/
intcodeTr[]={
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*/
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
};
unsignedintTi;
unsignedcharii,jj,mm,ff,TZ,Ms,Ta;
/*延时程序*/
voidDelay（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）{
Delay（100）;
if（Key==0）return
（1）;
}
}
/*定时中断1处理（时钟）函数*/
voidtimer0（void）interrupt1using1
{
TH0=-（50000/256）;
TL0=-（50000%256）;
TR0=1;
BUFFER[0]=BUFFER[0]+1;
}
/*定时中断2处理（LED驱动和音圈驱动）函数*/
voidtimer1（void）interrupt3using1
{
TH1=Ti/256;TL1=Ti%256;
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;elseP2=~ASCIIDOC[v[ii]*6+jj];//正向显示
}
else{
if（Ms*w[10-ii]==1）P2=0xff;elseP2=~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*/
voidmain（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%256;
TR0=1;ET0=1;
TH1=-2000/256;TL1=-2000%256;
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++;elseTZ=0;//三种状态循环转换
switch（TZ）{
case0:
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;
case1:
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;
case2:
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]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voidtimer1（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。
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