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用硬盘音圈电机DIY摇摆显示钟(附详细资料)
2008-02-29 00:08

        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。

. 设计思路

本制作是根据视觉暂留原理, 让一排8LED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
  

1


图2

        效果图(见图3)


图3

. 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。

电子部分:

1LED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。

                                                                 


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


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,最好采用H桥功能的集成电路。这种IC很多,比如象TA7257TA8429HL6203等,这里用的是三菱公司的M54544AL(见图9)

9

                                                                                   

IC各脚定义见图10

                                                                               

10

  

5.电原理图见图11


        
图11

. 软件设计

1. 摇棒的启动

通过P3.6P3.7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Msvoid timer0(void)函数中每隔一秒改变一次状态(01),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

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。

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 <reg52.h>

/*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*/
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 TZ,Ti;
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){
    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%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*/
void timer1(void) interrupt 3 using 1
{
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]; else P2=0xff;
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%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++; 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]<maxnum[TZ-1]) BUFFER[TZ+1]++; else BUFFER[TZ+1]=0;DelayMs(300);};
      // 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);
    }
}
}

       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。


类别:51单片机 | 添加到搜藏 | 浏览() | 评论 (37)
最近读者:
 
网友评论:
1
2008-03-05 16:17 | 回复
太帅了!
 
2
2008-03-06 09:14 | 回复
二极管的图是不是反了?还是应该接地?电路图中
 
3
2008-03-06 09:34 | 回复
回复木头55兄:谢谢你提醒,我把他改过来.
 
4
2008-03-06 15:34 | 回复
还有个问题,LED的顺序。在上面从上到下依次对应单片机的哪个口? 谢谢啦,呵呵 我用白光二极管,3V多亮,限流电阻用2K可以吗
 
5
2008-03-06 15:52 | 回复
下端接P2.0口,因LED发光管不是常亮,2K确实大了些.
 
6
2008-03-06 16:04 | 回复
帅哥。别让我碰到你!!呵呵
 
7
2008-03-07 08:57 | 回复
又要麻烦您了,怎么把程序烧到片子里,我这里有爱迪科的仿真机,但是用LCA51编译时提示出错,找不到C51.exe…… keilC又不熟悉
 
8
2008-03-07 09:21 | 回复
回复木头55老兄:我从来没有用过仿真机,编程器有一个也不常用。我就用89S52加上一根ISP下载线,调试下载非常方便,强列推荐。
 
9
2008-03-07 09:48 | 回复
哦,我对这些还不太懂,我再查查资料试试看。 学校的仿真机比较多,自己没实际做过单片机的东西
 
10
2008-03-07 12:58 | 回复
太棒了跟我想的一样我早就想做这个了可是一直没机会现在你做好了真是太好了不过你的有些地方还有缺陷 比如对使每个字符宽度都相等你做出来每个字符还是不一样宽 还可以在增加几个字符 还有在你的基础上将这个显示器做成真正的显示器可以外接信号的 就像液晶显示屏一样如果做出来是不很难 你家我QQ吧我想和你具体说说我的想法帮你改进一下QQ837324147
 
11
2008-03-07 20:54 | 回复
楼上你的QQ需要问题验证,答案是什么?我有问题想请教
 
12
2008-03-11 22:04 | 回复
改了没有验证了
 
13
2008-03-13 16:27 | 回复
我的这个也做好了,看不懂C,不太会改程序 现在显示不好,还待进一步调试,呵呵 谢谢楼主的创意
 
14
2008-03-16 03:29 | 回复
不错啊,等过几天回校了我也做一个玩玩,正好拆了几个坏硬盘,哈哈
 
15
2008-03-20 19:18 | 回复
谢谢,学习中……
 
18
2008-03-31 09:24 | 回复
貌似用89C2051也可以啊,那样体积不就可以更小了
 
19
2008-03-31 10:06 | 回复
回复zhigao1986网友:当然没有问题, 而且可以直接安装在摇棒上, 选择89S52(或89S51)是为了方便调试。
 
20
2008-04-21 16:27 | 回复
硬盘好难拆啊 ~!!!!
 
21
2008-07-03 22:27 | 回复
我觉得这个音圈电机可以摆的更快点,那样显示就更好了,这两天我也准备做个
 
22
2008-07-10 23:09 | 回复
老师你好!你所讲的我一时半时都还搞不懂,还望你多给讲些较简单,易操作、很实用的方法给我们,谢谢!
 
23
2008-09-06 15:44 | 回复
楼主 给你的QQ 给我好吗? 我想做一个但是 好像无从下手 …………^_^
 
24
2008-12-04 10:56 | 回复
留个名
 
25
2009-02-22 15:18 | 回复
大师好!我今年要做类似的毕业设计,您的杰作中我有很多读不懂~请问BUFFER[0]>201是做什么用的呢?v[0]到v[6]的设置及w[1]到w[5]的设置是什么意思呀?还有…… ii,jj,nn,mm,tt是干嘛的~请大师指导一下~万分感谢!
 
26
2009-02-22 20:30 | 回复
1. 是1秒时刻到,向秒进位。
2. 是显示的六个字符,其中W变量是闪显的字的标志。
3. 都是一些局部的临时变量,多用作控制循环。
 
27
2009-04-13 09:26 | 回复
硬盘拆下来的音圈电源怎么接呀
 
28
2009-04-13 09:28 | 回复
就是电路图上的L
 
29
2009-04-13 09:52 | 回复
我的qq 287527151 谁想交流,加一下
 
30
2009-04-13 10:22 | 回复
回复艺新工作室:硬盘拆出来的音圈哪里对应图上L的两端呢?
 
31
2009-04-13 15:53 | 回复
读写头摆臂下端的线圈的两线头。
 
32
2009-04-16 07:45 | 回复
回复艺新工作室:谢谢
 
33
2009-05-24 12:50 | 回复
音圈电机摆动速度最低要多少才能正常显示
 
34
2009-05-25 18:19 | 回复
我好想学单片机,你能教我吗
 
35
2009-05-25 18:24 | 回复
你那个硬件部分我都会,就那个软件编程我只了解一点点,你能教我怎么样写入IC呢,拜托了,我真的好想做个那个东西
 
36
2009-05-25 18:26 | 回复
期待你的回复,谢谢
 
37
2009-05-25 20:43 | 回复
回复LWJ504482834:一是用编程器,二是用ISP下载线。具体如何操作,这方面的介绍网上很多。
 
38
2009-05-26 09:38 | 回复
哦,谢谢,你能给一个好的网站给我吗?
 
39
2009-05-26 15:19 | 回复
所有的电源都是5V吗
 
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