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<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 % 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*/
void timer1(void) interrupt 3 using 1
{
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;
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 % 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++;
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])
BUFFER[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。
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