新型炫彩時鐘之日晷時鐘的設計與制作

摘要

本日晷時鐘選用STC89C52RC芯片作為核心部件來進行控制。此時鐘由三層軌道板，一個日晷面組成，日晷面是標有刻度的時鐘面板，并在面板中心放置一晷針。每層軌道板都安裝有12個LED，通過動態(tài)掃描方式來控制LED，從而可以透過日晷面中心晷針的投影來顯示時針、秒針、分針，從而來指示時間。本日晷時鐘不但具有顯示時間的基本功能，還具有時間調(diào)整功能，通過軟件與硬件的設計，用三個按鍵來達到對時間進行設置的目的，并配以蜂鳴器提示時鐘處于調(diào)整模式。本日晷時鐘不單單是個簡易時鐘，更像是件藝術品，由于用的是三種顏色的LED來指示時分秒，這樣在交疊區(qū)就會形成彩色部分。

設計思路

日晷，顧名思義，就是利用太陽光透過晷針在面板上的投影來測量時間。也就是說，只要有標桿，有太陽光，就能形成日晷。因此，日晷可以在任何物體表面上進行設計，只要能滿足上述條件。這樣就形成了許多不同形式的日晷，比如，地平式日晷，赤道式日晷，極地晷，垂直式日晷，投影式日晷，折疊式日晷，等高儀日晷。

像赤道式日晷等為大家所熟知的普通日晷，投影都是一個。要想做到鐘表那種有時針、分針、秒針的話，就需要三個投影，也就是說得需要三個“太陽”。普通日晷的光源是移動的，也就是太陽，東升西落。而本設計中的日晷時鐘要想達到日晷的效果，就得具備三個可移動的光源。由于時針、分針、秒針的長短不一樣，這樣就要求投影的長短有區(qū)別。因此，就需要三個高度不一的光源。

方案：將光源固定好，圍繞晷針一圈，采用每個刻度一個光源，這樣一圈就需要12個光源。由于得顯示出時分秒，所以就需要三層類似的光源。這樣每個刻度實際上就有三個光源，也就是三個LED。通過主控電路來控制LED的亮滅。同一時刻每層只有一個LED亮，這樣透過中心的晷針就形成了三個陰影，就能顯示時間了。

LED顯示方案

將每層軌道中所有的LED的正極連在一起，用一根導線引出，然后將三層的導線連接到控制電路。再將三個軌道中處于正對位置的三個LED的負極連接在一起，即上層軌道與下層軌道對應著的LED連接。這樣在底部面板就獲得12個LED的負極引線，再用導線將其連接到主控電路，因此控制這36個LED只需要15條引線，也就是說，用15個I/O口就可以進行控制。這樣，每一層中的12個LED就相當于一個數(shù)碼管的“段”，而三層中的每一層就好比是數(shù)碼管的“位”。因此，采用數(shù)碼管的動態(tài)掃描，以及人眼的視覺持續(xù)效果，就可以很好的控制LED。

整體設計

本設計主要使用的是STC公司生產(chǎn)的52系列單片機來設計日晷時鐘。硬件電路部分主要有三大塊：主控部分，輸入部分，顯示部分［6］。顯示部分使用的是LED，透過晷針形成的陰影能夠形象的還原出時針、分針和秒針。軟件部分采用動態(tài)掃描方式來進行，利用人眼的視覺暫留，實現(xiàn)“同一時刻”只有三個LED點亮。利用這種方式來實現(xiàn)，避免了譯碼器等繁瑣的電路結構，使電路變得更加簡單。

總體電路設計框圖如下：

圖1 總體電路設計框圖

軟件設計

主程序流程圖如下：

圖2 程序流程圖

日晷時鐘系統(tǒng)仿真

用PROTUES根據(jù)其設計原理進行的仿真圖如下所示。

圖3 系統(tǒng)仿真

綜合調(diào)試

確保軟硬件基本調(diào)試完成后，進行最后的綜合調(diào)試。系統(tǒng)上電后，觀察投影的位置，對每層軌道分別進行上電測試，對LED的角度進行調(diào)整，保證每一層的LED投影長度一樣。整體效果圖如下。

圖4 上電效果

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