設(shè)計一個旋轉(zhuǎn)的LED時鐘，將一排LED燈組安裝在指針旋轉(zhuǎn)板上，利用人眼的視覺暫留效應，使用單片機I／O端口控制LED的點亮和熄滅形成圖像從而顯示出時鐘畫面。在介紹旋轉(zhuǎn)LED時鐘的實現(xiàn)原理和方案的同時，給出了其硬件電路設(shè)計和軟件流程。
1 旋轉(zhuǎn)時鐘原理分析
??? 物體在快速運動時，當人眼看到的影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像，約0．1秒左右，這種現(xiàn)象稱為視覺暫留現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)時鐘就是利用了視覺暫留效應，原理如圖1所示。圖1(a)中最內(nèi)側(cè)的一個發(fā)光二極管和最外側(cè)的一個發(fā)光二極管在點亮并繞電機軸高速旋轉(zhuǎn)后就形成了圖1(b)所示的內(nèi)框和外框。圖1(b)緊挨著外框的那個LED燈用來顯示時間刻度。假設(shè)12點那個刻度為0°，則每個小時時針之間的角度為360°÷12=30°，于是當整一列發(fā)光二極管每旋轉(zhuǎn)30°，該LED燈就點亮一個瞬間以呈現(xiàn)出時間刻度。如果在小于0．1秒內(nèi)這列LED燈能旋轉(zhuǎn)完一圈，人眼就會誤認為先后產(chǎn)生的12個刻度是同一時間顯示出來的。
??? 顯示秒針、分針和時針的方法跟顯示時間刻度的原理一樣。假設(shè)用10支發(fā)光二極管來顯示秒針，10支里面靠內(nèi)部的9支用來顯示分針，再靠內(nèi)的7支作為時針的顯示燈，如圖1(a)所示。若要顯示3點零5秒，在時問刻度的顯示基礎(chǔ)上，控制整列發(fā)光二極管在0°時點亮9支LED燈以顯示分針在12點位置上；緊接著整列發(fā)光二極管又轉(zhuǎn)過30°即到了1點的位置，此時點亮10支LED燈，用以顯示秒針在5秒的位置上；當發(fā)光二極管再轉(zhuǎn)過60°時，再點亮5支來顯示時針指在3點的位置上，如圖1(c)所示。因為發(fā)光二極管在不斷高速旋轉(zhuǎn)，在1秒內(nèi)已經(jīng)重復點亮12點位置上的9支、1點位置上的10支和3點位置上的7支LED燈10次以上，人眼就會產(chǎn)生圖1(c)所示的畫面。時鐘畫面是由一列發(fā)光二極管繞圓心按順時針方向逐列高速掃描過去，每到一列單片機控制相應的LED燈點亮或者熄滅，要在0．1秒內(nèi)掃描完一圈，重復執(zhí)行這樣的掃描，人的眼睛看上去就形成了一幅時鐘的畫面。轉(zhuǎn)速越高，LED燈越多，分辨率就越高，看上去就越逼真。
2 旋轉(zhuǎn)時鐘方案設(shè)計
??? 系統(tǒng)框圖如圖2：單片機負責數(shù)據(jù)的處理并控制LED的顯示；紅外接收模塊由一體化紅外接收頭和紅外接收管組成，分別負責處理紅外遙控器發(fā)出的調(diào)時信號和識別旋轉(zhuǎn)的起始位置的作用；時鐘模塊負責記錄時間數(shù)據(jù)，節(jié)省單片機的資源，提高其工作效率，可在系統(tǒng)掉電后正常計時，不需重新設(shè)定時鐘時間。
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??? 結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3，將單片機、時鐘芯片、LED燈組、一體化紅外接收頭、紅外接收管等器件焊接在一塊指針板上，只需要外部送電就可以正常運作。電路板中心鉆一個電機軸插孔，電機軸插入其中帶動指針板旋轉(zhuǎn)。電源采用無線供電模塊則裝在底座上，無線供電的初次級線圈放在電機與單片機之間，中心線圈隨著PCB旋轉(zhuǎn)，外線圈和電機一起固定。