摘要

本日晷時(shí)鐘選用STC89C52RC芯片作為核心部件來(lái)進(jìn)行控制。此時(shí)鐘由三層軌道板，一個(gè)日晷面組成，日晷面是標(biāo)有刻度的時(shí)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(gè)LED，通過(guò)動(dòng)態(tài)掃描方式來(lái)控制LED，從而可以透過(guò)日晷面中心晷針的投影來(lái)顯示時(shí)針、秒針、分針，從而來(lái)指示時(shí)間。本日晷時(shí)鐘不但具有顯示時(shí)間的基本功能，還具有時(shí)間調(diào)整功能，通過(guò)軟件與硬件的設(shè)計(jì)，用三個(gè)按鍵來(lái)達(dá)到對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置的目的，并配以蜂鳴器提示時(shí)鐘處于調(diào)整模式。本日晷時(shí)鐘不單單是個(gè)簡(jiǎn)易時(shí)鐘，更像是件藝術(shù)品，由于用的是三種顏色的LED來(lái)指示時(shí)分秒，這樣在交疊區(qū)就會(huì)形成彩色部分。

設(shè)計(jì)思路

日晷，顧名思義，就是利用太陽(yáng)光透過(guò)晷針在面板上的投影來(lái)測(cè)量時(shí)間。也就是說(shuō)，只要有標(biāo)桿，有太陽(yáng)光，就能形成日晷。因此，日晷可以在任何物體表面上進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(gè)。要想做到鐘表那種有時(shí)針、分針、秒針的話，就需要三個(gè)投影，也就是說(shuō)得需要三個(gè)“太陽(yáng)”。普通日晷的光源是移動(dòng)的，也就是太陽(yáng)，東升西落。而本設(shè)計(jì)中的日晷時(shí)鐘要想達(dá)到日晷的效果，就得具備三個(gè)可移動(dòng)的光源。由于時(shí)針、分針、秒針的長(zhǎng)短不一樣，這樣就要求投影的長(zhǎng)短有區(qū)別。因此，就需要三個(gè)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(gè)刻度一個(gè)光源，這樣一圈就需要12個(gè)光源。由于得顯示出時(shí)分秒，所以就需要三層類(lèi)似的光源。這樣每個(gè)刻度實(shí)際上就有三個(gè)光源，也就是三個(gè)LED。通過(guò)主控電路來(lái)控制LED的亮滅。同一時(shí)刻每層只有一個(gè)LED亮，這樣透過(guò)中心的晷針就形成了三個(gè)陰影，就能顯示時(shí)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(dǎo)線引出，然后將三層的導(dǎo)線連接到控制電路。再將三個(gè)軌道中處于正對(duì)位置的三個(gè)LED的負(fù)極連接在一起，即上層軌道與下層軌道對(duì)應(yīng)著的LED連接。這樣在底部面板就獲得12個(gè)LED的負(fù)極引線，再用導(dǎo)線將其連接到主控電路，因此控制這36個(gè)LED只需要15條引線，也就是說(shuō)，用15個(gè)I/O口就可以進(jìn)行控制。這樣，每一層中的12個(gè)LED就相當(dāng)于一個(gè)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(dòng)態(tài)掃描，以及人眼的視覺(jué)持續(xù)效果，就可以很好的控制LED。

整體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)主要使用的是STC公司生產(chǎn)的52系列單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)日晷時(shí)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(guò)晷針形成的陰影能夠形象的還原出時(shí)針、分針和秒針。軟件部分采用動(dòng)態(tài)掃描方式來(lái)進(jìn)行，利用人眼的視覺(jué)暫留，實(shí)現(xiàn)“同一時(shí)刻”只有三個(gè)LED點(diǎn)亮。利用這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，避免了譯碼器等繁瑣的電路結(jié)構(gòu)，使電路變得更加簡(jiǎn)單。

總體電路設(shè)計(jì)框圖如下：

圖1 總體電路設(shè)計(jì)框圖

軟件設(shè)計(jì)

主程序流程圖如下：

圖2 程序流程圖

日晷時(shí)鐘系統(tǒng)仿真

用PROTUES根據(jù)其設(shè)計(jì)原理進(jìn)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(jìn)行最后的綜合調(diào)試。系統(tǒng)上電后，觀察投影的位置，對(duì)每層軌道分別進(jìn)行上電測(cè)試，對(duì)LED的角度進(jìn)行調(diào)整，保證每一層的LED投影長(zhǎng)度一樣。整體效果圖如下。

圖4 上電效果

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