POV LED時(shí)鐘的設計

摘要：設計一個(gè)旋轉的LED時(shí)鐘，將一排LED燈組安裝在指針旋轉板上，利用人眼的視覺(jué)暫留效應，使用單片機I／O端口控制LED的點(diǎn)亮和熄滅形成圖像從而顯示出時(shí)鐘畫(huà)面。在介紹旋轉LED時(shí)鐘的實(shí)現原理和方案的同時(shí)，給出了其硬件電路設計和軟件流程。
關(guān)鍵詞：視覺(jué)暫留；LED；DS1302；掃描顯示

1 旋轉時(shí)鐘原理分析
物體在快速運動(dòng)時(shí)，當人眼看到的影像消失后，人眼仍能繼續保留其影像，約0．1秒左右，這種現象稱(chēng)為視覺(jué)暫留現象。旋轉時(shí)鐘就是利用了視覺(jué)暫留效應，原理如圖1所示。圖1(a)中最內側的一個(gè)發(fā)光二極管和最外側的一個(gè)發(fā)光二極管在點(diǎn)亮并繞電機軸高速旋轉后就形成了圖1(b)所示的內框和外框。圖1(b)緊挨著(zhù)外框的那個(gè)LED燈用來(lái)顯示時(shí)間刻度。假設12點(diǎn)那個(gè)刻度為0°，則每個(gè)小時(shí)時(shí)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30°，該LED燈就點(diǎn)亮一個(gè)瞬間以呈現出時(shí)間刻度。如果在小于0．1秒內這列LED燈能旋轉完一圈，人眼就會(huì )誤認為先后產(chǎn)生的12個(gè)刻度是同一時(shí)間顯示出來(lái)的。

顯示秒針、分針和時(shí)針的方法跟顯示時(shí)間刻度的原理一樣。假設用10支發(fā)光二極管來(lái)顯示秒針，10支里面靠?jì)炔康?支用來(lái)顯示分針，再靠?jì)鹊?支作為時(shí)針的顯示燈，如圖1(a)所示。若要顯示3點(diǎn)零5秒，在時(shí)問(wèn)刻度的顯示基礎上，控制整列發(fā)光二極管在0°時(shí)點(diǎn)亮9支LED燈以顯示分針在12點(diǎn)位置上；緊接著(zhù)整列發(fā)光二極管又轉過(guò)30°即到了1點(diǎn)的位置，此時(shí)點(diǎn)亮10支LED燈，用以顯示秒針在5秒的位置上；當發(fā)光二極管再轉過(guò)60°時(shí)，再點(diǎn)亮5支來(lái)顯示時(shí)針指在3點(diǎn)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，在1秒內已經(jīng)重復點(diǎn)亮12點(diǎn)位置上的9支、1點(diǎn)位置上的10支和3點(diǎn)位置上的7支LED燈10次以上，人眼就會(huì )產(chǎn)生圖1(c)所示的畫(huà)面。時(shí)鐘畫(huà)面是由一列發(fā)光二極管繞圓心按順時(shí)針?lè )较蛑鹆懈咚賿呙柽^(guò)去，每到一列單片機控制相應的LED燈點(diǎn)亮或者熄滅，要在0．1秒內掃描完一圈，重復執行這樣的掃描，人的眼睛看上去就形成了一幅時(shí)鐘的畫(huà)面。轉速越高，LED燈越多，分辨率就越高，看上去就越逼真。

2 旋轉時(shí)鐘方案設計
系統框圖如圖2：?jiǎn)纹瑱C負責數據的處理并控制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)出的調時(shí)信號和識別旋轉的起始位置的作用；時(shí)鐘模塊負責記錄時(shí)間數據，節省單片機的資源，提高其工作效率，可在系統掉電后正常計時(shí)，不需重新設定時(shí)鐘時(shí)間。