新型炫彩时钟之日晷时钟的设计与制作

摘要

本日晷时钟选用STC89C52RC芯片作为核心部件来进行控制。此时钟由三层轨道板，一个日晷面组成，日晷面是标有刻度的时钟面板，并在面板中心放置一晷针。每层轨道板都安装有12个LED，通过动态扫描方式来控制LED，从而可以透过日晷面中心晷针的投影来显示时针、秒针、分针，从而来指示时间。本日晷时钟不但具有显示时间的基本功能，还具有时间调整功能，通过软件与硬件的设计，用三个按键来达到对时间进行设置的目的，并配以蜂鸣器提示时钟处于调整模式。本日晷时钟不单单是个简易时钟，更像是件艺术品，由于用的是三种颜色的LED来指示时分秒，这样在交叠区就会形成彩色部分。

设计思路

日晷，顾名思义，就是利用太阳光透过晷针在面板上的投影来测量时间。也就是说，只要有标杆，有太阳光，就能形成日晷。因此，日晷可以在任何物体表面上进行设计，只要能满足上述条件。这样就形成了许多不同形式的日晷，比如，地平式日晷，赤道式日晷，极地晷，垂直式日晷，投影式日晷，折叠式日晷，等高仪日晷。

像赤道式日晷等为大家所熟知的普通日晷，投影都是一个。要想做到钟表那种有时针、分针、秒针的话，就需要三个投影，也就是说得需要三个“太阳”。普通日晷的光源是移动的，也就是太阳，东升西落。而本设计中的日晷时钟要想达到日晷的效果，就得具备三个可移动的光源。由于时针、分针、秒针的长短不一样，这样就要求投影的长短有区别。因此，就需要三个高度不一的光源。

方案：将光源固定好，围绕晷针一圈，采用每个刻度一个光源，这样一圈就需要12个光源。由于得显示出时分秒，所以就需要三层类似的光源。这样每个刻度实际上就有三个光源，也就是三个LED。通过主控电路来控制LED的亮灭。同一时刻每层只有一个LED亮，这样透过中心的晷针就形成了三个阴影，就能显示时间了。

LED显示方案

将每层轨道中所有的LED的正极连在一起，用一根导线引出，然后将三层的导线连接到控制电路。再将三个轨道中处于正对位置的三个LED的负极连接在一起，即上层轨道与下层轨道对应着的LED连接。这样在底部面板就获得12个LED的负极引线，再用导线将其连接到主控电路，因此控制这36个LED只需要15条引线，也就是说，用15个I/O口就可以进行控制。这样，每一层中的12个LED就相当于一个数码管的“段”，而三层中的每一层就好比是数码管的“位”。因此，采用数码管的动态扫描，以及人眼的视觉持续效果，就可以很好的控制LED。

整体设计

本设计主要使用的是STC公司生产的52系列单片机来设计日晷时钟。硬件电路部分主要有三大块：主控部分，输入部分，显示部分［6］。显示部分使用的是LED，透过晷针形成的阴影能够形象的还原出时针、分针和秒针。软件部分采用动态扫描方式来进行，利用人眼的视觉暂留，实现“同一时刻”只有三个LED点亮。利用这种方式来实现，避免了译码器等繁琐的电路结构，使电路变得更加简单。

总体电路设计框图如下：

图1 总体电路设计框图

软件设计

主程序流程图如下：

图2 程序流程图

日晷时钟系统仿真

用PROTUES根据其设计原理进行的仿真图如下所示。

图3 系统仿真

综合调试

确保软硬件基本调试完成后，进行最后的综合调试。系统上电后，观察投影的位置，对每层轨道分别进行上电测试，对LED的角度进行调整，保证每一层的LED投影长度一样。整体效果图如下。

图4 上电效果

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