POV-LED鏡面旋轉硬盤時鐘的制作

ID:75272 · 發表于 2015-3-25 13:29

POV(Persistence of Vision)：是一種“視覺暫留”現象，每當人的眼睛在觀察物體之后，物體的映像會在視網膜上保留一段很短暫的時間。在這短暫的時間段里，當前面的視覺形象還沒完全消退，新的視覺形象有繼續產生時，就會在人的大腦里形成連貫的視覺錯覺。如將單片機控制的LED流水燈設備稍作改進，讓它動起來，就能神奇地顯示各種字符或圖案，其效果如漂浮在空中一般。

硬盤時鐘就是將淘汰、廢棄的硬盤改造或制作成一個時鐘。

這神奇的創意最早是由加拿大Alan Parckh提出的，在他的個人網頁里首次介紹了如何將一個廢舊的硬盤制作成時鐘，后來美國康奈爾大學的兩位大學生Jason Amsel和Konstantin Klitenik根據這個創意作了一個電子設計項目，這個項目中，除增加了一個帶觸摸功能的LCD屏，將雙色LED改成三色LED外，其他方面沒突破性的進展。真正讓這個創意耳目一新的是另一個美國人，他采用高亮度的RGB三色LED柔性燈條作光源，不但使顯示的亮度明顯增加，并能產生絢麗多彩的動態圖案。遺憾的是他的作品并非是真正意義上的時鐘，僅僅是演示而已。

這里做的硬盤時鐘將在他們的基礎上進行如下改進：

1) 使用專門的直流電動機驅動IC，讓硬盤的轉速可調，在降低轉速后，可進一步減小噪聲，同時有利于單片機的控制。

2) 將開機畫面與時鐘顯示有機結合，用mini型LED作為輔助顯示，一方面擴展顯示“年月日”信息，另一方面方便調時。

3) 時鐘的整個屏面一改過去的全黑局面，并增加時間刻度，方便辨識。

使制作的硬盤時鐘真正向實用性邁進了一大步。

一、POV項目

POV項目	POV LED硬盤時鐘
發光體	18只RGB三色LED
運動方式	LED處于靜止狀態，硬盤盤片旋轉
供電方式	外接電源，單電源，直流12V輸入
傳感器	光耦傳感器（光斷續器）
主控芯片	AT89S52
調控方式	按鍵
功能	盤片上顯示“時分秒”，輔助顯示LED顯示“年月日”

1) 單片機：采用支持ISP下載功能的單片機，方便程序下載及調試。

2) LED：由于硬盤時鐘是靠透過一窄縫的光線來顯示發光顏色的，光的損失量很大，如果能選用高亮度的LED，考慮到為方便安裝LED，選用的是成品的高亮度RGB三色全彩柔性光條。

3) Mini型LED顯示模塊：為了讓硬盤時鐘更加方便實用，在硬盤時鐘前面另外增加一個輔助顯示屏，考慮到發光盤在視覺上的主導性，這個輔助屏盡量選用尺寸較小的mini型LED。

4) 傳感器：由于在硬盤的盤片上開有缺口，采用透射式光斷續器。

5) 主軸電動機驅動：主軸電動機為無刷無傳感器直流電動機，可以沿用原來硬盤板上的電路來驅動它。但這樣的方式問題很多：一是大多數情況下難以保證電動機常轉；二是轉速固定無法改變，相應噪聲和震動很大。采用專門的驅動IC驅動這個直流電動機。

6) 功能：除主要的發光盤面顯示很酷的“時分秒”信息外，輔助LED顯示屏還顯示“年月日”信息。另外，在開機狀態下，發光盤顯示多彩的色彩變換，輔助屏顯示如歡迎類的英文字符；在調試狀態時，輔助顯示屏提示和顯示調整項及調整值。

二、顯示原理及系統狀態轉移圖

1. POV LED硬盤時鐘的顯示原理

在高速旋轉的開口盤片下，用單片機控制LED的發光，并讓LED的閃爍與旋轉的細縫同步協調。也就是每當開細縫的圓盤轉到特定的位置，就讓LED閃現特定顏色的光，這樣就會讓我們的眼睛感覺到那個位置有一光條出現。

由于人眼有“視覺暫留”現象，只要我們在幾處特定的位置讓LED閃現所需要的光，就會讓我們眼睛產生圓盤上同時有幾個光條的錯覺。

將此原理進一步推廣，我們還可以讓整個圓盤發出五顏六色的光，在本制作中，我們以此原理，還在發光的表盤上增加時鐘刻度。

2. 系統狀態轉移圖

系統分為3種工作狀態：開機畫面狀態、正常顯示狀態和調整時間狀態，轉換通過“設置”按鍵來完成。

3. 系統框圖

三、硬件制作

1. 找一個廢棄或壞的硬盤，將硬盤廢物利用來制作時鐘。將其拆卸，取出所有零部件（電機除外），因為要利用的是硬盤的外殼、電機和盤片。

2. 直流電動機驅動電路原理圖

3. 主控部分原理圖

4. 找一塊鋁皮做成弧形，用來彌補硬盤盤片下方的空缺。

5. 準備背光光源，為了制作簡便，采用成品的RGB-LED全彩發光二極管柔性光帶，本例中光帶共用了18顆LED，此光帶自帶3M自粘膠，共陽極，DC12V驅動電源。

6. 將硬盤盤片用鋸條開一條鋸縫，該鋸縫有兩個作用，一是作為轉速計數用的基準點，二是作為透過背光顯示時鐘的重要顯示的必要條件。為了讓背光顯得稍微亮一點，再用白紙剪一個底圓作為背光襯底。

7. 將白色襯底粘于盤片底部，弧形鋁條沿弧形支撐固定于硬盤兩邊。

8. 準備兩塊印制板，一塊作為前面控制板(根據硬盤弧形開出印板的弧形)，一塊作為背后的主控制板，這里采用了易購的洞洞板吧。

9. 準備光斷續器小板，為了檢測到硬盤的轉速和計算出時鐘指針的具體位置，用了遮蔽式光斷續器檢測硬盤盤片的那個鋸縫。

10. 將光斷續器小板安裝在硬盤盤體的左上角這個位置正好合適，再將柔性LED發光條安裝貼在硬盤沿盤片一周的盤體內側上。

11. 焊接前面控制板，由于前后板子連接線有點多，為了美觀，采用了接插件。

焊接排線

12. 焊接后面主控板

焊接飛線

13. 聯機通電，將程序燒寫進單片機，為了方便將主控板上預留了ISP燒錄接口。

14. 拼接裝配，將按鈕上寫上相應的文字。

15. 開機測試

視頻效果：youku視頻：

[size=14.399999618530273px]源程序如下：
[size=14.399999618530273px]ds12887.頭文件程序：[size=14.399999618530273px]

#include <absacc.h>
//BCD碼轉換
#define NUM2BCD(x) ((((x)/10)<<4)|(x%10))
#define BCD2NUM(x) (((x)>>4)*10+((x)&0x0f))
//時鐘寄存器
#define TIME_SECOND XBYTE[0xff00]
#define TIME_MINUTE XBYTE[0xff02]
#define TIME_HOUR XBYTE[0xff04]
#define TIME_DAY XBYTE[0xff06]
#define TIME_DATE XBYTE[0xff07]
#define TIME_MONTH XBYTE[0xff08]
#define TIME_YEAR XBYTE[0xff09]
//控制寄存器
#define REGISTERA XBYTE[0xff0A]
#define REGISTERB XBYTE[0xff0B]
#define REGISTERC XBYTE[0xff0C]
#define REGISTERD XBYTE[0xff0D]
unsigned char Time[]={0,0,0,1,1,10}; //時鐘數組
//設置DS12C887
SetupDs12887(void)
{
REGISTERA = 0x70;
REGISTERB = 0xa2;
//設置時間
TIME_SECOND= NUM2BCD(Time[0]);
TIME_MINUTE= NUM2BCD(Time[1]);
TIME_HOUR = NUM2BCD(Time[2]);
TIME_DATE = NUM2BCD(Time[3]);
TIME_MONTH = NUM2BCD(Time[4]);
TIME_YEAR = NUM2BCD(Time[5]);
//計時開始
REGISTERA = 0x20; //開始走時
REGISTERB = 0x22;
}
//讀出DS12C887
void ReadDs12887(void)
{
Time[0] = BCD2NUM(TIME_SECOND);
Time[1] = BCD2NUM(TIME_MINUTE);
Time[2] = BCD2NUM(TIME_HOUR);
Time[3] = BCD2NUM(TIME_DATE);
Time[4] = BCD2NUM(TIME_MONTH);
Time[5] = BCD2NUM(TIME_YEAR);
}

復制代碼

[size=14.399999618530273px]主源程序：

//-------------------------------------------------------------------------------
//程序名：硬盤時鐘程序
//說　明：單片機89S52 晶振24M
//-------------------------------------------------------------------------------
//-------------------------------------------------------------------------------
//**嵌入文件**
//-------------------------------------------------------------------------------
#include <reg52.h> //51單片機硬件資源參數說明
#include <intrins.h> //調用"_nop_()"函數
#include "ds12887.h" //實時時鐘IC驅動
//-------------------------------------------------------------------------------
//**宏定義函數**
//-------------------------------------------------------------------------------
//位置修正函數
#define XZ 8 //傳感器位置與"十二點"位置間隔(指針走的步數)
#define Ru(x) (x+XZ)>59? (x+XZ-60):(x+XZ)
//延時函數
#define Delay5Us {_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();\
_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();}
#define Delay50Us {Delay5Us;Delay5Us;Delay5Us;Delay5Us;Delay5Us;\
Delay5Us;Delay5Us;Delay5Us;Delay5Us;Delay5Us;}
//-------------------------------------------------------------------------------
//**端口定義**
//-------------------------------------------------------------------------------
//字符LED顯示端口
#define WORDPORT P2
#define DIGPORT P1
//RGB_LED端口定義
sbit P_LED_R=P3^0;
sbit P_LED_G=P3^1;
sbit P_LED_B=P3^4;
//設置鍵端口定義
sbit Key1=P1^6;
sbit Key2=P1^7;
sbit Key0=P3^5;
//指示LED端口定義
sbit Put_LED=P3^3;
//-------------------------------------------------------------------------------
//**變量說明**
//-------------------------------------------------------------------------------
//定義顏色值
unsigned char code LED_COL[8][3]=
{
1,1,1, //白
1,0,0, //紅
0,1,0, //綠
0,0,1, //藍
1,1,0, //黃
1,0,1, //品紅
0,1,1, //青
0,0,0, //黑
};
//鐘盤及指針顏色模式
unsigned char code COL_MOD[4][5]=
{
4,0,3,2,1,
5,1,4,2,3,
6,2,3,4,1,
7,4,3,2,1
};
//開機畫面LED動態顯示的字符
unsigned char code CH[]={
0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20, //全空格
// 0x48,0x54,0x54,0x50,0x3A,0x2f,0x2f,0x48, //http://h
0x20,0x42,0x44,0x38,0x43,0x47,0x20,0x20, // BD8CG
//0x49,0x2e,0x42,0x41,0x49,0x44,0x55,0x2e, //i.baidu.
0x44,0x49,0x59,0x3A,0x50,0x4f,0x56,0x20, //DIY:POV
//0x43,0x4F,0x4D,0x2f,0x35,0x32,0x5f,0x44, //com/52_d
0x4c,0x45,0x44,0x43,0x4c,0x4f,0x43,0x4b, //LEDCLOCK
//0x49,0x59,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20, //iy
0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,
0x20,0x20 //
};
// 設置狀態LED顯示的字符
unsigned char code SD[5][6]={
77,73,78,85,84,69,
72,79,85,82,32,32,
68,65,84,69,32,32,
77,79,78,84,72,32,
89,69,65,82,32,32
};
//調整時鐘的限制量
unsigned char code maxnum[]={59,23,31,12,99,7}; //調整值最大限量
unsigned char code minnum[]={0,0,1,1,0,1}; //調整值最小限量
//其它變量定義
unsigned char t1,t2,t3; //時分秒中間變量
unsigned char M1,M2,M3; //時分秒中間變量
unsigned char PT_col[60]; //指針顏色
unsigned char BL_col; //表盤顏色
unsigned char KD_col; //刻度顏色
unsigned char ST; //進程標志
unsigned char CM; //表盤色彩組合模式
unsigned char TZ; //調整項
unsigned int Tn; //指針位置值
unsigned int Tp; //定時中斷T1設置值
unsigned char N; //實際表盤平分分割數
unsigned char S; //預設表盤平分分割數，取值60
unsigned char Cn; //色彩變量
//-------------------------------------------------------------------------------
//**函數定義**
//-------------------------------------------------------------------------------
/*外部中斷0*/
void intersvr0(void) interrupt 0 using 1
{
unsigned char Q;
unsigned int D;
TH1=-1;TL1=-1; //讓定時中斷T1與外部中斷適當錯開,使屏顯示穩定
D=D+(N-S); //修正值。實際值與預設值比較，作出校正
Tp=50000+D; //得到定時中斷T1的初設值
//50000大約是旋轉一周所需的時間，這樣在開機時可顯示
//從1到60等分圓的動態過程
if((N==S)&&(Q<500)){
Q++;
if(Q==99) ST=1;
} //顯示穩定后進入下一進程
N=0;
Tn=0;
Cn=0;
}
/*T1處理函數*/
void timer1(void) interrupt 3 using 1
{
TH1=-Tp/256;
TL1=-Tp%256;
if(ST==0){ //開機畫面
if(Cn<7) Cn++; else Cn=1; //只顯示7種色
P_LED_R=LED_COL[Cn][0];
P_LED_G=LED_COL[Cn][1];
P_LED_B=LED_COL[Cn][2];
}
if(ST==1){ //正常工作狀態
//產生指針顏色
P_LED_R=LED_COL[PT_col[Tn]][0];
P_LED_G=LED_COL[PT_col[Tn]][1];
P_LED_B=LED_COL[PT_col[Tn]][2];
//產生指針寬度
Delay50Us;Delay50Us; Delay50Us;
//產生背景顏色
P_LED_R=LED_COL[BL_col][0];
P_LED_G=LED_COL[BL_col][1];
P_LED_B=LED_COL[BL_col][2];
Tn++; //下一個顯示單元
}
N++; //從傳感器位置開始，定時中斷次數計數
}
/*延時(用于較長時間段)*/
void Delay(unsigned int tt)
{
unsigned char ii;
for(;tt>0;tt--)
for(ii=94;ii>0;ii--);
}
/*主程序*/
void main(void)
{
unsigned char i,j; //循環變量　　　　　
unsigned char Xz=3; //刻度校正
S=60; //旋轉一周，定時中斷T1產生60個中斷
CM=0; //使用顯示屏顏色組合,可有四種模式選擇
BL_col=COL_MOD[CM][0]; //背景光顏色
KD_col=COL_MOD[CM][1]; //刻度顏色
//中斷初始化
TMOD=0x11;
TH1=0; TL1=0;
TR1=1; ET1=1;
IT0=1; EX0=1;
EA=1;
//顯示屏初始化
for(i=0;i<60;i++) PT_col[i]=BL_col;
PT_col[0+Xz]=0;
PT_col[5+Xz]=0;
PT_col[10+Xz]=0;
PT_col[15+Xz]=0;
PT_col[20+Xz]=0;
PT_col[25+Xz]=0;
PT_col[30+Xz]=0;
PT_col[35+Xz]=0;
PT_col[40+Xz]=0;
PT_col[45+Xz]=0;
PT_col[50+Xz]=0;
PT_col[55+Xz]=0;
DIGPORT=0xec; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xed; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xee; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xef; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xd3; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xd7; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xdb; WORDPORT=32;
DIGPORT=0xdf; WORDPORT=32;
P_LED_R=0;
P_LED_G=0;
P_LED_B=0;
//SetupDs12887();
//開機畫面
Delay(6000);
for(j=0;j<35;j++){ //LED動態顯示字符
DIGPORT=0xec; WORDPORT=CH[7+j];
DIGPORT=0xed; WORDPORT=CH[6+j];
DIGPORT=0xee; WORDPORT=CH[5+j];
DIGPORT=0xef; WORDPORT=CH[4+j];
DIGPORT=0xd3; WORDPORT=CH[3+j];
DIGPORT=0xd7; WORDPORT=CH[2+j];
DIGPORT=0xdb; WORDPORT=CH[1+j];
DIGPORT=0xdf; WORDPORT=CH[0+j];
Delay(4000);
}
P_LED_R=1;
P_LED_G=0;
P_LED_B=0;
//進入主循環
for(;;){
if(TZ==0){ //LED顯示年月日信息
ReadDs12887(); //讀取時間值
Put_LED=1;
M1=Time[0];M2=Time[1];M3=Time[2];
DIGPORT=0xec; WORDPORT=0x30+Time[3]%10;
DIGPORT=0xed; WORDPORT=0x30+Time[3]/10;
DIGPORT=0xee; WORDPORT=0x2d;
DIGPORT=0xef; WORDPORT=0x30+Time[4]%10;
DIGPORT=0xd3; WORDPORT=0x30+Time[4]/10;
DIGPORT=0xd7; WORDPORT=0x2d;
DIGPORT=0xdb; WORDPORT=0x30+Time[5]%10;
DIGPORT=0xdf; WORDPORT=0x30+Time[5]/10;
}
else //LED顯示調整項
{
DIGPORT=0xec; WORDPORT=0x30+Time[TZ]%10;
DIGPORT=0xed; WORDPORT=0x30+Time[TZ]/10;
DIGPORT=0xee; WORDPORT=SD[TZ-1][5];
DIGPORT=0xef; WORDPORT=SD[TZ-1][4];
DIGPORT=0xd3; WORDPORT=SD[TZ-1][3];
DIGPORT=0xd7; WORDPORT=SD[TZ-1][2];
DIGPORT=0xdb; WORDPORT=SD[TZ-1][1];
DIGPORT=0xdf; WORDPORT=SD[TZ-1][0];
M1=Time[0];M2=Time[1];M3=Time[2];
Put_LED=~Put_LED; //LED指示在設置狀態閃亮
}
Delay(50);Delay(50);
Delay(50);Delay(50);
//用背景色覆蓋原來的指針色
PT_col[t1]=BL_col;
PT_col[t2]=BL_col;
PT_col[t3]=BL_col;
//取指針數值
if(M3>12) M3=M3-12;
t1=Ru(M1);t2=Ru(M2);t3=Ru(M3*5+M2/12);
//刷新時鐘刻度色
PT_col[0+Xz]=KD_col;
PT_col[5+Xz]=KD_col;
PT_col[10+Xz]=KD_col;
PT_col[15+Xz]=KD_col;
PT_col[20+Xz]=KD_col;
PT_col[25+Xz]=KD_col;
PT_col[30+Xz]=KD_col;
PT_col[35+Xz]=KD_col;
PT_col[40+Xz]=KD_col;
PT_col[45+Xz]=KD_col;
PT_col[50+Xz]=KD_col;
PT_col[55+Xz]=KD_col;
//顯示時鐘
PT_col[t1]=COL_MOD[CM][2];
PT_col[t2]=COL_MOD[CM][3];
PT_col[t3]=COL_MOD[CM][4];
Delay(50);Delay(50);
Delay(50);Delay(50);
Delay(50);Delay(50);
//鍵盤處理
if(Key0==0){ //設置鍵
Delay(120);
if(Key0==0) {if(TZ>0) TZ--; else TZ=5;}
if(TZ==0) SetupDs12887();
Delay(1200);
}
Delay(50);Delay(50);
Delay(50);Delay(50);
if(Key1==0){ //加法鍵
Delay(120);
if(Key1==0) {
if(Time[TZ]<maxnum[TZ-1]) Time[TZ]++; else Time[TZ]=minnum[TZ-1];
}
Delay(1200);
}
Delay(50);Delay(50);
Delay(50);Delay(50);
if(Key2==0){ //減法鍵
Delay(120);
if(Key2==0) {
if(Time[TZ]>minnum[TZ-1]) Time[TZ]--; else Time[TZ]=maxnum[TZ-1];
}
Delay(1200);
}
Delay(50);Delay(50);
Delay(50);Delay(50);
}
}