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“搖搖棒”是基于人眼視覺暫留原理而產(chǎn)生的, 當(dāng)進(jìn)行搖動(dòng)時(shí)，由于人的視覺暫留會(huì)在發(fā)光二極管搖動(dòng)區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)視覺平面，從而達(dá)到在該視覺平面上傳達(dá)信息的作用。本文介紹了以STC89C52單片機(jī)控制為主控芯片、配合高亮度LED二極管以及水銀開關(guān)構(gòu)成簡(jiǎn)易搖搖棒的設(shè)計(jì)過程，通過分時(shí)刷新20個(gè)發(fā)光二極管來顯示輸出文字或圖案等信息。并在此基礎(chǔ)上,利用DS1302時(shí)鐘芯片顯示當(dāng)前時(shí)間,可通過按鍵對(duì)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置
第一章 基本原理
1.1視覺暫留現(xiàn)象
（Visual staying phenomenon，duration of vision）
人眼在觀察景物時(shí)，光信號(hào)傳入大腦神經(jīng)，需經(jīng)過一段短暫的時(shí)間，光的作用結(jié)束后，視覺形象并不立即消失，這種殘留的視覺稱“后像”，視覺的這一現(xiàn)象則被稱為“視覺暫留”。
是光對(duì)視網(wǎng)膜所產(chǎn)生的視覺在光停止作用后，仍保留一段時(shí)間的現(xiàn)象，其具體應(yīng)用是電影的拍攝和放映。原因是由視神經(jīng)的反應(yīng)速度造成的.其時(shí)值是二十四分之一秒。是動(dòng)畫、電影等視覺媒體形成和傳播的根據(jù)。
視覺實(shí)際上是靠眼睛的晶狀體成像，感光細(xì)胞感光，并且將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為神經(jīng)電流，傳回大腦引起人體視覺。感光細(xì)胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定時(shí)間的，這就形成了視覺暫停的機(jī)理。
物體在快速運(yùn)動(dòng)時(shí), 當(dāng)人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像0.1-0.4秒左右的圖像，這種現(xiàn)象被稱為視覺暫留現(xiàn)象。是人眼具有的一種性質(zhì)。人眼觀看物體時(shí)，成像于視網(wǎng)膜上，并由視神經(jīng)輸入人腦，感覺到物體的像。但當(dāng)物體移去時(shí)，視神經(jīng)對(duì)物體的印象不會(huì)立即消失，而要延續(xù)0.1 -0.4秒的時(shí)間，人眼的這種性質(zhì)被稱為“眼睛的視覺暫留”。
1.2 STC單片機(jī)簡(jiǎn)介
STC單片機(jī)是一款增強(qiáng)型51單片機(jī)，完全兼容MCS-51，還增加了新的功能，比如新增兩級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)，多一個(gè)外中斷，內(nèi)置EEPROM，硬件看門狗，具有掉電模式，512B內(nèi)存等。還支持ISP下載，不用編程器，只要一個(gè)MAX232和一些廉價(jià)的元件就能寫程可擦寫10萬次。
單片機(jī)最小系統(tǒng):2
圖（1） 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖
1.3 水銀開關(guān)
搖搖棒在搖動(dòng)時(shí)，只能在朝某一方向搖動(dòng)時(shí)顯示，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面。所以通過接一個(gè)水銀開關(guān)來控制，使搖搖棒從左向右搖動(dòng)時(shí)將內(nèi)容正確顯示出來。
圖（2） 水銀開關(guān)結(jié)構(gòu)圖
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圖（3）水銀開關(guān)實(shí)物圖1
水銀開關(guān)里的水銀柱很活躍，導(dǎo)致在接通時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng)。所以將水銀開關(guān)斜向上放置（尖端朝斜上方45°角），靠水銀自身重力的作用減少抖動(dòng)。
因?yàn)橹亓Φ年P(guān)系，水銀水珠會(huì)隨容器中較低的地方流去，如果同時(shí)接觸到兩個(gè)電極的話，開關(guān)便會(huì)將電路閉合，開啟開關(guān)。
主要作用：
1. 觸發(fā)EXT1中斷，在中斷程序中顯示畫面。
2. 水銀開關(guān)斷開時(shí)，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)。(
1.4 時(shí)鐘芯片
DS1302是美國(guó)DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，附加31字節(jié)靜態(tài)RAM，采用SPI三線接口與CPU進(jìn)行通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)和RAM數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)時(shí)鐘可提供秒、分、時(shí)、日、星期、月和年，一個(gè)月小與31天時(shí)可以自動(dòng)調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能。工作電壓寬達(dá)2.5～5.5V。采用雙電源供電（主電源和備用電源），可設(shè)置備用電源充電方式，提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。
圖（4） DS1302引腳分配圖)
各引腳的功能為：
8、Vcc1：備用電池端；
1、Vcc2：5V電源。當(dāng)Vcc2>Vcc1+0.2V時(shí)，由Vcc2向DS1302供電，當(dāng)Vcc2< Vcc1時(shí)，由Vcc1向DS1302供電。
7、SCLK：串行時(shí)鐘，輸入；
6、I/O：數(shù)據(jù)輸入輸出口；
5、CE/RST：復(fù)位腳
2、3、X1、X2 是外接晶振腳 （32.768KHZ的晶振）
4、地（GND）
基本電路：
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圖（5） DS1302電路圖
1.5 按鍵
圖（6）按鍵外觀/
主要作用：切換畫面以及時(shí)間設(shè)置。
1.6 LED
LED是發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）的簡(jiǎn)稱，也稱作發(fā)光二極管。這種半導(dǎo)體組件可以作為指示燈、顯示板，它不但能夠高效率地直接講點(diǎn)能轉(zhuǎn)化為光能，而且擁有最長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬小時(shí)的使用壽命，同時(shí)具備不如傳統(tǒng)燈泡易碎，節(jié)能省電等優(yōu)點(diǎn)。
在設(shè)計(jì)中的作用：作為此設(shè)計(jì)的顯示模塊，進(jìn)行字符的顯示。
圖（7） LED結(jié)構(gòu)圖
第二章 原理圖;
圖（8）總原理圖
第三章 實(shí)物說明圖
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圖（9）總體實(shí)物圖
1. 水銀開關(guān)：傳感器
2. 20位LED：顯示器
3. DS1302: 時(shí)鐘芯片
4. STC89C52單片機(jī):主控芯片
5. 電源開關(guān):供電
6. 功能按鍵(四個(gè)):○1切換畫面。○2設(shè)置時(shí)間。 ○3時(shí)間加。 ○4時(shí)間減。
7. 時(shí)鐘芯片備用電池：當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)為時(shí)鐘芯片供電，保證時(shí)間的實(shí)時(shí)性。
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圖（10） IC座里隱藏元件
IC座里隱藏元件，這樣做既美觀又能節(jié)省空間，還可以保護(hù)元件。
第四章 使用說明
步驟一：將電源連接好。
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圖（11）電源開關(guān)及按鍵
步驟二：將電源開關(guān)打開。
此時(shí)20位LED開始閃爍，搖動(dòng)搖搖棒將會(huì)看到如下效果：
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圖（12）初始效果圖
步驟三：進(jìn)入按鍵功能狀態(tài)。
方法如下：
將搖搖棒LED一側(cè)向下放置，即使水銀開關(guān)兩個(gè)引腳不導(dǎo)通（如圖13）。（此狀態(tài)是實(shí)現(xiàn)所有按鍵功能的通用狀態(tài)。若不在此狀態(tài)，按鍵將都不可用。時(shí)間設(shè)置同樣是在此狀態(tài)下進(jìn)行的）。
圖（13）按鍵功能狀態(tài)
此時(shí)按下【換字】鍵，再搖動(dòng)搖搖棒，畫面會(huì)切換，將會(huì)看到如下效果（如圖14）：
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圖（14）切換畫面
本搖搖棒系統(tǒng)共存儲(chǔ)5個(gè)畫面，通過【換字】按鍵進(jìn)行循環(huán)切換。其中第五個(gè)換面顯示的是實(shí)時(shí)時(shí)間，時(shí)間信息由時(shí)鐘芯片提供。
步驟四：設(shè)置時(shí)間
首先進(jìn)入按鍵功能狀態(tài)。【將搖搖棒LED一側(cè)向下放置，即使水銀開關(guān)兩個(gè)引腳不導(dǎo)通（如圖13）】。
設(shè)置狀態(tài)下LED顯示說明：
如下圖所示，從右至左四個(gè)LED分別表示：調(diào)秒標(biāo)志位、調(diào)分標(biāo)志位、調(diào)時(shí)標(biāo)志位、設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志位。時(shí)間信息的個(gè)位和十位分別由四個(gè)LED以二進(jìn)制碼的形式顯示。
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圖（15）設(shè)置狀態(tài)下LED顯示說明圖
按下【設(shè)置】按鍵，設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志位點(diǎn)亮，調(diào)時(shí)標(biāo)志位點(diǎn)亮，對(duì)小時(shí)設(shè)置。按【加】按鍵或【減】按鍵可以對(duì)小時(shí)進(jìn)行設(shè)置，時(shí)間信息以二進(jìn)制形式顯示。
再按下【設(shè)置】按鍵，設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志位點(diǎn)亮，調(diào)分標(biāo)志位點(diǎn)亮，對(duì)分鐘設(shè)置。設(shè)置方法同上。
再按下【設(shè)置】按鍵，設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志位點(diǎn)亮，調(diào)秒標(biāo)志位點(diǎn)亮，對(duì)秒設(shè)置。設(shè)置方法同上。
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圖（16）設(shè)置小時(shí)
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圖（17）設(shè)置分鐘
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圖（18）設(shè)置秒
步驟五：退出設(shè)置
設(shè)置完成后再按一下【設(shè)置】按鍵，退出設(shè)置狀態(tài)，此時(shí)20個(gè)LED全滅。否則搖搖棒顯示將不正確。(
第五章 軟件設(shè)計(jì)3
5.1 設(shè)計(jì)思路-
由于搖搖棒在搖動(dòng)時(shí)，只能在朝某一方向搖動(dòng)時(shí)顯示，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，所以通過接一個(gè)水銀開關(guān)來控制。
在搖搖棒左向右搖動(dòng)時(shí)，水銀開關(guān)導(dǎo)通，觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷，運(yùn)行中斷程顯示預(yù)設(shè)畫面。
在搖搖棒右向左搖動(dòng)時(shí)，水銀開關(guān)斷開，運(yùn)行主程檢測(cè)按鍵，實(shí)現(xiàn)畫面切換及時(shí)間設(shè)置。
5.2 系統(tǒng)工作流程
1.顯示預(yù)設(shè)圖形，并按鍵切換。
2.按鍵設(shè)置時(shí)間。
3.顯示時(shí)間。,
5.3主程序流程圖(
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圖（19）主程序流程圖"
第六章 部分效果圖
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圖（20）效果圖 電信0802班
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- /*************************************************************
- 旋轉(zhuǎn)LED字體程序
- 單片機(jī) STC89C52
- 字模軟件用的PC2002
- 逐列取模方式
- ***************************************************************/
- #include "SYSTEM.H"
- #include <reg52.h>
- #include <DIG.h>
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int //宏定義
- uint i=0 ;
- uint j=0 ;
- sbit key=P3^7;
- sbit she=P2^7;
- sbit shi=P2^6;
- sbit fen=P2^5;
- sbit mia=P2^4;
- uchar h1;
- uchar h2;
- uchar m1;
- uchar m2;
- uchar s1;
- uchar s2;
- uchar K1J,K2J,K3J; //鍵值
- //char Set_Mode = 0;
- extern uchar k;
- extern uchar Set; //調(diào)整值
- unsigned char code Disp_Tab[] = {0xff,0x7f,0xbf,0x3f,0xdf,0x5f,0x9f,0x1f,0xef,0x6f}; //段碼控制
- /*****n（us）延時(shí)子程序*****/
- void DelayUs(uint N)
- {
- uint x ;
- for(x=0;x<=N;x++);
- }
- /*--------------------------------------------------------------*/
- //鍵盤掃描
- void Keysan(void)
- {
- if(!key) //換字
- { DelayUs(7000);
- if(!key)
- {
- j++;
- }
- if(j==5) { j=0; }
- }
-
- if(~P2_3&K1J) { k++; }
- K1J=~(~P2_3);
- if(~P2_2&K2J) { Set=1; }
- K2J=~(~P2_2);
- if(~P2_1&K3J) { Set=-1; }
- K3J=~(~P2_1);
-
- if(k == 4) {k = 0; }
-
- switch(k)
- { //case 4: break;
- case 3: she=0;shi=1;fen=1;mia=0; DS1302_AddTime(DS1302_SECOND, Set);P1=Disp_Tab[s1];P0=Disp_Tab[s2];Set=0; break; //設(shè)置秒
- case 2: she=0;shi=1;fen=0;mia=1; DS1302_AddTime(DS1302_MINUTE, Set);P1=Disp_Tab[m1];P0=Disp_Tab[m2];Set=0; break; //設(shè)置分
- case 1: she=0;shi=0;fen=1;mia=1; DS1302_AddTime(DS1302_HOUR , Set);P1=Disp_Tab[h1];P0=Disp_Tab[h2];Set=0; break; //設(shè)置時(shí)
- case 0: P0=0xff;P1=0xff;P2=0xff;Set=0; break;
- default: break;
- }
- }
- /*****主函數(shù)*****/
- void main(void)
- { k=0;
- DS1302_Initial();//DS1302初始化
- while(1)
- {
- EA=1;//開總中斷
- EX0=1;//開外部中斷0
- //全滅
- P0=0xff;
- P1=0xff;
- P2=0xff;
- //讀出時(shí)間
- h1=(Read1302(DS1302_HOUR)&0x70)>>4;
- h2=(Read1302(DS1302_HOUR)&0x0f);
- m1=(Read1302(DS1302_MINUTE)&0x70)>>4;
- m2=(Read1302(DS1302_MINUTE)&0x0f);
- s1=(Read1302(DS1302_SECOND)&0x70)>>4;
- s2=(Read1302(DS1302_SECOND)&0x0f);
- Keysan();
- }
- }
- /*************外部中斷函數(shù)（顯示）*******************/
- void exter0() interrupt 0
- {
- for(i=0;i<160;i++)
- {
- switch(j)
- {case 0: P0=love0[i*3];P1=love0[i*3+1];P2=love0[i*3+2];DelayUs(30);break;
- case 1: P0=love1[i*3];P1=love1[i*3+1];P2=love1[i*3+2];DelayUs(30);break;
- case 2: P0=love2[i*3];P1=love2[i*3+1];P2=love2[i*3+2];DelayUs(20);break;
- case 3: P0=love3[i*3];P1=love3[i*3+1];P2=love3[i*3+2];DelayUs(30);break;
- case 4: if(i<50){P0=0xFF;P1=0xFF;P2=0xFF;DelayUs(20);}
- if((i>49)&&(i<60)){P0=dig[h1][(i-50)*3];P1=dig[h1][(i-50)*3+1];P2=dig[h1][(i-50)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>59)&&(i<70)){P0=dig[h2][(i-60)*3];P1=dig[h2][(i-60)*3+1];P2=dig[h2][(i-60)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>69)&&(i<80)){P0=dig[10][(i-70)*3];P1=dig[10][(i-70)*3+1];P2=dig[10][(i-70)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>79)&&(i<90)){P0=dig[m1][(i-80)*3];P1=dig[m1][(i-80)*3+1];P2=dig[m1][(i-80)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>89)&&(i<100)){P0=dig[m2][(i-90)*3];P1=dig[m2][(i-90)*3+1];P2=dig[m2][(i-90)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>99)&&(i<110)){P0=dig[10][(i-100)*3];P1=dig[10][(i-100)*3+1];P2=dig[10][(i-100)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>109)&&(i<120)){P0=dig[s1][(i-110)*3];P1=dig[s1][(i-110)*3+1];P2=dig[s1][(i-110)*3+2];DelayUs(20);}
- if((i>119)&&(i<130)){P0=dig[s2][(i-120)*3];P1=dig[s2][(i-120)*3+1];P2=dig[s2][(i-120)*3+2];DelayUs(20);}
- if(i>129){P0=0xFF;P1=0xFF;P2=0xFF;DelayUs(20);}
- break;
- }
- }
- }
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代碼下載(Keil2工程文件)：
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