摘 要：本设计利用视觉暂留原理设计并制作了一个发光旋转时钟，设计简单实用，演示效果较好，具有一定的参考与推广价值。

关键词：POV；LED；旋转时钟

POV 即 Persistence of Vision(视觉残留)。物体在快速运动时，当人眼所看到的影像消失后，人眼仍能继续保留其影像 0.1-0.4 秒左右的图像，这种现象被称为视觉暂留现象。一般旋转时钟是依靠一个电机带动，在快速转动的下，控制 LED 灯的亮灭，从而形成一个稳定的表盘和指针，同时还要保证指针的位置正好对应所要显示的时间，电机所带动旋转的板子叫做指针板，固定电机的板子叫做基板。

图1 总体硬件架构

本设计使用小型直流电机带动电路板转动，电路板并列32个LED灯，使用单片机进行控制，计时方式使用外部芯片独立计时，并且有小型电池与之供电，一旦初始化，不会因系统重启而改变计时。

控制芯片可以读取时钟芯片的计时信息，做以处理，然后通过控制 LED 灯闪烁来显现出来。同时MCU也可以给时钟芯片输入初始化信息，可以用来实现调时等功能。调时的命令要通过无线的方式的发送到指针板上，MCU 读取无线接收器件的命令，从而更改 LED 的显示规律以及时钟芯片的计时时间。为做到方便控制，计时准确，控制部件采用无线收发模块，计时不使用单片机计时，而采用独立供电的计时芯片。计时芯片独立供电的优点在于，当 MCU掉电时，时钟芯片并不受其影响，而可以继续准确的跑动。指针板的结构框图 如图 2 所示。

电源给各个部件供以电能，位置检测部件每转会到标志位置就会产生一个信号，MUC 检测到后，此时指针板正好转动一周，MUC 便可根据规律控制 LED亮灭。位置检测可以使用光电耦合开关或霍尔感应器。

图2 指针板的结构框图

计时方式也是本设计比较重要的一部分，要做旋转时钟，必须要有时钟的信号，单片机将以某种方式产生的时钟信号加以处理，送至 LED 阵列，从而做到旋转时钟的显示。

本设计要显示数字和指针式的钟表以及中文和英文的文字，要显示中文文字，做到比较清晰可见，一般需要13个 LED 灯，而且里圆周最近的LED，不能过近，根据经验值，至少也要在十个间距以上。若可以显示中文文字，则英文文字以及数字就不成问题。

电机带动指针板快速旋转，不具备位置控制的能力，又不能保证电机稳定后的转速绝对平稳，在每圈的同一位置都会产生由上一周相同的 LED 状态。我们只需要一个器件能够在指针板每转到此位置处，产生一个指示信号即可，因为只要确定了这个位置，就可以根据转速确定所有位置了，从而显示出稳定的、在确定位置的图案了。

一旦电机转动起来，指针板上的所用器件都在转动状态下，是无法通过指针板上的按钮对其进行控制的，我们希望图像显示稳定后，可以进行一些图像改变的操作，最主要的是调节时间。

程序如何下载到单片机中也是需要深入讨论的问题，这也牵扯到单片机的选择，本设计的单片机系统是在高速旋转的状态下的，同时要就行不断地调试，而且完全不能使用仿真完成，所以，下载方式一定要简单快速。

软件设计使用 C 语言编程，使用 KEIL V4 编程环境。分步调试实现以下功能：

1.首先可以显示静态和运动的字体，成为一个可以显示的旋转屏幕，初步设计在上方显示“IU”，在下方滚动显示“POV LED Revolving Clock”字样。

2.可以显示数字式的时钟，上方显示“时：分：秒”并以此格式显示，在下方屏幕显示的是“年/月/ 日”的时间格式，秒位跑动和进位正常。

3.显示指针式的时钟，指针式时钟由于其固有的特点，只能显示时分秒，并且只能以 12 时计时方式。但是其编程与调试难度远高于数字式的时钟。

本设计做到各指针位置的正常显示，做到与电子表基本类似的效果。

参考文献：

[1]万福君，潘松峰.单片微机原理系统设计与应用[M].安徽：中国科学技术大学出版社，2001.171～230.

[2]张义和，陈敌北等.例说protel2004[M].北京：人民邮电出版社，2006.86～138.

[3]赵建领.电路设计与制版[M].北京：电子工业出版社，2007.11～172.

[4]吴戈，李玉峰.案例学单片机C语言开发[M].北京：人民邮电出版社，2008.225～230.

[5]范凤强，兰婵丽.单片机语言应用实战锦集[M].北京：电子工业出版社，2002.20～34.