一款有趣而实用的旋转时钟

　　旋转时钟是让一列发光二极管绕着该直线}．的某点旋转，从而显示出时间。为何一列发光二极管可以显示出时间呢？当我们理解了视觉暂留效应，就会明白其中的道理。
　　
　　大家肯定熟悉这个现象：下大雨的时候，看见雨点落下来好像是一条一条的直线，这就是视觉暂留效应——当人眼看到某一位置上的雨点消失后，人眼仍能继续保留其影像O.l~0.5s左右，雨点在落下过程中每一个位置的影像都被保留，于是就出现了雨点成线的效果。仔细分析一下，如果雨点直线下落，在0～0.5s的位置如下图(a)，由于人眼能够保留O.l一0.5s内的影像，如图I(b)所示。所以，在0.5s的时候，0.5s之前的影像都被保留了，于是在0.5s时看到的影像就是这些图像的组合-雨线，如下图(c)所示。

　　下面我们再来分析一列发光二极管是如何显示时间的。
　　
　　如果一列发光二极管在0.5秒内可以转一圈，那么我们最终看到的效果就是一列发光二极管在这一罔内各个位置的图像叠加。先给数字0-9编码，显示规格是5x7点阵，如下图所示，在5×7的格子里，实心的格子我们用数字1来表示，空心的则用数字0表示，所以，数字“4”的从上至下、从左至右编码为O011100、0100100、1011111、0000100、OOOOl00。

　　如果我们控制这一列发光二极管在不同的时刻（小于0.5s时间）显示不同的编码值，如上图所示，在O.Ols显示4的第一个码值O011100，在0.02s显示第二个码值Ol00100-----以次类推，由于显示这五个码的时间小于0.5s，所以因视觉暂留效应，显示的编码得到人眼的叠加而产生数字“4”的错觉，如下图所示。

　　明白了这个原理之后，一定会好奇是什么在控制一列发光二极管在不同时刻显示不同码值呢?价格低廉的单片机就扮演着这个角色。
　　
　　比如AT89C2051单片机是一款体积较小的20管脚单片机，我们就通过它来控制一列发光二极管。下图中Rl、R2、Sl、CI构成了单片机的复位电路，C2、C3、Yl构成单片机的时钟信号源，这两个部分加上20脚与10脚之间的供电构成了单片机的最小系统。R3~R9分别是发光二极管D1～D7的限流电阻，这七个发光二极管具有公共的阳极，通过电阻后连接在单片机的I/O口P1.O—P1.6上。当单片机执行将某- I/O口电平置低的指令（例如CLR Pl.0）后，Pl.0口上的发光二极管Dl由于两端有了电压，灯就会亮。相反地，如果某一I/O口被置高，则该口上的发光二极管熄灭。

　　单片机断电后就停止运行，那如何才能得到一个连续的标准时间呢？这就要依赖时钟芯片了。市场上的时钟芯片很多，如DS1302是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟芯片，它可以对年、月、日、周、日、时、分、秒进行计时，且具有闰年补偿功能，工作电压宽达2.5~5.5V。该芯片的一种连接方式如下图所示，C4、C5.

　　
　　Y2构成振荡电路，SCLK、L/O、CE三个引脚分别与AT89C2051单片机的P3.2、P3.3、P3.4连接。DS1302使用3.6V的电池进行不间断供电，所以每当单片机需要获得时间的时侯就可以通过SCLK、I/O、CE-个引脚与DS1302通信。
　　
　　除了标准时间的来源和显示的问题外，还能体会到这个旋转时钟的另外一个关键问题是如何旋转。如果没有旋转，就没有视觉暂留效应，也就不可能看到什么数字了。最常见的提供旋转运动的动力就是电机，由于一列发光二极管和单片机等器件的质量比较小，所以选用价格低廉的儿童玩具电机。电机旋转带动发光二极管就可以实现显示时间的功能了，如下图所示。
　　
　　此外，旋转时钟系统有两个部分需要供电，一是底座上的电机，二是单片机系统。它们的供电方式可以有多种，最简单的方法是分离供电，即一组电池提供单片机系统的电源（它必定随着电路板旋转，因此体积和重量需要尽量轻），另外一组固定在底座上的电池为电机提供电源。也可以使用同一个电源，但是需要处理电力的传递问题，如通过电刷、耦合等方式。
　　
　　最后值得一提的是显示的稳定问题：比如发光二极管旋转扫描一圈完成了数字“6”的显示，如果电机的速度不稳定，转下一圈所用的时间多于（或少于）上一圈，那么数字“6”的位置将会移到上一次显示位置的左侧（或右侧）。解决的办法是增加一个同步模块，比如在电路板和底座之间加装红外对管，这样，电路板每转一圈都会由红外对管的对齐而得到一个同步信号，即得到了自己所在的方位，就不会“迷失方向”，显示的数字就不会产生飘移。