专利名称：多功能色光指示电子钟的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子钟，特别是一种多功能色光指示电子钟。
背景技术：
现有的钟表中，时间的表达方式可分为指针式和数字式，指针式钟表要根据指针的长短才能识读出时间的时、分、秒，数字式钟表要分辨清楚数字是几才能识读出时间的时、分、秒。
现有的钟表或者为单面指示或显示，识读视角小于180度，或者可双面显示，使识读视角大于180度，但需要两套机芯或两套价格相对很高的显示器件。
中国实用新型专利96247228公布了“一种无指针电子钟钟盘”，它是由呈环形分布的12个两位7段数码管组成的“时”显示发光管组、环形分布的60只LED发光管组成的“分”显示发光管组及60只LED发光管组成“秒”显示发光管组三个部分组成。分析该实用新型可以得知其存在以下缺陷1.时间的“时”显示采用了多达24只数码管，由于受空间限制，该实用新型不可能使用较大的数码管，因而可清楚辨认数字的距离十分有限；2.由于“时”显示数码管的安装位置与传统的钟盘十二等分刻度位置是对应的，与当前时间对应的数码管只要发光，人们就能识别是几点，因此，数码管上显示的数字显得多余。3.“分”和“秒”显示采用了多达120只LED发光二极管，这种构造不仅使钟面构图复杂，而且成本提高。4、无日历和温度的指示或显示。
中国实用新型专利97210866.1公布了一种“飞点电子显示钟表”，其显示控制电路是由时钟信号发生器、时间计数器、数据选择器、译码器、显示驱动器和显示器等构成，其时间显示表面上设置有时间共用显示器组，用一组显示器同时显示分、秒时刻值，或同时显示时、分、秒时刻值。分析该实用新型可知存在如下缺陷1、用一种发光颜色的一组显示器同时显示时、分特别是同时显示时、分、秒很不便于识读当时时刻。2、指示颜色单调。3、控制电路中使用了多达7种不同型号的共12片CMOS集成电路，结构复杂，成本提高，不便生产，不便维护。4、无日历和温度的指示或显示。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有控制电路简单，外观简洁，识读方便，可内附自动日历和温度指示，指示效果美观生动，并可做成正反两面都可识读的使识度视角大于300度的多功能色光指示电子钟。另外，本发明与指针式钟表用指针的长短来表达时间的时、分、秒和数字式钟表用数字来表达时间的时、分、秒不同，它用LED发不同颜色的光来表达时间的时、分、秒，它不需辨别指针的长短，也不需分清楚数字是几，因而在钟表面面积相同的情况下，可识读距离远。
本发明是通过如下途径实现的它是在钟面上按环形(如图1)或条形(如图2)排布有由60个能产生三种明显不同的颜色的光的双色发光管L0～L59及其控制电路和控制程序组成，其特征是通过电路和程序控制相应位置的发光管的发光颜色来指示时间、日期和温度。日期和温度在常态(时间指示方式)下不显示，由触发信号(如声控)触发显示，如图10所示，L0～L59采用红绿双色LED(第1脚为红色，第3脚为绿色，第2脚为共阴极)，其控制电路还包括单片计算机U1，移位寄存器U2、U3，晶体振荡器XT1，调整按钮K1、K2，限流电阻R1～R8等；发光管L0～L59分成8组，每一组的发光管的共阴极分别连在一起构成8根列驱动线并分别通过限流电阻R1～R8依次连接至U1的P1口的P1.0～P1.7，同时每一组的相应序号的发光管的对应阳极连在一起构成16根位驱动线依次连接至U2、U3的输出线D0～D7；U1的RXD端与U2的A、B端连接，U2的D7端与U3的A、B端连接，U1的TXD端与U2、U3的CP端连接，U1的XL1、XL2之间接晶体振荡器XT1，U2、U3的CLR端接电源正极；温度信号、触发信号和复位信号分别从U1第11、第9和第1脚引入，K1、K2分别接U1第6脚和第7脚。
U1是本发明控制系统的核心，它内含中央处理器(CPU)，128字节数据存储器，2K字节程序存储器，两个16位定时/计数器，两个输入/输出端口P1、P3，一个全双工串行通讯口，5个中断源和时钟电路等，U2、U3是八位串行输入/并行输出移位寄存器，串行数据从A、B端输入，在D0～D7并行输出。
控制程序存放在U1的程序存储器中，它完成系统初始化、计时、键盘扫描、输入状态查询、数据运算及存储和显示等功能。
系统的显示数据有下列几种，即时间指示状态下的时分秒数据、公历指示状态下的月日星期数据、农历指示状态下的月日数据、温度指示状态下的温度数据、年调校状态下的公历年数据、月调校状态下的公历月数据、日调校状态下的公历日数据、时调校状态下的时数据和分调校状态下的分数据等。显示数据的更新取决于即时时刻、日期、温度以及系统当前工作状态，系统工作状态取决于K1、K2的按键信号和触发信号的有无和顺序。
系统工作原理和工作过程是，由U1内部定时器产生时间基准，由程序形成公历年、月、日、星期和时间的时、分、秒基础数据(亦可由外部专用时钟芯片输入)，通过采集、运算、转换和查表形成其它显示数据，这些数据都被按一定格式存放在内部数据存储器指定地址，显示时，首先，包含第1组LED(L0～L7)是否发光和发什么颜色的光的两字节共16位串行数据在同步移位时钟信号(TXD)的控制下分两次从RXD发出通过U2、U3转换成并行数据并被锁存，之后，CPU选通该数据所对应的列驱动线P1.0，使其为低电平“0”，其余驱动列线P1.1～P1.7为高电平“1”，此时第1组中需要发光的相应LED被点亮，维持一段时间(2ms)，其余各组的LED的阳极虽然亦存在相同数据，但因为未被选通，所以保持熄灭；之后，CPU发送第2组LED的16位数据，U2、U3锁存后，使P1.1为0，其余为1，此时第2组中的相应LED被点亮，其余各组的LED为熄灭状态，维持2ms如此继续，直至第8组中的相应LED被点亮，并维持2ms后，完成一个扫描显示周期，周期为16ms。其后程序以这一周期即每秒62.5次的速度反复不断的执行上一过程，由于人眼的视觉暂留现象，上述过程在人脑中形成8组共128位(其中有8位为空)数据同时在钟面上显示的印象，这样，经CPU运算处理所得出的显示数据就通过L0～L59在钟面上指示了出来。
正反两面都可识读的多功能色光指示电子钟可通过下列两种途径分别实现①它是由120个红绿双色LEDL0～L59和L0’～L59’及其控制电路和控制程序组成，如图11，其特征是L0、L1～L59依次分别与L0’、L1’～L59’并联，并且L0～L59安装在正面，而L0’～L59’安装在反面，使得正面看到的是L0～L59的指示信息，反面看到的是L0’～L59’的指示信息，其它控制电路和控制原理与图10相同。②如图8所示，将L0～L59平行安装于钟正面和钟反面之间，并使得正面和反面都能看到L0～L59的指示信息，从而使正面和反面都可识读，正面按顺时针识读，反面按逆时针识读。
本发明改变了传统的时间和日历的指示显示方式，无指针，无数字，具有控制电路简单，外观简洁，可视距离远，功能齐全，指示效果美观生动，计时精确，夜视效果好，使用寿命长和成本低，便于生产和维护等特点，尤其是便于做成正面和反面都可识读，使识读视角大于300度，更适用于车站站台、长廊、大厅中央、广场和公共场所出入口等，还适用于置于高层建筑上取代钟楼和钟塔。
下面结合附图对本发明做进一步说明图1为本发明的环形结构及发光二极管布置示意图。
图2为本发明的条形结构及发光二极管布置示意图。
图3为本发明闭环形结构的时间识读示意图。
图4为本发明条形结构的时间识读示意图。
图5为本发明的公历和星期识读示意图。
图6为本发明的温度识读示意图。
图7为本发明采用120个LED方案实现的正反识读多功能色光电子钟示意图。
图8为本发明不增加任何电子元件实现的正反识读多功能色光电子钟示意图。
图9为本发明的原理方框图。
图10为本发明的原理图。
图11为本发明采用120个LED方案实现的正反识读多功能色光指示电子钟原理图。
具体实施例方式
如图1所示，发光二极管L0～L59成环形按顺时针方向排列，左图为环行结构(中央为空心区域)，右图为盘形结构，图中(1)为空心区域。
如图2所示，发光二极管L0～L59成条形排列，左图为水平排列型，右图为竖直排列型。
如图9所示，本发明由单片计算机，移位寄存器，双色LED阵列，“输入输出”和电源等组成，单片计算机内含控制程序。其中“输入输出”是指调整按纽、温度检测、触发信号等。
如图10所示，本发明U1为8位单片计算机AT89C2051，U2、U3为8位串行输入/并行输出移位寄存器74HC164，L0～L59为红绿双色共阴极LED，XT1为石英晶体振荡器。发光管L0～L59分成8组，从第1组至第8组分别是L0～L7、L8～L15、L16～L23、L24～L31、L32～L39、L40～L47、L48～L55和L56～L59，每一组的发光管的共阴极分别连在一起构成8根列驱动线并分别通过限流电阻R1～R8依次连接至U1的P1口的P1.0～P1.7，同时每一组的相应序号的LED的对应阳极连在一起构成16根位驱动线(数据线)依次连接至U2、U3的输出线D0～D7；U1的RXD端与U2的A、B端连接，U2的D7端与U3的A、B端连接，U1的TXD端与U2、U3的CP端连接，U1的XL1、XL2之间接晶体振荡器XT1，U2、U3的CLR端接电源正极；触发信号和复位信号分别从U1第9和第1脚引入，K1、K2分别接U1第6脚和第7脚。
LEDL0～L59的第1脚为红色，第3脚为绿色，第2脚为共阴极，它的四种发光状态是，当仅在第1脚与第2脚之间加以正向电压时，LED发红色光，当仅在第3脚与第2脚之间加以正向电压时，LED发绿色光，当在第1脚与第2脚之间和第3脚与第2脚之间都加以正向电压时，LED发红绿的混合色即黄色光，当第1脚与第2脚之间和第3脚与第2脚之间都未加以正向电压时，LED不发光。
本发明的时间和公历日期显示数据由内部控制程序形成，亦可由外部专用时钟芯片输入。
本发明的时间的指示方式是用L5、L10、L15、L20、L25、L30、L35、L40、L45、L50、L55和L0中的某一个发红色光分别指示1～12时，用L0～L59中的某一个发绿色光分别指示0～59分，用L0～L59中的某一个发黄色光分别指示0～59秒，分秒重合或时秒重合时，秒消隐(不发光)，时分重合时，分消隐，时分秒重合时，分和秒消隐。如图3所示，图中(1)为钟盘空心区域，(2)为红色，指示“时”，(3)为绿色，指示“分”，(4)为黄色，指示“秒”，图中指示当时时刻2时22分51秒。如图4所示，图中(6)为红色，指示“时”，(7)为绿色，指示“分”，(8)为黄色，指示“秒”，图中指示当时时刻2时22分51秒。
本发明的公历和星期的指示方式是用L5、L10、L15、L20、L25、L30、L35、L40、L45、L50、L55和L0中的某一个发红色光分别指示1～12月；用L1～L31对应某公历月的1～31日，某一相应位置的LED及处于这一位置以前至L1止的所有LED发绿色光来指示相应的公历日；用L0、L5、L10、L15、L20、L25和L30中的某一个发闪烁的黄色光分别指示星期日和星期一～星期六。日和星期重合时，星期消隐，但星期位LED发闪烁绿色光；月和星期重合时，星期消隐，但星期位LED发闪烁红色光，月日重叠时，重叠位置绿色光消隐，发红色光，月、日和星期均重合(或重叠)时，重叠位置的LED发闪烁红色光。如图5所示，上图为闭环形结构的公历和星期的识读示意图，下图为条形结构的公历和星期的识读示意图，图中(9)、(12)为红色，指示“月”，(10)、(13)为绿色，指示“日”，(11)、(14)为黄色，并闪烁，指示“星期”。上图和下图均指示当前日期9月18日，星期五。
本发明的农历的指示方式是用L5、L10、L15、L20、L25、L30、L35、L40、L45、L50、L55和L0中的某一个发红色光分别指示农历的1～12月；用L1～L30对应某月的1～30农历日，某一相应位置的LED及处于这一位置以前至L1止的所有LED发绿色光来指示相应的农历日，月日重叠时，重叠位置农历日消隐，发红色光。
本发明的农历指示数据的获取采用查表方式，公历2000年1月1日至2059年12月31日对应的农历数据采用压缩格式存储于U1的程序存储器的指定区域。
本发明的温度指示方式是用L0～L59对应温度的0～59℃，用即时温度值(取整数)所对应的LED及以前至L0止的所有LED都发红色光表示零上温度，发绿色光表示零下温度；即时温度从零上温度下降至0℃时，L0发红色光，从零下温度上升至0℃时，L0发绿色光。如图6所示，上图为闭环形结构的温度识读示意图，下图为条形结构的温度识读示意图，图中(15)为绿色，指示零下温度，上图指示温度为-18℃，(16)为红色，指示零上温度，下图指示温度为+25℃。
本发明的环形结构的温度指示方式可以是用L0、L1～L59一一对应温度的0℃、+1℃～+59℃，用L0、L59～L1一一对应温度的0℃、-1℃～-59℃，用即时温度值(取整数)所对应的LED及以前至L0止的所有LED都发光表示该温度值，即从L0开始顺时针方向亮的LED越多，正温度越高，从L0开始逆时针方向亮的LED越多，负温度越低。
本发明的温度指示的原理是外部输入的温度信号为一调频方波信号，被测温度越高，频率越高，温度越低，频率越低。当系统被触发至温度指示状态时，CPU对输入到P3.7的温度脉冲信号进行计数，一定时间内收到的脉冲个数代表被测温度，经转换形成温度显示数据并输出显示。
本发明触发显示的方式是以声控(如击掌)为例，常态(时间指示状态)下，击掌一次(产生一个正向脉冲)，转换为公历日期(含星期)指示状态，10秒内击掌第二次，转换为农历指示状态，又10秒内击掌第三次，转换为温度指示状态，又10秒内击掌第四次，返回常态；每次击掌后，10秒内未再次击掌，自动返回常态。指示状态的循环过程可表述为常态、公历、农历、温度、常态。当没有温度指示功能时，循环过程为常态、公历、农历、常态；当没有农历指示功能时，循环过程为常态、公历、温度、常态；当既没有温度也没有农历指示功能时，循环过程为常态、公历、常态；当既没有公历也没有农历指示功能时，循环过程为常态、温度、常态；当只有时间指示功能时，不设置触发信号。
本发明触发显示的原理是U1P3.5外接的触发信号(如声控信号)为一正向脉冲，CPU定期查询P3.5有无脉冲输入，当P3.5有脉冲输入时，控制程序转为执行公历的指示，将公历的显示数据输出显示，同时开始计时，并继续查询P3.5状态，在10秒内，如未检测到新的触发信号，则反复执行公历显示，如10秒内，检测到新的触发信号，则控制程序转为执行下一状态的指示，即农历显示数据的输出显示，亦同时开始计时和查询P3.5状态，如此继续，直至返回常态。
本发明的时间和日期的调校方法是按下K1，显示年份并闪烁，按下K2，年加1；再按下K1，显示公历月份并闪烁，按下K2，月份加1；再按下K1，显示公历日并闪烁，按下K2，日加1；再按下K1，显示时并闪烁，按下K2，时加1；再按下K1，显示分并闪烁，按下K2，分加1，秒清零，计时暂停，再按K1，计时开始，并返回常态。任何调校状态下，连续按K1，则显示内容按年、月、日、时、分和常态的顺序变换；任何调校状态下，连续15秒内未按键，均自动返回常态；任何调校状态下，连续按K2，当被调校的值到最大值时，自动回到最小值。星期和农历自动跟踪，不用调校。年份用L0～L59中的某一个发红色光分别对应2000年～2059年。日期和时间的内部初值为2000年1月1日上午1时0分0秒，星期六，农历1998年11月25。调校过程中，非法数据自动识别，电脑不予接受。
本发明的时间和日期的调校原理和工作过程是CPU定期查询U1P3.2、P3.3的状态，当检测到有键按下(该引脚电平发生变化)时，自动识别键值，系统根据键值执行相应的键处理程序，同时开始定时，如15秒内有键按下，转执行相应键处理程序，如15秒内没有键按下，自动返回常态。
本发明钟面指示信息与内部显示数据的关系是如图10，U1RXD送出的串行数据是每次送1组，每组2字节，每字节8位，低位先送，高位后送，第一字节对应该组LED的红色光信息，第二字节对应该组LED的绿色光信息，数据位为1表示发光，为0表示不发光(熄灭)。以时间指示状态下的“2时22分51秒”为例，对应的钟面发光信息是，L10发红色光，L22发绿色光，L51发黄色光，其余LED熄灭，L10、L22和L51分别处于发光二极管矩阵的第2组、第3组和第7组，因此，这三组数据分别是(00100000，00000000)、(00000000，00000010)和(00010000，00010000)，记为十六进制是(20，00)、(00，02)和(10，10)，其余各组数据均为(00，00)，这样八组数据就是(00，00)、(20，00)、(00，02)、(00，00)、(00，00)、(00，00)、(10，10)和(00，00)。又如日期指示状态下的“9月18日星期五”对应的钟面发光信息是，L45发红色光，L1～L22发绿色光，L25发黄色光并闪烁，其余LED熄灭，闪烁的LED对应亮和熄灭两种状态。当L25为亮时八组显示数据分别是(00000000，01111111)、(00000000，11111111)、(00000000，11100000)，(01000000，01000000)、(00000000，00000000)、(00000100，00000000)、(00000000，00000000)和(00000000，00000000)，记为十六进制是，(00，7F)、(00，FF)、(00，E0)、(80，80)、(00，00)、(04，00)、(00，00)和(00，00)，标有下划线的数据位为空，即未对应发光二极管，以“0”补充，当L25闪烁到熄灭状态时，只是第4组数据变为(00，00)，其余各组数据相同。其它指示状态下的指示信息与内部相应的显示数据之间的关系类同。
图11所示的采用120个LED方案实现的正反识读多功能色光指示电子钟原理图与图10的不同之处是增加了L0’～L59’，L0’、L1’～L59’依次分别与L0、L1～L59并联，并且L0～L59安装在正面，而L0’～L59’安装在反面，使得正面能看到L0～L59的指示信息，反面能看到L0’～L59’的指示信息，正反指示信息完全相同，如图7所示，左图为前视图，右图为后视图，图中(17)、(20)为红色，指示“时”，(18)、(21)为绿色，指示“分”，(19)、(22)为黄色，指示“秒”，图中均指示当时时刻2时22分51秒。其它控制电路和原理与图10相同。
图8所示的不增加任何电子元件实现的正反识读多功能色光电子钟是将L0-L59平行安装于钟正面和钟反面之间，并使得正面和反面都能看到L0-L59的指示信息，从而使正面和反面都可识读，正面按顺时针识读，反面按逆时针识读，左图为前视图，右图后视图，图中(23)为红色，指示“时”，(24)为绿色，指示“分”，(25)为黄色，指示“秒”，图中均指示当时时刻2时22分51秒。
权利要求
1.一种多功能色光指示电子钟，其特征是通过控制钟面上排列成环形或条形的60个双色发光管L0～L59的发光颜色来达到区分指示时间的时、分、秒的目的，其控制电路还包括单片计算机U1，移位寄存器U2、U3，晶体振荡器XT1，调整按钮K1、K2，及限流电阻R1～R8等；发光管L0～L59分成8组，每一组的发光管的共阴极分别连在一起构成8根列驱动线并分别通过限流电阻R1～R8依次连接至U1的P1口的P1.0～P1.7，同时每一组的相应序号的发光管的对应阳极连在一起构成16根位驱动线依次连接至U2、U3的输出线D0～D7；U1的RXD端与U2的A、B端连接，U2的D7端与U3的A、B端连接，U1的TXD端与U2、U3的CP端连接，U1的XL1、XL2之间接晶体振荡器XT1，U2、U3的CLR端接电源正极；触发信号和复位信号分别从U1第9脚和第1脚引入，K1、K2分别接U1第6脚和第7脚。
2.如权利要求1所述多功能色光指示电子钟，其特征是在双色发光管L0～L59上依次分别并联另外60个双色发光管L0’～L59’，且L0～L59安装在正面，L0’～L59’安装在反面，使得正面看到的是L0～L59的指示信息，反面看到的是L0’-L59’的指示信息。
3.如权利要求1所述多功能色光指示电子钟，其特征是将L0～L59平行安装于钟正面和钟反面之间，使得正面和反面都能看到L0～L59的指示信息，从而达到不增加电子元件实现正面和反面都可识读的目的，正面按顺时针识读，反面按逆时针识读。
4.如权利要求1或权利要求2所述多功能色光指示电子钟，其特征是钟盘中央(1)为空心区域。
5.如权利要求1或权利要求2所述多功能色光指示电子钟，其特征是通过控制钟面上排列成环形或条形的60个双色发光管L0～L59的发光颜色来达到区分指示日期的月、日、星期的目的。
6.如权利要求1或权利要求2所述多功能色光指示电子钟，其特征是通过控制钟面上排列成环形或条形的60个双色发光管L0～L59的发光颜色来达到指示温度的目的，温度信号从U1P3.7端引入。
全文摘要
本发明涉及一种多功能色光指示电子钟，它是用60个排列成环形或条形的能发出三种不同颜色的光的双色LED(发光二极管)通过单片计算机及程序控制相应位置的LED是否发光、发什么颜色的光和发光是否闪烁来指示时间的时分秒以及日期和温度的电子钟。日历和温度在常态下不显示，由触发信号触发显示。钟盘中央(1)可为空心区域。本发明具有外观简洁，控制电路简单，无指针，无数字，指示效果美观生动和成本低等特点，适用于家庭居室、企事业单位和公共场所，尤其是便于做成正面和反面都可识读的色光指示电子钟，适用于车站站台、长廊、大厅中央、广场和公共场所出入口等，还适用于置于高层建筑上取代钟楼和钟塔。
文档编号G04G9/04GK1598718SQ0312482
公开日2005年3月23日 申请日期2003年9月16日 优先权日2003年9月16日
发明者贺明望 申请人:贺明望