周圍

摘要： 針對傳統(tǒng)LED點陣顯示屏價格高、器件數(shù)目多及不易維護(hù)等問題，提出基于視覺暫留特性、以動態(tài)掃描方式完成旋轉(zhuǎn)動態(tài)顯示屏的設(shè)計方法。設(shè)計以STC12C5A32S2單片機(jī)為主控制模塊，DS1302時鐘芯片作為時間的設(shè)置與采集模塊，DS18B20作為溫度的采集模塊，通過上位機(jī)進(jìn)行圖片和文字的轉(zhuǎn)換和編輯，以單排高精度發(fā)光二極管的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了動態(tài)圖像顯示的功能。顯示屏可實現(xiàn)動態(tài)文字、圖像、實時時鐘及實時溫度的顯示。

關(guān)鍵詞： 視覺暫留（POV）； 旋轉(zhuǎn)LED； 顯示屏

中圖分類號： TP 2.23文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.06.017

引言POV（persistence of vision）的中文意思是視覺暫留，具體是指視覺暫留這一現(xiàn)象。基于POV的顯示是通過一定頻率的刷新來實現(xiàn)圖像的變化，一旦頻率足夠大，在視覺中產(chǎn)生視覺暫留現(xiàn)象，人的肉眼就看不到刷新的動作，而是在上一幀畫面的殘留視覺影像還沒消失的情況下看到了新一幀的畫面，從而產(chǎn)生了視覺錯覺，形成了連續(xù)性的畫面[1]。傳統(tǒng)的LED屏使用的是LED點陣屏，需要使用LED鋪滿整個顯示屏，因此屏幕越大LED的數(shù)量就越大，這使得LED屏價格高昂、安裝及操作極其麻煩，同時也由于使用器件數(shù)目多而不易維護(hù)。而基于POV的旋轉(zhuǎn)顯示器只需要使用單排LED燈（即能填滿圓形屏幕的半徑長度的單排LED燈），由于LED燈使用數(shù)量少，從根本上避免了傳統(tǒng)LED顯示屏的種種不足。因此，設(shè)計一個可以平面旋轉(zhuǎn)的LED顯示屏，具有十分重大的意義。1系統(tǒng)電路設(shè)計設(shè)計一種基于POV的動態(tài)漢字和圖像的顯示屏，需考慮到電路元件的易購性，因此未使用8×8的點陣發(fā)光管模塊，而是直接使用了33個高亮度發(fā)光二極管[2]，利用POV技術(shù)，使得一排發(fā)光二極管旋轉(zhuǎn)起來實現(xiàn)動態(tài)顯示屏的效果，設(shè)計的原理框圖如圖1所示。圖1結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1Structure diagram 設(shè)計使用5 V直流電源供給直流電機(jī)轉(zhuǎn)動并且?guī)有D(zhuǎn)屏轉(zhuǎn)動，另外利用無線供電模塊產(chǎn)生電壓供給片上單片機(jī)使用。用無線輸電的方法，成本較為低廉，無任何觸點，且沒有摩擦造成的短壽命現(xiàn)象[3]。此次設(shè)計主要采用宏晶科技的STC12C5A32S2單片機(jī)為主控單元，使用PCtoLCD2002取模軟件來進(jìn)行文字和圖案的取樣。

1.1時鐘電路時鐘電路是通過時鐘芯片DS1302實現(xiàn)的，實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能[4]。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，提供了對備用電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。單片機(jī)通過簡單的同步串行通訊方式[56]與DS1302進(jìn)行實時通訊，其電路原理圖如圖2所示。

1.2溫度采集電路溫度采集電路時通過DS18B20實現(xiàn)的，DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號，高溫度系數(shù)振蕩器被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號[7]。當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償，其電路原理圖如圖3所示。

1.3 紅外遙控電路紅外接收主要有兩部分組成：信號的解調(diào)和解碼。解調(diào)由一體化紅外接收頭HX1838來完成，把接收到的信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原[8]；二進(jìn)制的解碼由單片機(jī)來完成，把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原成發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，最終以鍵盤控制的方式來改變顯示屏圖像的變換[9]。其硬件連接圖如圖4所示。

1.4LED顯示電路本設(shè)計采用的是旋轉(zhuǎn)掃描顯示方法，即顯示器件只有一列共33個高亮度發(fā)光二極管，由電機(jī)帶動其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，運行到某一位置時就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置時又顯示下一位置的狀態(tài)，由于人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定速率刷新時，人眼看到的就是連續(xù)的圖像[1]。本設(shè)計用一列顯示器件即完成了全部內(nèi)容的顯示，掃描過程由機(jī)械轉(zhuǎn)動更換位置來實現(xiàn)，其原理示意圖如圖5所示。

[10]，主控電路用于控制前面介紹的各模塊，晶振采用18.432 MHz，其原理圖如圖6所示。

1.6無線供電電路由于本設(shè)計對電源的要求比較特殊，為了達(dá)到設(shè)計的美觀和相應(yīng)效果的穩(wěn)定，最終采用無線供電線圈模塊進(jìn)行供電。該模塊由輸入、輸出兩部分組成，其輸入端為5～12 V的直流電壓，通過中級功率三極管B772構(gòu)成自激震蕩電路，將直流電壓轉(zhuǎn)化成交流電壓并連接到初級線圈，根據(jù)互感原理來調(diào)節(jié)初級、次級線圈的匝數(shù)比即可得到適合旋轉(zhuǎn)屏使用的電壓。另外初級線圈和次級線圈之間的距離也會影響次級電壓的大小，經(jīng)過反復(fù)實驗，最終得出初次級線圈距離0.5 mm最合適，輸出的交流電壓經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波后得到的直流電壓完全能夠滿足旋轉(zhuǎn)屏上的單片機(jī)和LED的供電要求。其電路圖如圖7所示。

2硬件制作與調(diào)試

2.1硬件制作本設(shè)計采用Altium Designer軟件進(jìn)行制板，該軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，經(jīng)過布線得到電路圖如圖8（a）所示，由熱轉(zhuǎn)印紙進(jìn)行打印，再對無用部分的銅板進(jìn)行腐蝕，最終得到電路板（正、背面）及焊接完成的旋轉(zhuǎn)屏電路板如圖8（b）所示。

安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上，最后將底座部分和旋轉(zhuǎn)屏部分進(jìn)行安裝，即完成了一個簡易的旋轉(zhuǎn)顯示屏。根據(jù)視覺暫留原理，為了觀察到穩(wěn)定、完整的動態(tài)圖像，發(fā)光二極管在同一位置出現(xiàn)的間隔時間不宜超過0.1 s，即旋轉(zhuǎn)周期應(yīng)小于100 ms。本設(shè)計選用的電機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，即電機(jī)旋轉(zhuǎn)周期為20 ms，LED幀頻選取50 Hz。電路實物圖如圖9所示。根據(jù)設(shè)定的特定功能，測試過程中可以清晰地看到動態(tài)文字、動態(tài)圖像及實時時鐘和實時溫度等信息的顯示。其中，動態(tài)文字是通過取模軟件，利用上位機(jī)使取模出的圖形生成hex文件，即可完成文字及圖像的顯示編輯，部分測試效果如圖10所示。

3結(jié)論本文主要介紹了基于視覺暫留現(xiàn)象，利用STC12C5A32S2單片機(jī)實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的設(shè)計及制作，詳細(xì)地介紹了電路原理及硬件電路的實現(xiàn)，主要結(jié)論如下：（1）利用高速運轉(zhuǎn)的單排LED實現(xiàn)了動態(tài)文字及圖像的顯示功能。 （2）從成本上考慮，電機(jī)應(yīng)選擇普通直流電機(jī) 。（3）利用無線供電的方式可大大增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻歡，任健銘.基于POV的兩類旋轉(zhuǎn)LED屏的研究與實現(xiàn)[J].電子世界，2013（18）：910.

[2]楊榮，陳祥熙.高亮度LED大屏幕的仿真[J].光學(xué)儀器，2002，24（1）：1621.

[3]張宇，石新春，李琦.無線輸電基本原理及應(yīng)用研究[J].科技資訊，2012（18）：132133.

[4]張寧丹，金桂.基于STC89C52單片機(jī)DS1302時鐘芯片定時開關(guān)的設(shè)計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（8）：46.

[5]張麗瓊，鮑超.一種基于單片機(jī)和串口通信的實時光譜輻射測量儀[J].光學(xué)儀器，2004，26（3）：5358.

[6]劉連峰，蔣月娟.測色儀器串行口數(shù)據(jù)通訊技術(shù)[J].光學(xué)儀器，2002，24（1）：35.

[7]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2010（4）：6870.

[8]聶詩良，李磊民.采用單片機(jī)發(fā)送并接收紅外遙控信號的方法[J].信息技術(shù)，2004，28（2）：2123.

[9]郝學(xué)元，單學(xué)民，陳家勝.光電測試儀器遙控鍵盤的設(shè)計[J].光學(xué)儀器，2001，23（4）：1215.

[10]劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機(jī)的LED顯示屏硬件設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011，30（22）：24

摘要： 針對傳統(tǒng)LED點陣顯示屏價格高、器件數(shù)目多及不易維護(hù)等問題，提出基于視覺暫留特性、以動態(tài)掃描方式完成旋轉(zhuǎn)動態(tài)顯示屏的設(shè)計方法。設(shè)計以STC12C5A32S2單片機(jī)為主控制模塊，DS1302時鐘芯片作為時間的設(shè)置與采集模塊，DS18B20作為溫度的采集模塊，通過上位機(jī)進(jìn)行圖片和文字的轉(zhuǎn)換和編輯，以單排高精度發(fā)光二極管的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了動態(tài)圖像顯示的功能。顯示屏可實現(xiàn)動態(tài)文字、圖像、實時時鐘及實時溫度的顯示。

關(guān)鍵詞： 視覺暫留（POV）； 旋轉(zhuǎn)LED； 顯示屏

中圖分類號： TP 2.23文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.06.017

引言POV（persistence of vision）的中文意思是視覺暫留，具體是指視覺暫留這一現(xiàn)象?；赑OV的顯示是通過一定頻率的刷新來實現(xiàn)圖像的變化，一旦頻率足夠大，在視覺中產(chǎn)生視覺暫留現(xiàn)象，人的肉眼就看不到刷新的動作，而是在上一幀畫面的殘留視覺影像還沒消失的情況下看到了新一幀的畫面，從而產(chǎn)生了視覺錯覺，形成了連續(xù)性的畫面[1]。傳統(tǒng)的LED屏使用的是LED點陣屏，需要使用LED鋪滿整個顯示屏，因此屏幕越大LED的數(shù)量就越大，這使得LED屏價格高昂、安裝及操作極其麻煩，同時也由于使用器件數(shù)目多而不易維護(hù)。而基于POV的旋轉(zhuǎn)顯示器只需要使用單排LED燈（即能填滿圓形屏幕的半徑長度的單排LED燈），由于LED燈使用數(shù)量少，從根本上避免了傳統(tǒng)LED顯示屏的種種不足。因此，設(shè)計一個可以平面旋轉(zhuǎn)的LED顯示屏，具有十分重大的意義。1系統(tǒng)電路設(shè)計設(shè)計一種基于POV的動態(tài)漢字和圖像的顯示屏，需考慮到電路元件的易購性，因此未使用8×8的點陣發(fā)光管模塊，而是直接使用了33個高亮度發(fā)光二極管[2]，利用POV技術(shù)，使得一排發(fā)光二極管旋轉(zhuǎn)起來實現(xiàn)動態(tài)顯示屏的效果，設(shè)計的原理框圖如圖1所示。圖1結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1Structure diagram 設(shè)計使用5 V直流電源供給直流電機(jī)轉(zhuǎn)動并且?guī)有D(zhuǎn)屏轉(zhuǎn)動，另外利用無線供電模塊產(chǎn)生電壓供給片上單片機(jī)使用。用無線輸電的方法，成本較為低廉，無任何觸點，且沒有摩擦造成的短壽命現(xiàn)象[3]。此次設(shè)計主要采用宏晶科技的STC12C5A32S2單片機(jī)為主控單元，使用PCtoLCD2002取模軟件來進(jìn)行文字和圖案的取樣。

1.1時鐘電路時鐘電路是通過時鐘芯片DS1302實現(xiàn)的，實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能[4]。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，提供了對備用電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。單片機(jī)通過簡單的同步串行通訊方式[56]與DS1302進(jìn)行實時通訊，其電路原理圖如圖2所示。

1.2溫度采集電路溫度采集電路時通過DS18B20實現(xiàn)的，DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號，高溫度系數(shù)振蕩器被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號[7]。當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償，其電路原理圖如圖3所示。

1.3 紅外遙控電路紅外接收主要有兩部分組成：信號的解調(diào)和解碼。解調(diào)由一體化紅外接收頭HX1838來完成，把接收到的信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原[8]；二進(jìn)制的解碼由單片機(jī)來完成，把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原成發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，最終以鍵盤控制的方式來改變顯示屏圖像的變換[9]。其硬件連接圖如圖4所示。

1.4LED顯示電路本設(shè)計采用的是旋轉(zhuǎn)掃描顯示方法，即顯示器件只有一列共33個高亮度發(fā)光二極管，由電機(jī)帶動其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，運行到某一位置時就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置時又顯示下一位置的狀態(tài)，由于人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定速率刷新時，人眼看到的就是連續(xù)的圖像[1]。本設(shè)計用一列顯示器件即完成了全部內(nèi)容的顯示，掃描過程由機(jī)械轉(zhuǎn)動更換位置來實現(xiàn)，其原理示意圖如圖5所示。

[10]，主控電路用于控制前面介紹的各模塊，晶振采用18.432 MHz，其原理圖如圖6所示。

1.6無線供電電路由于本設(shè)計對電源的要求比較特殊，為了達(dá)到設(shè)計的美觀和相應(yīng)效果的穩(wěn)定，最終采用無線供電線圈模塊進(jìn)行供電。該模塊由輸入、輸出兩部分組成，其輸入端為5～12 V的直流電壓，通過中級功率三極管B772構(gòu)成自激震蕩電路，將直流電壓轉(zhuǎn)化成交流電壓并連接到初級線圈，根據(jù)互感原理來調(diào)節(jié)初級、次級線圈的匝數(shù)比即可得到適合旋轉(zhuǎn)屏使用的電壓。另外初級線圈和次級線圈之間的距離也會影響次級電壓的大小，經(jīng)過反復(fù)實驗，最終得出初次級線圈距離0.5 mm最合適，輸出的交流電壓經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波后得到的直流電壓完全能夠滿足旋轉(zhuǎn)屏上的單片機(jī)和LED的供電要求。其電路圖如圖7所示。

2硬件制作與調(diào)試

2.1硬件制作本設(shè)計采用Altium Designer軟件進(jìn)行制板，該軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，經(jīng)過布線得到電路圖如圖8（a）所示，由熱轉(zhuǎn)印紙進(jìn)行打印，再對無用部分的銅板進(jìn)行腐蝕，最終得到電路板（正、背面）及焊接完成的旋轉(zhuǎn)屏電路板如圖8（b）所示。

安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上，最后將底座部分和旋轉(zhuǎn)屏部分進(jìn)行安裝，即完成了一個簡易的旋轉(zhuǎn)顯示屏。根據(jù)視覺暫留原理，為了觀察到穩(wěn)定、完整的動態(tài)圖像，發(fā)光二極管在同一位置出現(xiàn)的間隔時間不宜超過0.1 s，即旋轉(zhuǎn)周期應(yīng)小于100 ms。本設(shè)計選用的電機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，即電機(jī)旋轉(zhuǎn)周期為20 ms，LED幀頻選取50 Hz。電路實物圖如圖9所示。根據(jù)設(shè)定的特定功能，測試過程中可以清晰地看到動態(tài)文字、動態(tài)圖像及實時時鐘和實時溫度等信息的顯示。其中，動態(tài)文字是通過取模軟件，利用上位機(jī)使取模出的圖形生成hex文件，即可完成文字及圖像的顯示編輯，部分測試效果如圖10所示。

3結(jié)論本文主要介紹了基于視覺暫留現(xiàn)象，利用STC12C5A32S2單片機(jī)實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的設(shè)計及制作，詳細(xì)地介紹了電路原理及硬件電路的實現(xiàn)，主要結(jié)論如下：（1）利用高速運轉(zhuǎn)的單排LED實現(xiàn)了動態(tài)文字及圖像的顯示功能。 （2）從成本上考慮，電機(jī)應(yīng)選擇普通直流電機(jī) 。（3）利用無線供電的方式可大大增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]閻歡，任健銘.基于POV的兩類旋轉(zhuǎn)LED屏的研究與實現(xiàn)[J].電子世界，2013（18）：910.

[2]楊榮，陳祥熙.高亮度LED大屏幕的仿真[J].光學(xué)儀器，2002，24（1）：1621.

[3]張宇，石新春，李琦.無線輸電基本原理及應(yīng)用研究[J].科技資訊，2012（18）：132133.

[4]張寧丹，金桂.基于STC89C52單片機(jī)DS1302時鐘芯片定時開關(guān)的設(shè)計與仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（8）：46.

[5]張麗瓊，鮑超.一種基于單片機(jī)和串口通信的實時光譜輻射測量儀[J].光學(xué)儀器，2004，26（3）：5358.

[6]劉連峰，蔣月娟.測色儀器串行口數(shù)據(jù)通訊技術(shù)[J].光學(xué)儀器，2002，24（1）：35.

[7]張軍.智能溫度傳感器DS18B20及其應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2010（4）：6870.

[8]聶詩良，李磊民.采用單片機(jī)發(fā)送并接收紅外遙控信號的方法[J].信息技術(shù)，2004，28（2）：2123.

[9]郝學(xué)元，單學(xué)民，陳家勝.光電測試儀器遙控鍵盤的設(shè)計[J].光學(xué)儀器，2001，23（4）：1215.

[10]劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機(jī)的LED顯示屏硬件設(shè)計[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2011，30（22）：24

摘要： 針對傳統(tǒng)LED點陣顯示屏價格高、器件數(shù)目多及不易維護(hù)等問題，提出基于視覺暫留特性、以動態(tài)掃描方式完成旋轉(zhuǎn)動態(tài)顯示屏的設(shè)計方法。設(shè)計以STC12C5A32S2單片機(jī)為主控制模塊，DS1302時鐘芯片作為時間的設(shè)置與采集模塊，DS18B20作為溫度的采集模塊，通過上位機(jī)進(jìn)行圖片和文字的轉(zhuǎn)換和編輯，以單排高精度發(fā)光二極管的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)了動態(tài)圖像顯示的功能。顯示屏可實現(xiàn)動態(tài)文字、圖像、實時時鐘及實時溫度的顯示。

關(guān)鍵詞： 視覺暫留（POV）； 旋轉(zhuǎn)LED； 顯示屏

中圖分類號： TP 2.23文獻(xiàn)標(biāo)志碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.06.017

引言POV（persistence of vision）的中文意思是視覺暫留，具體是指視覺暫留這一現(xiàn)象。基于POV的顯示是通過一定頻率的刷新來實現(xiàn)圖像的變化，一旦頻率足夠大，在視覺中產(chǎn)生視覺暫留現(xiàn)象，人的肉眼就看不到刷新的動作，而是在上一幀畫面的殘留視覺影像還沒消失的情況下看到了新一幀的畫面，從而產(chǎn)生了視覺錯覺，形成了連續(xù)性的畫面[1]。傳統(tǒng)的LED屏使用的是LED點陣屏，需要使用LED鋪滿整個顯示屏，因此屏幕越大LED的數(shù)量就越大，這使得LED屏價格高昂、安裝及操作極其麻煩，同時也由于使用器件數(shù)目多而不易維護(hù)。而基于POV的旋轉(zhuǎn)顯示器只需要使用單排LED燈（即能填滿圓形屏幕的半徑長度的單排LED燈），由于LED燈使用數(shù)量少，從根本上避免了傳統(tǒng)LED顯示屏的種種不足。因此，設(shè)計一個可以平面旋轉(zhuǎn)的LED顯示屏，具有十分重大的意義。1系統(tǒng)電路設(shè)計設(shè)計一種基于POV的動態(tài)漢字和圖像的顯示屏，需考慮到電路元件的易購性，因此未使用8×8的點陣發(fā)光管模塊，而是直接使用了33個高亮度發(fā)光二極管[2]，利用POV技術(shù)，使得一排發(fā)光二極管旋轉(zhuǎn)起來實現(xiàn)動態(tài)顯示屏的效果，設(shè)計的原理框圖如圖1所示。圖1結(jié)構(gòu)框圖

Fig.1Structure diagram 設(shè)計使用5 V直流電源供給直流電機(jī)轉(zhuǎn)動并且?guī)有D(zhuǎn)屏轉(zhuǎn)動，另外利用無線供電模塊產(chǎn)生電壓供給片上單片機(jī)使用。用無線輸電的方法，成本較為低廉，無任何觸點，且沒有摩擦造成的短壽命現(xiàn)象[3]。此次設(shè)計主要采用宏晶科技的STC12C5A32S2單片機(jī)為主控單元，使用PCtoLCD2002取模軟件來進(jìn)行文字和圖案的取樣。

1.1時鐘電路時鐘電路是通過時鐘芯片DS1302實現(xiàn)的，實時時鐘可提供秒、分、時、日、星期、月和年，一個月小于31天時可以自動調(diào)整，且具有閏年補(bǔ)償功能[4]。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，提供了對備用電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。單片機(jī)通過簡單的同步串行通訊方式[56]與DS1302進(jìn)行實時通訊，其電路原理圖如圖2所示。

1.2溫度采集電路溫度采集電路時通過DS18B20實現(xiàn)的，DS18B20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號，高溫度系數(shù)振蕩器被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號[7]。當(dāng)計數(shù)門打開時，DS18B20進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)門開通時間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償，其電路原理圖如圖3所示。

1.3 紅外遙控電路紅外接收主要有兩部分組成：信號的解調(diào)和解碼。解調(diào)由一體化紅外接收頭HX1838來完成，把接收到的信號經(jīng)內(nèi)部處理并解調(diào)復(fù)原[8]；二進(jìn)制的解碼由單片機(jī)來完成，把紅外接收頭送來的二進(jìn)制編碼波形通過解碼，還原成發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)，最終以鍵盤控制的方式來改變顯示屏圖像的變換[9]。其硬件連接圖如圖4所示。

1.4LED顯示電路本設(shè)計采用的是旋轉(zhuǎn)掃描顯示方法，即顯示器件只有一列共33個高亮度發(fā)光二極管，由電機(jī)帶動其進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，運行到某一位置時就顯示該位置的狀態(tài)，到下一位置時又顯示下一位置的狀態(tài)，由于人眼具有視覺暫留的特性，當(dāng)畫面以一定速率刷新時，人眼看到的就是連續(xù)的圖像[1]。本設(shè)計用一列顯示器件即完成了全部內(nèi)容的顯示，掃描過程由機(jī)械轉(zhuǎn)動更換位置來實現(xiàn)，其原理示意圖如圖5所示。

[10]，主控電路用于控制前面介紹的各模塊，晶振采用18.432 MHz，其原理圖如圖6所示。

1.6無線供電電路由于本設(shè)計對電源的要求比較特殊，為了達(dá)到設(shè)計的美觀和相應(yīng)效果的穩(wěn)定，最終采用無線供電線圈模塊進(jìn)行供電。該模塊由輸入、輸出兩部分組成，其輸入端為5～12 V的直流電壓，通過中級功率三極管B772構(gòu)成自激震蕩電路，將直流電壓轉(zhuǎn)化成交流電壓并連接到初級線圈，根據(jù)互感原理來調(diào)節(jié)初級、次級線圈的匝數(shù)比即可得到適合旋轉(zhuǎn)屏使用的電壓。另外初級線圈和次級線圈之間的距離也會影響次級電壓的大小，經(jīng)過反復(fù)實驗，最終得出初次級線圈距離0.5 mm最合適，輸出的交流電壓經(jīng)過整流、穩(wěn)壓、濾波后得到的直流電壓完全能夠滿足旋轉(zhuǎn)屏上的單片機(jī)和LED的供電要求。其電路圖如圖7所示。

2硬件制作與調(diào)試

2.1硬件制作本設(shè)計采用Altium Designer軟件進(jìn)行制板，該軟件通過把原理圖設(shè)計、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣硬季€、信號完整性分析和設(shè)計輸出等技術(shù)的完美融合，經(jīng)過布線得到電路圖如圖8（a）所示，由熱轉(zhuǎn)印紙進(jìn)行打印，再對無用部分的銅板進(jìn)行腐蝕，最終得到電路板（正、背面）及焊接完成的旋轉(zhuǎn)屏電路板如圖8（b）所示。

安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸上，最后將底座部分和旋轉(zhuǎn)屏部分進(jìn)行安裝，即完成了一個簡易的旋轉(zhuǎn)顯示屏。根據(jù)視覺暫留原理，為了觀察到穩(wěn)定、完整的動態(tài)圖像，發(fā)光二極管在同一位置出現(xiàn)的間隔時間不宜超過0.1 s，即旋轉(zhuǎn)周期應(yīng)小于100 ms。本設(shè)計選用的電機(jī)轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，即電機(jī)旋轉(zhuǎn)周期為20 ms，LED幀頻選取50 Hz。電路實物圖如圖9所示。根據(jù)設(shè)定的特定功能，測試過程中可以清晰地看到動態(tài)文字、動態(tài)圖像及實時時鐘和實時溫度等信息的顯示。其中，動態(tài)文字是通過取模軟件，利用上位機(jī)使取模出的圖形生成hex文件，即可完成文字及圖像的顯示編輯，部分測試效果如圖10所示。

3結(jié)論本文主要介紹了基于視覺暫留現(xiàn)象，利用STC12C5A32S2單片機(jī)實現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)LED顯示屏的設(shè)計及制作，詳細(xì)地介紹了電路原理及硬件電路的實現(xiàn)，主要結(jié)論如下：（1）利用高速運轉(zhuǎn)的單排LED實現(xiàn)了動態(tài)文字及圖像的顯示功能。 （2）從成本上考慮，電機(jī)應(yīng)選擇普通直流電機(jī) 。（3）利用無線供電的方式可大大增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

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