張曉玲，郭 穎，劉浩文

（遼寧石油化工大學 信息與控制工程學院，遼寧 撫順113001）

基于單片機的POV旋轉LED顯示屏設計

張曉玲，郭 穎，劉浩文

（遼寧石油化工大學 信息與控制工程學院，遼寧 撫順113001）

現(xiàn)代社會中，常見的LED顯示屏大多都是采用固定的點陣排列，只能用于平面展示，易形成視覺疲勞。所以基于人眼的視覺停留（Persistence Of Vision）效應設計的旋轉LED顯示屏應運而生。本文設計一種新型的柱式旋轉LED顯示屏，使一排LED燈旋轉起來變成一個圓柱面，來顯示文字或者圖案。本設計采用單片機，使一列LED燈快速旋轉，在特定的位置上發(fā)光。這種顯示方式新穎，畫面絢麗多彩。

視覺暫留；旋轉LED；柱式；單片機

現(xiàn)代社會中，當下大家常見的LED顯示大多都是固定的點陣排列。這種點陣排列顯示優(yōu)點是結構簡單，易于控制，但是隨著科學技術的發(fā)展它的缺點也很明顯[1]。它硬件連接復雜，成本大，且無法移動，只能用于平面展示，畫面顯示單調(diào)，容易形成視覺疲勞。所以旋轉LED顯示屏應運而生。旋轉LED是利用人眼的視覺停留（Persistence of vision）效應而生成的動態(tài)顯示屏[2]。這種顯示裝置靜止的時候只看到一排LED燈，是一條線段。當它旋轉的時候，就會看到顯示文字或圖案的一個面（圓柱面或者平面或者球面）。

1 系統(tǒng)的總體設計

1.1 旋轉LED顯示屏介紹

傳統(tǒng)的LED點陣顯示屏，采用全鋪方式，把LED逐行排列，就像是一個個像素點那么排列，顯示文字和圖片。這種排列組成的LED顯示屏結構非常簡單，但維修起來很難下手[3]。

文中介紹一種新穎的顯示方法?；趩纹瑱C的旋轉LED顯示屏是利用人眼的視覺暫留效應，使用一排LED燈，單片機控制電機旋轉帶動LED旋轉，形成一個柱面或者平面顯示屏[4]。要實現(xiàn)這樣的顯示關鍵在于對這一排LED的控制。使用單片機對每一個LED進行控制，相對簡單可操作。在旋轉過程中，計算好每個角度要點亮哪些LED燈，這樣連起來的時候就可以形成文字或者圖案。

1.2 設計任務

設計一個可以獨立工作并且顯示可以顯示指定字樣的旋轉LED顯示屏。顯示“遼寧石油化工大學測控技術與儀器張曉玲”。要求字體顯示清晰，系統(tǒng)工作正常穩(wěn)定。

2 硬件系統(tǒng)設計

2.1 主控芯片選擇

本設計使用STC89C52芯片作為主控芯片，片內(nèi)含8 K ROM，具有在線編程可擦除技術[5]。STC89C52RC是宏晶科技推出的[6]。QFP格式封裝的這款單片機，運算速度快，輸入功率損耗特別低，抗干擾性特別強。

當程序需要多次調(diào)試，燒入程序時只需要對芯片進行電擦除，不需要進行多次插拔，所以不會對芯片造成損壞[7]。燒錄簡單，容易操作，不易出錯。STC89C52RC單片機QFP封裝引腳圖如圖1所示。

圖1 STC89C52RC單片機QFP封裝引腳圖

2.2 電源模塊設計與論證

使用無線輸電的方法。這是一種新型能量傳輸方式，無觸點，壽命長[8]。其原理如圖2所示。

圖2 無線供電原理圖

2.3 電機方案選擇

選用定制的長軸電機。該長軸電動機是一種直流電動機，卡死不會燒壞。電動機軸長外露長度大約為12 mm，電動機的機身高度大約為12 mm，使用電壓范圍寬，短路電流小。電機采用了更長更細的線圈，使短路電流大大變小。

2.4 紅外發(fā)射器和接收器

本設計是主板旋轉，點亮LED燈來顯示文字。但起始點位置，主板何時轉了一周，需要一個傳感器來檢測[9]。而這個傳感器最合適的就是紅外發(fā)射器和接收器。

紅外發(fā)射器和接收器的工作原理很容易理解。當給紅外發(fā)射器一個電壓，它會發(fā)出紅外光線，紅外線被紅外接收器接收后會連通接收器兩端[10]。當紅外接收器接到信號時，就會導通單片機所在電路，啟動單片機對LED進行控制，從而使LED燈依次點亮顯示文字[11]。

2.5 硬件電路圖

各個部分方案確定后，設計出整體電路連接圖，如圖3所示。

該電路圖主要分為兩部分，左邊為底座供電部分，右邊為單片機控制的主板旋轉部分。

底座供電部分是通過線圈L1、L2互感無線傳輸給主板供電[12]。三極管Q1、電容C3、線圈L1組成震蕩器；二極管D1、電容C2組成電機的泄放電路，當電機卡住或者電機兩端出現(xiàn)反壓時，及時放電，增加電機的安全性。主板旋轉部分由線圈L2為整個系統(tǒng)供電。二極管D4整流變成直流給單片機供電；紅外接收器D3接收信號；電容C7、C8和晶振組成單片機外圍晶振電路[13]。

3 軟件程序設計

3.1 軟件設計流程圖

本設計的單片機的程序設計流程圖如圖4所示。程序開始時，首先對單片機寄存器和I/O口進行初始化操作，使程序按照之前設計好的初始值開始運行[14]。初始化之后，檢測紅外接收器是否有信號輸入。如果檢測到有紅外信號輸入，就開始讀取存儲器數(shù)據(jù)，然后將存儲器的數(shù)據(jù)轉換為點陣，再存入顯示緩沖區(qū)內(nèi)。如果沒有信號輸入，就檢測內(nèi)容是否顯示完畢。然后把顯示緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送到顯示寄存器中，并且送數(shù)據(jù)的計數(shù)器加1。接著單片機判斷內(nèi)容是否顯示完畢，若已經(jīng)顯示完畢，則把送數(shù)據(jù)的計數(shù)器清零，再返回上層繼續(xù)檢測紅外信號；若沒有顯示完畢，則返回上層繼續(xù)檢測有無紅外信號輸入。一直循環(huán)掃描，重新顯示整個內(nèi)容。

3.2 LED點陣代碼生成

目前LED的點陣代碼都是使用通用的LED點陣代碼生成器168KB。其界面圖如圖5所示。打開界面后，點擊“文字預覽”后，出現(xiàn)文本框，在文本框里輸入想要修改的內(nèi)容，寫好以后，生成hex文件，保存[15]。

圖3 整體硬件電路連接圖

圖4 程序設計流程圖

圖5 LED點陣代碼生成器

4 安裝與調(diào)試

4.1 電路硬件安裝

第一步焊接主板，單片機和貼片LED等一系列元器件。第二步焊接無線供電部分電路。第三步在安裝小盒上鉆孔。然后合理放置電機、無線供電電路板、LED顯示主板。再把線圈放在主板中間的位置。組裝完成后，燒入程序，看運行效果。

4.2 程序下載和調(diào)試

組裝完成后，下一步就是燒入程序。

使用STC自動燒錄器（STC下載器）下載程序[16]。顯示下載成功后，把主板的磁氧體鐵芯插到電動機長軸上，連接上電源，按下開關，看是否能夠顯示。

剛開始無法燒入程序，各部分逐一檢查，最后發(fā)現(xiàn)時44腳STC89C51單片機虛焊。重新焊好后，就可以下載程序了。

程序下載后連接上電源，打開開關，可以清楚看到藍色的字體顯示：遼寧石油化工大學 測控技術與儀器 張曉玲。顯示3次后，再藍底紅字顯示3遍。顯示穩(wěn)定清晰，亮度在白天可以清晰看到，360°可以觀看。本設計成功得完成了顯示。顯示獨特，上下左右沒有邊界，視覺效果生動新穎，給人帶來愉悅的視覺享受。

實物圖如圖6所示。

圖6 實物效果圖

5 結束語

本設計成功設計出了一種新型的旋轉LED顯示屏，可以穩(wěn)定顯示字體。可應用于廣告和商業(yè)，顯示獨特，視覺效果生動新穎。

[1]陳宇.LED制造技術與應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

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[7]唐胤明，駱洋.自動旋轉LED顯示屏設計[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2012（11）：10-11.

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[13]徐明，陳廣宇.IOS平臺多媒體短信系統(tǒng)開發(fā)的設計模式研究[J].微電子學與計算機，2012，29（11）：112-115.

[14]劉珂.基于單片機的旋轉式LED廣告屏的研制[D].西安：西安科技大學，2013.

[15]蒲靈巧.基于單片機的旋轉LED顯示屏控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2014.

[16]李勇峰，曾林，黃娟，等.轉經(jīng)筒LED臺燈的設計與實現(xiàn)[J].電子設計工程，2013，21（4）：5-7.

Design of POV rotating LED display based on SCM

ZHANG Xiao-ling，GUO Ying，LIU Hao-wen
（School of Information and Control Engineering，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，China）

In modern society，the common LED display is mostly used in fixed array，which can only be used for plane display.The traditional screen displays monotonously，which make visual organs tired.So LED's rotating display that use the persistence of vision of the human eye came into being.The design of a new column type of rotating LED display is proposed and it forms into a cylindrical surface by making a row of LED into rotation，thus it can display the text or a picture.This display based on SCM，using a series of LED lamps to rotate quickly，can show different words and pictures，and we must light different LED light in a specific location at every moment.The way it shows a picture or the text is unique and the image that it displays is bright and colorful.

persistence of vision；rotating LED；cylindrical；SCM

TN302

：A

：1674－6236（2017）13-0139-04

2016-06-13稿件編號：201606102

張曉玲（1993—），女，安徽合肥人。研究方向：智能儀器設計。