文 河南省南陽市第一中學(xué) 張佳羽

點(diǎn)陣顯示屏作為信息傳遞的平臺(tái)，被廣泛地應(yīng)用于學(xué)校、商場(chǎng)等場(chǎng)合，但隨著顯示內(nèi)容的增加，顯示屏幅面也要增大，不僅增加成本，也不便于維護(hù)。

如果能采用旋轉(zhuǎn)燈效的柱狀LED顯示屏，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)字幕的設(shè)計(jì)，就可以在不增加LED數(shù)量的基礎(chǔ)上顯示所需的內(nèi)容。

一、制作材料

單片機(jī)、直流電機(jī)、發(fā)光二極管、整流二極管、紅外發(fā)射管、紅外接收管、三極管、電阻、電容、電池、銅線等。

二、制作過程

（一）硬件系統(tǒng)

1.旋轉(zhuǎn)主板

旋轉(zhuǎn)主板包含主控模塊和顯示模塊，如圖1所示。STC15F2K32S2單片機(jī)是主控模塊核心，承擔(dān)著檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速、確定顯示起始位置、控制LED顯示的任務(wù)。將單片機(jī)、程序下載口和紅外接收管焊接在主板背面，LED顯示模塊垂直固定在主板正面。

圖1 旋轉(zhuǎn)主板

2.供電底座

供電底座即電源模塊，主要包括直流電源輸入插座、振蕩電路、輸電線圈、直流電機(jī)、紅外發(fā)射管和啟停按鈕。

由于供電底座要承載主板，且在主板旋轉(zhuǎn)時(shí)不能振動(dòng)，因此我選用一個(gè)鐵盒作為底座的包裝。將直流電源插座和啟停按鈕安裝在鐵盒外壁兩側(cè)，振蕩電路和電機(jī)焊接后安裝在鐵盒內(nèi)部，輸電線圈和紅外發(fā)射管裝在鐵盒頂端，如圖2所示。將旋轉(zhuǎn)主板和供電底座安裝在一起，整體效果如圖3所示。

圖2 供電底座

圖3 系統(tǒng)整體實(shí)物圖

（1）供電方案

電機(jī)和旋轉(zhuǎn)主板共用一個(gè)電源，電源給電機(jī)直接供電，旋轉(zhuǎn)主板通過線圈耦合的方式進(jìn)行無線供電。這種方式設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但傳輸距離短，為了保證傳輸效率，兩個(gè)線圈的間隙應(yīng)小于1cm。

由電磁感應(yīng)原理可知，要使原邊線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過線圈的電流必須為變化的。而供電的電源為直流電，它與線圈之間必須加一個(gè)振蕩電路，所以我加了一個(gè)LRC振蕩電路，如圖 4（a）所示，經(jīng)過兩個(gè)具有推挽結(jié)構(gòu)的三極管產(chǎn)生直流脈沖，L1獲得一個(gè)高頻的電壓信號(hào)，此信號(hào)通過電磁感應(yīng)傳給整流電路中的L2，如圖4（b）所示。L2將這個(gè)信號(hào)整流、濾波、穩(wěn)壓后即可得到單片機(jī)和LED的供電信號(hào)，即旋轉(zhuǎn)主板的供電電源。

（2）直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)量模塊

在電機(jī)和電源之間串聯(lián)一個(gè)按鈕開關(guān)。將電機(jī)固定在底座內(nèi)部的頂端，電機(jī)軸通過頂端的孔延伸出來，便于連接旋轉(zhuǎn)主板。

紅外發(fā)射和紅外接收對(duì)管用于測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)位置，由單片機(jī)控制；為紅外發(fā)射管串聯(lián)一個(gè)470Ω的電阻，紅外接收管串聯(lián)一個(gè)2KΩ的電阻，用作限流。

圖4 振蕩電路和整流電路原理圖

圖5顯示效果

（二）控制程序編寫

本次設(shè)計(jì)采用Keil μVision4作為編程環(huán)境。首先提取字模，再設(shè)計(jì)顯示程序。程序通過紅外對(duì)管檢測(cè)，確定顯示起始位置，單片機(jī)從顯示數(shù)據(jù)庫中讀取所要顯示的字的字模數(shù)據(jù)，按照點(diǎn)陣逐列傳給LED顯示，顯示完成后將LED狀態(tài)重置，延時(shí)后開始下一階段顯示。因此，程序主要分為電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)、起始位置確定和滾動(dòng)顯示3個(gè)模塊，用三個(gè)中斷實(shí)現(xiàn)。

LED逐列顯示，通過高速旋轉(zhuǎn)顯示相應(yīng)的內(nèi)容，因此，影響顯示效果的主要因素就是亮、滅時(shí)間的合理選擇，過長(zhǎng)或過短都會(huì)導(dǎo)致字體變形。經(jīng)過多次測(cè)試，亮、滅時(shí)間比例為3∶4時(shí)顯示效果最佳。