于立勇

【摘 要】利用視覺暫留效應(yīng)原理制作LED顯示屏，是國外發(fā)展而國內(nèi)并未大規(guī)模商業(yè)化的新興技術(shù)，此技術(shù)能以少量LED實現(xiàn)傳統(tǒng)方式下大量LED才能實現(xiàn)的顯示屏，具有節(jié)能、輕便、可重復(fù)利用等優(yōu)點，可以讓高速運動的物體（如地鐵、火車、飛機等）上的人看清地面上靜止的標志不會產(chǎn)生一絲的眩暈感。彌補了高速運動顯示圖像的不足。

【關(guān)鍵詞】視覺暫留；LED

為了能更直觀介紹這項技術(shù)。本人闡述了基于視覺暫留的LED顯示屏原理，利用AT89C51單片機簡單的制作了顯示屏，展示了基于視覺暫留的LED顯示屏的原理和效果。

一、背景及技術(shù)介紹

（一）我國的LED發(fā)展形勢

近年來，我國LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，從全球LED產(chǎn)業(yè)競爭格局看，當前國內(nèi)LED封裝企業(yè)自動化水平提升較快，以道路照明為主的照明應(yīng)用產(chǎn)業(yè)取得了突破性發(fā)展，LED封裝和應(yīng)用方面在規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面在全球具有重要影響力；另一方面，國內(nèi)LED外延和芯片企業(yè)的產(chǎn)能和技術(shù)水平有了一定提升，上游產(chǎn)業(yè)保持了良好的發(fā)展勢頭，LED的發(fā)展已經(jīng)成為不可擋的趨勢。

但是，對于高速運動的物體傳統(tǒng)的顯示技術(shù)是不能滿足廣大用戶的需求，例如北京的地鐵在運行過程中兩側(cè)不能設(shè)置任何靜態(tài)的LED顯示燈，否則坐在車內(nèi)的乘客會感到會頭暈眼花。

現(xiàn)階段，我國用于演唱會等場所的產(chǎn)品主要是LED顯示屏和熒光棒，普通LED顯示屏由于體積大、阻礙視線等原因限制了此產(chǎn)品的大量使用，而熒光棒雖然價格便宜、體積小卻不能顯示字體，所以，如果有一個產(chǎn)品能中和以上兩種產(chǎn)品的優(yōu)勢，那么它會有很大的發(fā)展空間，基于視覺暫留效應(yīng)的顯示屏就具有這種發(fā)展?jié)摿?，它具有熒光棒的體積，搖動后就會有LED顯示屏的平面顯示效果，具有體積小、價格低、亮度高、壽命長、能耗少等諸多優(yōu)勢。

（二）基于視覺暫留效應(yīng)的LED技術(shù)介紹

視覺暫留的英文是Persistence Of Vision，縮寫為POV，是指當人們眼前的物體被移走之后，該物體反映在視網(wǎng)膜上的物象不會立即消失，會繼續(xù)短暫滯留0.1—0.4秒。人眼視覺的生理功能可以將一系列獨立的畫面組合起來，成為連續(xù)運動的視象，這就是視覺暫留效應(yīng)，也是電影、幻燈片等能放映的基本原理。比如電影，電影片放映機以24幀/s的速度過卷，由于視覺滯后效應(yīng)，使映現(xiàn)在屏幕上的單個靜態(tài)畫面，變成了連續(xù)動作的圖文畫面，配上聲音就成了電影。

POV LED技術(shù)就是利用眼睛的暫留作用，利用眼睛與LED燈的相對運動，用一排燈通過相對運動達到顯示一個平面的目的。這種相對運動包括兩種：一種是LED燈不動而觀察者移動，如地鐵隧道廣告，另一種是LED燈運動觀察者不動，如旋轉(zhuǎn)顯示屏。正是這種相對運動，彌補了高速運動狀態(tài)下圖像顯示的空白。

二、硬件電路設(shè)計

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。具有體積小、高亮度、多顏色、堅固耐用、耗電量低、環(huán)保、使用壽命長等特點。

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。

電路圖的硬件連接如下圖，單片機的P0口和P1口接16個LED燈，16個LED共陽極連接，P3.2接紅外遮擋器，通過軟件調(diào)節(jié)各個LED燈亮滅順序，在搖動的時達到顯示平面的目的。

三、軟件設(shè)計與實現(xiàn)

（一）程序原理說明

單片機P3.2接紅外遮擋器，當向右搖時P3.2為高電平，向左搖時P3.2為低電平，通過檢測P3.2的高低電平確定搖動方向，向右搖擺顯示內(nèi)容，向左搖擺不顯示。

由于邊緣處擺動速度不均勻，會出現(xiàn)顯示不完全的情況，通過設(shè)置空位字符來調(diào)整，左側(cè)兩個空位，右側(cè)一個空位，共七個字符。

通過檢測七個漢字是否顯示完全來確定搖擺幅度，顯示完全有剩余時間則下次顯示時間減5*10個時鐘周期，顯示不完全則下次顯示時間增加5*10個時鐘周期，通過不斷地檢測來跟蹤、調(diào)節(jié)顯示速度，達到穩(wěn)定顯示的目的。

（二）顯示屏實現(xiàn)

設(shè)定程序，使每個顯示屏的16個LED燈都點亮，待搖動后由于視覺暫留效應(yīng)就會顯示穩(wěn)定的平面的顯示效果，如果設(shè)定程序，控制這16個LED燈的亮滅順序，就可以制成顯示漢字或者圖片的顯示屏了。

通過一個單片機豎向連接一排16個LED燈，對單片機設(shè)定程序，控制16個LED燈的亮滅順序，搖擺之后就可以顯示提前設(shè)定的漢字或者圖片，顯示效果如下：

四、總結(jié)

基于視覺暫留的LED顯示技術(shù)最大的成功之處在于兩種不同領(lǐng)域的技術(shù)結(jié)合，達到了整體大于部分之和的功效，展示了這項技術(shù)在高速領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景，加上LED節(jié)能、高亮度、價格低廉等特點，引導(dǎo)更多的人們關(guān)注基于視覺暫留顯示屏領(lǐng)域的應(yīng)用，相信在不遠的將來就會應(yīng)用于各種場所。

【參考文獻】

【1】王祖一，陸小民.LED顯示屏技術(shù)要點[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（18）：135-136.

[2]馮玉森. 基于機器視覺的LED顯示屏面缺陷檢測技術(shù)[D].西安電子科技大學(xué)，2013.