旋轉(zhuǎn)LED顯示屏設(shè)計(jì)

張 亞

（常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與電氣工程學(xué)院 江蘇 常州 213164 ）

0 引言

旋轉(zhuǎn)LED 顯示屏是利用機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)態(tài)掃描代替?zhèn)鹘y(tǒng)逐行掃描方式，是一種新型的顯示屏，具有成本低，可視范圍大的特點(diǎn)，是LED 顯示屏的一個(gè)新的發(fā)展方向。 它具有功耗小、 壽命長(zhǎng)、 色彩好等優(yōu)點(diǎn)。LED 顯示屏已廣泛應(yīng)用于廣告、車(chē)站、銀行、商場(chǎng)等公共場(chǎng)所。

旋轉(zhuǎn)LED 顯示屏是通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的支架， 支架上排列的LED 受單片機(jī)控制在特定的位置亮或滅，從而顯示出特定的字符或圖形。 本設(shè)計(jì)以單片機(jī)作為核心控制器件，通過(guò)控制電機(jī)保持一定的速度穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)單排LED 旋轉(zhuǎn)，形成掃描顯示屏；單片機(jī)根據(jù)LED 旋轉(zhuǎn)的速度， 控制LED 發(fā)光或熄滅， 在視覺(jué)上形成平面圖形點(diǎn)陣的顯示效果。 顯示的字符或圖形看起來(lái)是漂浮在空中的，不僅美觀，而且新穎。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 總體構(gòu)成

旋轉(zhuǎn)LED 顯示屏主要由支架、驅(qū)動(dòng)裝置、控制卡和LED 等部分構(gòu)成，通過(guò)控制卡同步控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與LED 點(diǎn)亮狀態(tài)，使電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一定角度，LED 狀態(tài)改變一次，在旋轉(zhuǎn)到任何一個(gè)位置，都將有一個(gè)惟一確定的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，如果使LED 旋轉(zhuǎn)速度足夠快，顯示屏便可以形成一個(gè)完整穩(wěn)定的圖案。

經(jīng)過(guò)分析、比較，最終確定了以89C51 作為控制器。 由于89C51芯片的片內(nèi)存儲(chǔ)器容量有限，我們另外擴(kuò)展了一塊存儲(chǔ)器芯片作為字庫(kù)存儲(chǔ)器，儲(chǔ)存一個(gè)完整的漢字庫(kù)，為顯示屏提供顯示內(nèi)容。

為了解決計(jì)算機(jī)向旋轉(zhuǎn)中的單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)的問(wèn)題.采用了無(wú)線傳輸?shù)姆绞剑?計(jì)算機(jī)通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊A 傳送給無(wú)線數(shù)傳模塊B，再通過(guò)無(wú)線數(shù)傳模塊B 給控制器。

此外，在顯示屏高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，顯示內(nèi)容的穩(wěn)定與否取決于轉(zhuǎn)動(dòng)的相位與LED 發(fā)光時(shí)間的配合精度， 所以還需要一個(gè)校準(zhǔn)器件來(lái)判斷顯示屏的轉(zhuǎn)動(dòng)是否到達(dá)準(zhǔn)確位置并根據(jù)結(jié)果做出校正處理，本設(shè)計(jì)中選用了霍爾元件進(jìn)行相位檢查并完成校正功能， 使LED 發(fā)光與旋轉(zhuǎn)保持同步。 硬件構(gòu)成如圖1 所示。

圖1 硬件構(gòu)成圖

1.2 部分單元電路設(shè)計(jì)

1.2.1 無(wú)線數(shù)傳模塊

從計(jì)算機(jī)串口接收數(shù)據(jù)，可以在顯示屏工作的狀態(tài)下直截通過(guò)電腦進(jìn)行顯示內(nèi)容的改變。 實(shí)現(xiàn)該功能的是紅外發(fā)送和接收電路。 紅外發(fā)送電路有雙重功能：一是，從計(jì)算機(jī)串口接收數(shù)據(jù)；二是，將接收的信號(hào)調(diào)制成紅外傳輸信號(hào)。計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)串口調(diào)試軟件直接發(fā)出，發(fā)出的數(shù)據(jù)每包為固定的20 個(gè)ASCII 字符或10 個(gè)漢字，采用低速發(fā)送以提高紅外傳輸?shù)臏?zhǔn)確度。

為了在顯示屏高速旋轉(zhuǎn)工作的狀態(tài)下能準(zhǔn)確無(wú)誤地接收到紅外數(shù)據(jù)，我們?cè)谂c顯示主板相聯(lián)的旋轉(zhuǎn)中軸上端打一個(gè)通孔，在通孔上安裝紅外接收模塊，讓紅外模塊接收到的數(shù)據(jù)直截送給顯示主板上的控制器。在紅外接收模塊的正上方上固定安裝的一個(gè)與紅外發(fā)射頭相聯(lián)的發(fā)射板。發(fā)射板是以AT89C51 為控制核心。所有從電腦串口傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)都是通過(guò)它轉(zhuǎn)變成帶有38K 載波的紅外數(shù)據(jù)格式送給紅外發(fā)射頭供發(fā)射使用。 具體電路如圖2。

圖2 無(wú)線發(fā)送和接受電路

1.2.2 顯示電路

由于89C51 是8 位數(shù)據(jù)處理器， 在設(shè)計(jì)時(shí)使用兩片74HC573 實(shí)現(xiàn)雙緩沖的結(jié)構(gòu)，以保證16 位數(shù)據(jù)同時(shí)送到LED 上。 發(fā)光二極管的亮度決定了顯示屏的視覺(jué)效果， 我們采用2803 芯片為發(fā)光二極管提供驅(qū)動(dòng)。

1.2.3 相位檢測(cè)電路

相位檢測(cè)電路如圖3 所示。 當(dāng)顯示屏旋轉(zhuǎn)到磁鐵所在位置時(shí)，圖3 中的霍爾元件將會(huì)輸出一個(gè)低電平脈沖至89C51， 作為位置基準(zhǔn)信號(hào)。

圖3 相位檢測(cè)電路

2 軟件設(shè)計(jì)

顯示內(nèi)容的接收、轉(zhuǎn)換、同步、顯示都在控制器的控制之下。 根據(jù)數(shù)據(jù)的處理過(guò)程，編寫(xiě)相應(yīng)的控制軟件。顯示屏旋轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾傳感器檢測(cè)到磁場(chǎng)信號(hào)送給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)處理，每16 個(gè)數(shù)據(jù)顯示一個(gè)漢字，實(shí)現(xiàn)漢字輸出。

當(dāng)程序開(kāi)始運(yùn)行的時(shí)候，首先就是要對(duì)程序進(jìn)行初始化。 初始化之后，由紅外接收器判斷是否有數(shù)據(jù)送入，如果有數(shù)據(jù)送入就通過(guò)紅外接收器進(jìn)行接收，然后將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為點(diǎn)陣，再存入顯示緩沖區(qū)，再根據(jù)霍爾元件檢測(cè)到的同步信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校對(duì)。 如果紅外接收器沒(méi)有檢測(cè)到數(shù)據(jù)輸入，則直接檢查霍爾元件是否有同步信號(hào)，有則就返回初始化操作，無(wú)就直接讀取片外存儲(chǔ)器提取字庫(kù)，然后進(jìn)行顯示。對(duì)送數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1 指令。隨后返回到初始化操作之后進(jìn)行循環(huán)掃描。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)以單片機(jī)芯片為核心部件，通過(guò)電腦來(lái)控制和調(diào)節(jié)所要顯示的內(nèi)容，通過(guò)紅外數(shù)據(jù)傳輸可實(shí)現(xiàn)在顯示屏旋轉(zhuǎn)中對(duì)顯示內(nèi)容進(jìn)行更改。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件線路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件在編程方面靈活的特點(diǎn)，來(lái)滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

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［2］張瑞春. 旋轉(zhuǎn)柱式顯示屏的原理與設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，22(13).

［3］張立霞，周立余.馮新基于AVR 的LED 旋轉(zhuǎn)屏設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011(7).