基于單片機的LED旋轉式顯示屏設計

張 鑫，郭洪巖，馬國利

(濱州學院，山東 濱州 256603)

LED顯示屏是一種用發(fā)光二極管按順序排列而制成的新型成像電子設備，可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像;不僅可以用于室內環(huán)境還可以用于室外環(huán)境，具有投影儀、電視墻、液晶顯示屏無法比擬的優(yōu)點。由于其亮度高、可視角度廣、壽命長等特點，正被廣泛應用于戶外廣告等產(chǎn)品中。本設計通過在能穩(wěn)定旋轉的載體上安裝多列LED發(fā)光器件實現(xiàn)旋轉式顯示功能，根據(jù)視覺滯后效應的原理，在靜止時將各列發(fā)光管等間距分列排開，然而隨著旋轉速度的加快，在LED顯示屏控制軟件精確的時序控制下，使預設的圖案、符號和文字呈現(xiàn)在柱型、球型或扇型等載體的表面上［1-7］。

1 系統(tǒng)整體方案設計

1.1 實驗裝置的構造和部分主要功能

基于貼片LED的視覺暫留器，包括由若干發(fā)光二極管組成的LED貼片、用于控制LED貼片進行發(fā)光的控制電路部分以及用于提供電能的電源，其中LED貼片、控制電路部分固定于風扇的扇葉上，次級線圈固定于風扇的轉動軸上，初級線圈固定于風扇殼體上，見圖1。

將LED貼片固定于扇葉上，可以利用扇葉的轉動來帶動LED貼片轉動，避免了旋轉電機的設置。自激振蕩電路、初級線圈固定于風扇殼體上，而次級線圈、整流穩(wěn)壓電路隨轉動軸運動，通過次級線圈與初級線圈的非接觸式互感，可實現(xiàn)對控制電路部分、LED貼片的供電。這樣，控制電路部分控制LED貼片中不同的發(fā)光二極管會在不同的時間段發(fā)光，利用視覺暫留的原理，實現(xiàn)在LED貼片隨扇葉轉動的過程中，呈現(xiàn)出不同的文字，如當前時間、室內溫度等信息。

圖1 LED旋轉式顯示屏設計結構圖

圖2 LED旋轉式顯示屏原理圖

控制電路部分具有信號采集、數(shù)據(jù)運算和控制輸出的作用，其采用型號為STC12C5A60的單片機，單片機STC12C5A60的不同輸出端口與不同的發(fā)光二極管相連接，單片機STC12C5A60的輸入端口上還連接有用于接收遙控器信號的紅外一體化接收頭和紅外接收二極管，因此LED貼片顯示的內容信息，可通過遙控器進行控制使之在隨扇葉轉動的過程中，顯示信息。

1.2 試驗裝置工作程序及原理

電源的輸出依次經(jīng)自激振蕩電路、初級線圈、次級線圈和整流穩(wěn)壓電路后給控制電路部分和LED貼片供電，工作過程中，當開始給單片機及直流電機供電時，采用無線供電方式，利用RF3705直流電機把直流轉成交流，然后經(jīng)過初級線圈，最后次級線圈感應得電，整流濾波后給旋轉部分供電，直流轉交流部分電路是一個自激震蕩電路。當程序進入初始化的時間時啟動定時器開始計時。當LED模塊轉動起來時，13個發(fā)光二極管可以看成一個13×13的矩陣。將需要顯示的數(shù)字和字符存入一個二維數(shù)組中，每當電機旋轉一圈，外部終端接收到中斷信號，則單片機開始發(fā)送當前的數(shù)組數(shù)據(jù)，隨著定時器的計數(shù)，數(shù)組的指針在不斷地變化，從而顯示不同的數(shù)。當有遙控按鍵按下時，紅外接收頭接收到信號，并傳送給單片機。單片機經(jīng)過解碼，執(zhí)行相應的功能。

如圖2，給出了視覺暫留器的原理圖，包括LED貼片、控制電路部分、自激振蕩電路、初級線圈、次級線圈、整流穩(wěn)壓電路以及電源;如圖3，給出了LED貼片的電路圖，所示的LED貼片由20個發(fā)光二極管依次排列組成。每個二極管的陽極通過上拉電阻與電源正極相連接，負極接于控制電路部分的輸出端上。次級線圈和整流穩(wěn)壓電路固定于風扇的轉動軸上，自激振蕩電路和初級線圈7相對于風扇殼體進行固定，以便實現(xiàn)非接觸式供電。

圖3 LED旋轉式顯示屏硬件設計圖

2 系統(tǒng)應用程序及其實現(xiàn)功能

2.1 實驗裝置的主要程序

#include ＜reg52.h＞

#include"zimo.h"

#include"IR_receive.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int //宏定義

uchar pic=0，num=0; //pic為按鍵次數(shù);num為中斷次數(shù)

uchar BIT_timeout=0;

/＊＊＊＊＊函數(shù)聲明＊＊＊＊＊/

void display(void);

/＊＊＊＊＊n(us)延時子程序＊＊＊＊＊/

void delayus(uint N)

{

uint x;

for(x=0;x＜=N;x++);

}

/＊＊＊＊＊中斷服務程序＊＊＊＊＊///外部中斷0中斷函數(shù)

void intersvr0(void)interrupt 0

/＊＊＊＊＊主函數(shù)＊＊＊＊＊/

void main(void)

{

IT0=1;

IT1=1;

EX0=1;

EX1=1;

EA=1; //開中斷，下降沿中斷

while(1) //主程序中只檢測按鍵

{

Run();

}

}

/＊＊＊＊＊END＊＊＊＊＊/

簡要說明:外部中斷方式INT0顯示;取模方式:縱向取模、字節(jié)倒序

2.2 可實現(xiàn)功能介紹

基于貼片LED的視覺暫留器，通過將單色LED貼片巧妙得安裝到家用風扇上，風扇在運行的同時可動態(tài)地顯示預設的文字、時間、溫度、甚至慢速的動畫。能在運行的同時，控制顯示內容，比如調節(jié)時間、在顯示文字和時鐘間切換等。既可以形象的演示視覺暫留現(xiàn)象，又有現(xiàn)實用途，可以在使用風扇時通過遙控器控制顯示溫度，時間，動畫等內容，增強了人們對視覺暫留現(xiàn)象的認知。

(1)要求電機轉速可調，通過調整電機速度，顯示一個“工”字;

(2)LED線陣顯示屏顯示“電子”兩個字;

(3)LED線陣顯示屏顯示字母“I”，并不斷進行旋轉;

(4)LED線陣顯示屏首先顯示“電”字，然后逐行改變，逐漸變?yōu)椤白印弊?

(5)LED線陣顯示屏模仿交通綠色交通燈中的小人走路，緩慢按小人方向前行。

3 結 論

文中闡述了以單片機技術為核心，結合視覺暫留、快速運轉、時序軟件等幾個方面，開發(fā)實現(xiàn)了旋轉式的貼片LED顯示屏的設計思路。分別介紹了設計的總體方案、硬件部分的構建以及本設計能夠實現(xiàn)的功能介紹。在設計過程中，主要解決了整體裝置的合理優(yōu)化組合和程序的調試。該設計與傳統(tǒng)的LED顯示屏以及其他的顯示器技術相比，具備低成本、分辨率高、功耗小等優(yōu)點，更具推廣和使用價值。本作品獲得全國第十一屆物理演示實驗評比二等獎。

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