基于POV的旋轉(zhuǎn)LED顯示研究與實(shí)現(xiàn)

摘 要 本文以STC12C5A3S2單片機(jī)為核心，根據(jù)POV的原理，實(shí)現(xiàn)立體和平面旋轉(zhuǎn)LED動(dòng)態(tài)顯示設(shè)計(jì)。本文介紹了POV的顯示原理；硬件電路模塊的設(shè)計(jì)，包括電源模塊、單片機(jī)模塊、時(shí)鐘模塊、LED模塊；軟件模塊的相關(guān)設(shè)計(jì)，主要包括取字模塊和字幕計(jì)數(shù)器。通過“視覺暫留”現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)立體LED顯示屏實(shí)現(xiàn)文字和笑臉，平面LED顯示數(shù)字時(shí)鐘和模擬時(shí)鐘，實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常成功。

關(guān)鍵詞 單片機(jī)；視覺暫留（POV）；旋轉(zhuǎn)LED

前言

POV即英文Persistence of Vision一詞的縮寫，中文是“視覺暫留”的意思。每當(dāng)人的眼睛在觀察物體之后，物體的映像會(huì)在視網(wǎng)膜上保留一段很短暫的時(shí)間。在這短暫的時(shí)間段里，當(dāng)前面的視覺形象還沒有完全消退，新的視覺形象又繼續(xù)產(chǎn)生時(shí)，就會(huì)在人的大腦里形成連貫的視覺錯(cuò)覺。

1 POV的顯示原理

旋轉(zhuǎn)LED旋轉(zhuǎn)起來是一個(gè)圓，那么就需要有一個(gè)傳感器來判斷起點(diǎn)位置，本文采用紅外對(duì)管方式來實(shí)現(xiàn)。常見的LED旋轉(zhuǎn)方式：

1.1 圓盤式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

發(fā)光體安裝在鐘表指針式的旋轉(zhuǎn)體上，通過旋轉(zhuǎn)形成圓形顯示畫面

這種運(yùn)動(dòng)方式的特點(diǎn)是：

（1）由于發(fā)光體旋轉(zhuǎn)速度可一直保持不變，使得顯示圖案均勻一致。不過顯示字體時(shí)字型變化較大，特別在接近圓心的地方。如要想使顯示的字體和圖案不產(chǎn)生變形，還需要專門軟件對(duì)發(fā)光點(diǎn)進(jìn)行的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

（2）制作調(diào)試時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的振動(dòng)現(xiàn)象易于控制。

1.2 柱面式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

讓發(fā)光體與旋轉(zhuǎn)軸處于平行狀態(tài)，這樣運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的畫面效果為一柱面。

這種運(yùn)動(dòng)方式的特點(diǎn)是：

（1）發(fā)光體旋轉(zhuǎn)速度可保持不變，這樣能使顯示圖案均勻一致，字體及圖案都能原樣顯示出來。

（2）由于顯示面不是一個(gè)平面，一般無法完整觀察整個(gè)顯示面，多采取畫面滾動(dòng)顯示來彌補(bǔ)。

（3）制作調(diào)試時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的振動(dòng)現(xiàn)象能很好控制，這種運(yùn)動(dòng)方式制作的POV屏適合用于廣告，造型能大型化[1]。

2 硬件電路模塊

2.1 單片機(jī)電路模塊

單片機(jī)電路包含：STC12C5A3S2單片機(jī)、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。

P0.0—P0.7：P0口是一個(gè)漏極開路型準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在EPROM編程時(shí)，它接收指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。

P1.0—P1.7：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。

P2.0—P2.7：P2口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)EFROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。

P3.0—P3.7：P3口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。

主要功能：CPU控制LED，讀取時(shí)鐘信息，接收遙控，起點(diǎn)檢測(cè)。

2.2 電源電路模塊

主要功能：給旋轉(zhuǎn)主板供電。

2.3 時(shí)鐘電路模塊

主要功能：提供時(shí)鐘信息。

2.4 立體LED和平面LED顯示電路模塊

主要功能：通過對(duì)LED燈的控制，實(shí)現(xiàn)可視化LED屏[2]。

3 軟件模塊

3.1 實(shí)現(xiàn)一個(gè)文字的顯示

文字取模的原理：這里采用的是PC2002字幕軟件，取一個(gè)16*16的中文字，見字幕選項(xiàng)設(shè)置，如圖4-1所示。

從第一列開始向下每取8個(gè)點(diǎn)作為一個(gè)字節(jié)，如果最后不足8個(gè)點(diǎn)就補(bǔ)滿8位。取模順序是從低到高，即第一點(diǎn)作為最低位。取模順序是從低到高，即第一個(gè)點(diǎn)作為最低位。如*-------取為00000001，"學(xué)"字取模后如下：

{0xBF，0xFB，0xCF，0xFB，0xEE，0xFB，0x69，0xFB，0x6F，0xFB，0x6F，0xBB，0x6E，0x7B，0x69，0x81，0x6F，0xF9，0x6F，0xFA，0x67，0xFB，0xEB，0xFB，0xEC，0xFB，0xAF，0xFB，0xCF，0xFB，0xFF，0xFF}，/*"學(xué)"，0*/

現(xiàn)在我們知道16*16取模是一列一列取的，一列有2個(gè)字節(jié)，一共16列，所以一個(gè)16*16的漢字就有32個(gè)字節(jié)，需要占用單片機(jī)的Code空間 32個(gè)字節(jié)。然后再結(jié)合硬件來分析：

一列燈16個(gè)剛好對(duì)應(yīng)16*16一個(gè)漢字的一列：2個(gè)字節(jié)，所以把取模到的數(shù)據(jù)依次送到P2口 和P4 P5口，這里硬件中P4 P5組成一個(gè)字節(jié)。

當(dāng)單片機(jī)IO判斷到紅外接收管接收到起點(diǎn)信號(hào)，就開始顯示，顯示完16列后等待下一次的起點(diǎn)信號(hào)。這樣只要電機(jī)的速度夠快就會(huì)穩(wěn)定的把字顯示字空中。平面的文字顯示同理。

3.2 讓文字移動(dòng)

這就需要一個(gè)字幕計(jì)數(shù)器，旋轉(zhuǎn)LED每旋轉(zhuǎn)一圈，這個(gè)字幕計(jì)數(shù)器就加一，指向下一列，這樣不斷刷新，感覺文字就在移動(dòng)。

4 結(jié)束語

本文通過POV原理，實(shí)現(xiàn)了立體和平面的動(dòng)態(tài)LED圖像顯示，采用的普通直流電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，成本低，線圈無限供電的方式增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005：223-232.

[2] 戶川治朗.實(shí)用電源電路設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)出版社，2006：32-36.

作者簡介

楊光宇（1993-），男，四川眉山；學(xué)歷：碩士，現(xiàn)就職單位：西南石油大學(xué)，研究方向：模式識(shí)別與智能系統(tǒng)。