旋转LED显示屏设计

2012-08-16张亚

科技视界 2012年30期

张亚

（常州信息职业技术学院电子与电气工程学院江苏常州 213164 ）

0 引言

旋转LED 显示屏是利用机械转动动态扫描代替传统逐行扫描方式，是一种新型的显示屏，具有成本低，可视范围大的特点，是LED 显示屏的一个新的发展方向。它具有功耗小、寿命长、色彩好等优点。LED 显示屏已广泛应用于广告、车站、银行、商场等公共场所。

旋转LED 显示屏是通过一个旋转的支架，支架上排列的LED 受单片机控制在特定的位置亮或灭，从而显示出特定的字符或图形。本设计以单片机作为核心控制器件，通过控制电机保持一定的速度稳定旋转，带动单排LED 旋转，形成扫描显示屏；单片机根据LED 旋转的速度，控制LED 发光或熄灭，在视觉上形成平面图形点阵的显示效果。显示的字符或图形看起来是漂浮在空中的，不仅美观，而且新颖。

1 硬件设计

1.1 总体构成

旋转LED 显示屏主要由支架、驱动装置、控制卡和LED 等部分构成，通过控制卡同步控制电机的转动与LED 点亮状态，使电机每旋转一定角度，LED 状态改变一次，在旋转到任何一个位置，都将有一个惟一确定的状态相对应，如果使LED 旋转速度足够快，显示屏便可以形成一个完整稳定的图案。

经过分析、比较，最终确定了以89C51 作为控制器。由于89C51芯片的片内存储器容量有限，我们另外扩展了一块存储器芯片作为字库存储器，储存一个完整的汉字库，为显示屏提供显示内容。

为了解决计算机向旋转中的单片机传送数据的问题.采用了无线传输的方式：计算机通过无线数传模块A 传送给无线数传模块B，再通过无线数传模块B 给控制器。

此外，在显示屏高速旋转时，显示内容的稳定与否取决于转动的相位与LED 发光时间的配合精度，所以还需要一个校准器件来判断显示屏的转动是否到达准确位置并根据结果做出校正处理，本设计中选用了霍尔元件进行相位检查并完成校正功能，使LED 发光与旋转保持同步。硬件构成如图1 所示。

图1 硬件构成图

1.2 部分单元电路设计

1.2.1 无线数传模块

从计算机串口接收数据，可以在显示屏工作的状态下直截通过电脑进行显示内容的改变。实现该功能的是红外发送和接收电路。红外发送电路有双重功能：一是，从计算机串口接收数据；二是，将接收的信号调制成红外传输信号。计算机的数据可以通过串口调试软件直接发出，发出的数据每包为固定的20 个ASCII 字符或10 个汉字，采用低速发送以提高红外传输的准确度。

为了在显示屏高速旋转工作的状态下能准确无误地接收到红外数据，我们在与显示主板相联的旋转中轴上端打一个通孔，在通孔上安装红外接收模块，让红外模块接收到的数据直截送给显示主板上的控制器。在红外接收模块的正上方上固定安装的一个与红外发射头相联的发射板。发射板是以AT89C51 为控制核心。所有从电脑串口传送过来的数据都是通过它转变成带有38K 载波的红外数据格式送给红外发射头供发射使用。具体电路如图2。

图2 无线发送和接受电路

1.2.2 显示电路

由于89C51 是8 位数据处理器，在设计时使用两片74HC573 实现双缓冲的结构，以保证16 位数据同时送到LED 上。发光二极管的亮度决定了显示屏的视觉效果，我们采用2803 芯片为发光二极管提供驱动。

1.2.3 相位检测电路

相位检测电路如图3 所示。当显示屏旋转到磁铁所在位置时，图3 中的霍尔元件将会输出一个低电平脉冲至89C51，作为位置基准信号。

图3 相位检测电路

2 软件设计

显示内容的接收、转换、同步、显示都在控制器的控制之下。根据数据的处理过程，编写相应的控制软件。显示屏旋转时，霍尔传感器检测到磁场信号送给单片机，单片机通过数据处理，每16 个数据显示一个汉字，实现汉字输出。

当程序开始运行的时候，首先就是要对程序进行初始化。初始化之后，由红外接收器判断是否有数据送入，如果有数据送入就通过红外接收器进行接收，然后将该数据转换为点阵，再存入显示缓冲区，再根据霍尔元件检测到的同步信号，对数据进行校对。如果红外接收器没有检测到数据输入，则直接检查霍尔元件是否有同步信号，有则就返回初始化操作，无就直接读取片外存储器提取字库，然后进行显示。对送数据计数器进行加1 指令。随后返回到初始化操作之后进行循环扫描。