基于单片机的LED旋转式显示屏设计

张 鑫，郭洪岩，马国利

(滨州学院，山东 滨州 256603)

LED显示屏是一种用发光二极管按顺序排列而制成的新型成像电子设备，可以显示变化的数字、文字、图形图像;不仅可以用于室内环境还可以用于室外环境，具有投影仪、电视墙、液晶显示屏无法比拟的优点。由于其亮度高、可视角度广、寿命长等特点，正被广泛应用于户外广告等产品中。本设计通过在能稳定旋转的载体上安装多列LED发光器件实现旋转式显示功能，根据视觉滞后效应的原理，在静止时将各列发光管等间距分列排开，然而随着旋转速度的加快，在LED显示屏控制软件精确的时序控制下，使预设的图案、符号和文字呈现在柱型、球型或扇型等载体的表面上［1-7］。

1 系统整体方案设计

1.1 实验装置的构造和部分主要功能

基于贴片LED的视觉暂留器，包括由若干发光二极管组成的LED贴片、用于控制LED贴片进行发光的控制电路部分以及用于提供电能的电源，其中LED贴片、控制电路部分固定于风扇的扇叶上，次级线圈固定于风扇的转动轴上，初级线圈固定于风扇壳体上，见图1。

将LED贴片固定于扇叶上，可以利用扇叶的转动来带动LED贴片转动，避免了旋转电机的设置。自激振荡电路、初级线圈固定于风扇壳体上，而次级线圈、整流稳压电路随转动轴运动，通过次级线圈与初级线圈的非接触式互感，可实现对控制电路部分、LED贴片的供电。这样，控制电路部分控制LED贴片中不同的发光二极管会在不同的时间段发光，利用视觉暂留的原理，实现在LED贴片随扇叶转动的过程中，呈现出不同的文字，如当前时间、室内温度等信息。

图1 LED旋转式显示屏设计结构图

图2 LED旋转式显示屏原理图

控制电路部分具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，其采用型号为STC12C5A60的单片机，单片机STC12C5A60的不同输出端口与不同的发光二极管相连接，单片机STC12C5A60的输入端口上还连接有用于接收遥控器信号的红外一体化接收头和红外接收二极管，因此LED贴片显示的内容信息，可通过遥控器进行控制使之在随扇叶转动的过程中，显示信息。

1.2 试验装置工作程序及原理

电源的输出依次经自激振荡电路、初级线圈、次级线圈和整流稳压电路后给控制电路部分和LED贴片供电，工作过程中，当开始给单片机及直流电机供电时，采用无线供电方式，利用RF3705直流电机把直流转成交流，然后经过初级线圈，最后次级线圈感应得电，整流滤波后给旋转部分供电，直流转交流部分电路是一个自激震荡电路。当程序进入初始化的时间时启动定时器开始计时。当LED模块转动起来时，13个发光二极管可以看成一个13×13的矩阵。将需要显示的数字和字符存入一个二维数组中，每当电机旋转一圈，外部终端接收到中断信号，则单片机开始发送当前的数组数据，随着定时器的计数，数组的指针在不断地变化，从而显示不同的数。当有遥控按键按下时，红外接收头接收到信号，并传送给单片机。单片机经过解码，执行相应的功能。

如图2，给出了视觉暂留器的原理图，包括LED贴片、控制电路部分、自激振荡电路、初级线圈、次级线圈、整流稳压电路以及电源;如图3，给出了LED贴片的电路图，所示的LED贴片由20个发光二极管依次排列组成。每个二极管的阳极通过上拉电阻与电源正极相连接，负极接于控制电路部分的输出端上。次级线圈和整流稳压电路固定于风扇的转动轴上，自激振荡电路和初级线圈7相对于风扇壳体进行固定，以便实现非接触式供电。

图3 LED旋转式显示屏硬件设计图

2 系统应用程序及其实现功能

2.1 实验装置的主要程序

#include ＜reg52.h＞

#include"zimo.h"

#include"IR_receive.h"

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int //宏定义

uchar pic=0，num=0; //pic为按键次数;num为中断次数

uchar BIT_timeout=0;

/＊＊＊＊＊函数声明＊＊＊＊＊/

void display(void);

/＊＊＊＊＊n(us)延时子程序＊＊＊＊＊/

void delayus(uint N)

{

uint x;

for(x=0;x＜=N;x++);

}

/＊＊＊＊＊中断服务程序＊＊＊＊＊///外部中断0中断函数

void intersvr0(void)interrupt 0

/＊＊＊＊＊主函数＊＊＊＊＊/

void main(void)

{

IT0=1;

IT1=1;

EX0=1;

EX1=1;

EA=1; //开中断，下降沿中断

while(1) //主程序中只检测按键

{

Run();

}

}

/＊＊＊＊＊END＊＊＊＊＊/

简要说明:外部中断方式INT0显示;取模方式:纵向取模、字节倒序

2.2 可实现功能介绍

基于贴片LED的视觉暂留器，通过将单色LED贴片巧妙得安装到家用风扇上，风扇在运行的同时可动态地显示预设的文字、时间、温度、甚至慢速的动画。能在运行的同时，控制显示内容，比如调节时间、在显示文字和时钟间切换等。既可以形象的演示视觉暂留现象，又有现实用途，可以在使用风扇时通过遥控器控制显示温度，时间，动画等内容，增强了人们对视觉暂留现象的认知。

(1)要求电机转速可调，通过调整电机速度，显示一个“工”字;

(2)LED线阵显示屏显示“电子”两个字;

(3)LED线阵显示屏显示字母“I”，并不断进行旋转;

(4)LED线阵显示屏首先显示“电”字，然后逐行改变，逐渐变为“子”字;

(5)LED线阵显示屏模仿交通绿色交通灯中的小人走路，缓慢按小人方向前行。

3 结 论

文中阐述了以单片机技术为核心，结合视觉暂留、快速运转、时序软件等几个方面，开发实现了旋转式的贴片LED显示屏的设计思路。分别介绍了设计的总体方案、硬件部分的构建以及本设计能够实现的功能介绍。在设计过程中，主要解决了整体装置的合理优化组合和程序的调试。该设计与传统的LED显示屏以及其他的显示器技术相比，具备低成本、分辨率高、功耗小等优点，更具推广和使用价值。本作品获得全国第十一届物理演示实验评比二等奖。

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