基于单片机的POV旋转LED显示屏设计

张晓玲，郭 颖，刘浩文

（辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺113001）

基于单片机的POV旋转LED显示屏设计

张晓玲，郭 颖，刘浩文

（辽宁石油化工大学 信息与控制工程学院，辽宁 抚顺113001）

现代社会中，常见的LED显示屏大多都是采用固定的点阵排列，只能用于平面展示，易形成视觉疲劳。所以基于人眼的视觉停留（Persistence Of Vision）效应设计的旋转LED显示屏应运而生。本文设计一种新型的柱式旋转LED显示屏，使一排LED灯旋转起来变成一个圆柱面，来显示文字或者图案。本设计采用单片机，使一列LED灯快速旋转，在特定的位置上发光。这种显示方式新颖，画面绚丽多彩。

视觉暂留；旋转LED；柱式；单片机

现代社会中，当下大家常见的LED显示大多都是固定的点阵排列。这种点阵排列显示优点是结构简单，易于控制，但是随着科学技术的发展它的缺点也很明显[1]。它硬件连接复杂，成本大，且无法移动，只能用于平面展示，画面显示单调，容易形成视觉疲劳。所以旋转LED显示屏应运而生。旋转LED是利用人眼的视觉停留（Persistence of vision）效应而生成的动态显示屏[2]。这种显示装置静止的时候只看到一排LED灯，是一条线段。当它旋转的时候，就会看到显示文字或图案的一个面（圆柱面或者平面或者球面）。

1 系统的总体设计

1.1 旋转LED显示屏介绍

传统的LED点阵显示屏，采用全铺方式，把LED逐行排列，就像是一个个像素点那么排列，显示文字和图片。这种排列组成的LED显示屏结构非常简单，但维修起来很难下手[3]。

文中介绍一种新颖的显示方法。基于单片机的旋转LED显示屏是利用人眼的视觉暂留效应，使用一排LED灯，单片机控制电机旋转带动LED旋转，形成一个柱面或者平面显示屏[4]。要实现这样的显示关键在于对这一排LED的控制。使用单片机对每一个LED进行控制，相对简单可操作。在旋转过程中，计算好每个角度要点亮哪些LED灯，这样连起来的时候就可以形成文字或者图案。

1.2 设计任务

设计一个可以独立工作并且显示可以显示指定字样的旋转LED显示屏。显示“辽宁石油化工大学测控技术与仪器张晓玲”。要求字体显示清晰，系统工作正常稳定。

2 硬件系统设计

2.1 主控芯片选择

本设计使用STC89C52芯片作为主控芯片，片内含8 K ROM，具有在线编程可擦除技术[5]。STC89C52RC是宏晶科技推出的[6]。QFP格式封装的这款单片机，运算速度快，输入功率损耗特别低，抗干扰性特别强。

当程序需要多次调试，烧入程序时只需要对芯片进行电擦除，不需要进行多次插拔，所以不会对芯片造成损坏[7]。烧录简单，容易操作，不易出错。STC89C52RC单片机QFP封装引脚图如图1所示。

图1 STC89C52RC单片机QFP封装引脚图

2.2 电源模块设计与论证

使用无线输电的方法。这是一种新型能量传输方式，无触点，寿命长[8]。其原理如图2所示。

图2 无线供电原理图

2.3 电机方案选择

选用定制的长轴电机。该长轴电动机是一种直流电动机，卡死不会烧坏。电动机轴长外露长度大约为12 mm，电动机的机身高度大约为12 mm，使用电压范围宽，短路电流小。电机采用了更长更细的线圈，使短路电流大大变小。

2.4 红外发射器和接收器

本设计是主板旋转，点亮LED灯来显示文字。但起始点位置，主板何时转了一周，需要一个传感器来检测[9]。而这个传感器最合适的就是红外发射器和接收器。

红外发射器和接收器的工作原理很容易理解。当给红外发射器一个电压，它会发出红外光线，红外线被红外接收器接收后会连通接收器两端[10]。当红外接收器接到信号时，就会导通单片机所在电路，启动单片机对LED进行控制，从而使LED灯依次点亮显示文字[11]。

2.5 硬件电路图

各个部分方案确定后，设计出整体电路连接图，如图3所示。

该电路图主要分为两部分，左边为底座供电部分，右边为单片机控制的主板旋转部分。

底座供电部分是通过线圈L1、L2互感无线传输给主板供电[12]。三极管Q1、电容C3、线圈L1组成震荡器；二极管D1、电容C2组成电机的泄放电路，当电机卡住或者电机两端出现反压时，及时放电，增加电机的安全性。主板旋转部分由线圈L2为整个系统供电。二极管D4整流变成直流给单片机供电；红外接收器D3接收信号；电容C7、C8和晶振组成单片机外围晶振电路[13]。

3 软件程序设计

3.1 软件设计流程图

本设计的单片机的程序设计流程图如图4所示。程序开始时，首先对单片机寄存器和I/O口进行初始化操作，使程序按照之前设计好的初始值开始运行[14]。初始化之后，检测红外接收器是否有信号输入。如果检测到有红外信号输入，就开始读取存储器数据，然后将存储器的数据转换为点阵，再存入显示缓冲区内。如果没有信号输入，就检测内容是否显示完毕。然后把显示缓冲区数据送到显示寄存器中，并且送数据的计数器加1。接着单片机判断内容是否显示完毕，若已经显示完毕，则把送数据的计数器清零，再返回上层继续检测红外信号；若没有显示完毕，则返回上层继续检测有无红外信号输入。一直循环扫描，重新显示整个内容。

3.2 LED点阵代码生成

目前LED的点阵代码都是使用通用的LED点阵代码生成器168KB。其界面图如图5所示。打开界面后，点击“文字预览”后，出现文本框，在文本框里输入想要修改的内容，写好以后，生成hex文件，保存[15]。

图3 整体硬件电路连接图

图4 程序设计流程图

图5 LED点阵代码生成器

4 安装与调试

4.1 电路硬件安装

第一步焊接主板，单片机和贴片LED等一系列元器件。第二步焊接无线供电部分电路。第三步在安装小盒上钻孔。然后合理放置电机、无线供电电路板、LED显示主板。再把线圈放在主板中间的位置。组装完成后，烧入程序，看运行效果。

4.2 程序下载和调试

组装完成后，下一步就是烧入程序。

使用STC自动烧录器（STC下载器）下载程序[16]。显示下载成功后，把主板的磁氧体铁芯插到电动机长轴上，连接上电源，按下开关，看是否能够显示。

刚开始无法烧入程序，各部分逐一检查，最后发现时44脚STC89C51单片机虚焊。重新焊好后，就可以下载程序了。

程序下载后连接上电源，打开开关，可以清楚看到蓝色的字体显示：辽宁石油化工大学 测控技术与仪器 张晓玲。显示3次后，再蓝底红字显示3遍。显示稳定清晰，亮度在白天可以清晰看到，360°可以观看。本设计成功得完成了显示。显示独特，上下左右没有边界，视觉效果生动新颖，给人带来愉悦的视觉享受。

实物图如图6所示。

图6 实物效果图

5 结束语

本设计成功设计出了一种新型的旋转LED显示屏，可以稳定显示字体。可应用于广告和商业，显示独特，视觉效果生动新颖。

[1]陈宇.LED制造技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2013.

[2]李春茂.LED结构原理与应用技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

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[4]周江.旋转LED显示屏[J].电脑学习，2009（5）：91-93.

[5]王建辉，李正民，刘伟伟.基于ARM Cortex-M3的智能数据采集终端的设计[J].计算机与现代化，2011（9）：61-64.

[6]戴特长，郑文庭，夏新星.基于LED柱面屏的全景三维显示系统的数据生成方法[J].系统仿真学报，2013，25（10）：2304-2307.

[7]唐胤明，骆洋.自动旋转LED显示屏设计[J].科技创业家，2012（11）：10-11.

[8]夏增林，陈启军.简易无线供电系统设计[J].微计算机信息，2005（21）：1-2.

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[14]刘珂.基于单片机的旋转式LED广告屏的研制[D].西安：西安科技大学，2013.

[15]蒲灵巧.基于单片机的旋转LED显示屏控制系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2014.

[16]李勇峰，曾林，黄娟，等.转经筒LED台灯的设计与实现[J].电子设计工程，2013，21（4）：5-7.

Design of POV rotating LED display based on SCM

ZHANG Xiao-ling，GUO Ying，LIU Hao-wen
（School of Information and Control Engineering，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，China）

In modern society，the common LED display is mostly used in fixed array，which can only be used for plane display.The traditional screen displays monotonously，which make visual organs tired.So LED's rotating display that use the persistence of vision of the human eye came into being.The design of a new column type of rotating LED display is proposed and it forms into a cylindrical surface by making a row of LED into rotation，thus it can display the text or a picture.This display based on SCM，using a series of LED lamps to rotate quickly，can show different words and pictures，and we must light different LED light in a specific location at every moment.The way it shows a picture or the text is unique and the image that it displays is bright and colorful.

persistence of vision；rotating LED；cylindrical；SCM

TN302

：A

：1674－6236（2017）13-0139-04

2016-06-13稿件编号：201606102

张晓玲（1993—），女，安徽合肥人。研究方向：智能仪器设计。