旋轉LED顯示屏設計

張 亞

（常州信息職業技術學院電子與電氣工程學院 江蘇 常州 213164 ）

0 引言

旋轉LED 顯示屏是利用機械轉動動態掃描代替傳統逐行掃描方式，是一種新型的顯示屏，具有成本低，可視范圍大的特點，是LED 顯示屏的一個新的發展方向。 它具有功耗小、 壽命長、 色彩好等優點。LED 顯示屏已廣泛應用于廣告、車站、銀行、商場等公共場所。

旋轉LED 顯示屏是通過一個旋轉的支架， 支架上排列的LED 受單片機控制在特定的位置亮或滅，從而顯示出特定的字符或圖形。 本設計以單片機作為核心控制器件，通過控制電機保持一定的速度穩定旋轉，帶動單排LED 旋轉，形成掃描顯示屏；單片機根據LED 旋轉的速度， 控制LED 發光或熄滅， 在視覺上形成平面圖形點陣的顯示效果。 顯示的字符或圖形看起來是漂浮在空中的，不僅美觀，而且新穎。

1 硬件設計

1.1 總體構成

旋轉LED 顯示屏主要由支架、驅動裝置、控制卡和LED 等部分構成，通過控制卡同步控制電機的轉動與LED 點亮狀態，使電機每旋轉一定角度，LED 狀態改變一次，在旋轉到任何一個位置，都將有一個惟一確定的狀態相對應，如果使LED 旋轉速度足夠快，顯示屏便可以形成一個完整穩定的圖案。

經過分析、比較，最終確定了以89C51 作為控制器。 由于89C51芯片的片內存儲器容量有限，我們另外擴展了一塊存儲器芯片作為字庫存儲器，儲存一個完整的漢字庫，為顯示屏提供顯示內容。

為了解決計算機向旋轉中的單片機傳送數據的問題.采用了無線傳輸的方式： 計算機通過無線數傳模塊A 傳送給無線數傳模塊B，再通過無線數傳模塊B 給控制器。

此外，在顯示屏高速旋轉時，顯示內容的穩定與否取決于轉動的相位與LED 發光時間的配合精度， 所以還需要一個校準器件來判斷顯示屏的轉動是否到達準確位置并根據結果做出校正處理，本設計中選用了霍爾元件進行相位檢查并完成校正功能， 使LED 發光與旋轉保持同步。 硬件構成如圖1 所示。

圖1 硬件構成圖

1.2 部分單元電路設計

1.2.1 無線數傳模塊

從計算機串口接收數據，可以在顯示屏工作的狀態下直截通過電腦進行顯示內容的改變。 實現該功能的是紅外發送和接收電路。 紅外發送電路有雙重功能：一是，從計算機串口接收數據；二是，將接收的信號調制成紅外傳輸信號。計算機的數據可以通過串口調試軟件直接發出，發出的數據每包為固定的20 個ASCII 字符或10 個漢字，采用低速發送以提高紅外傳輸的準確度。

為了在顯示屏高速旋轉工作的狀態下能準確無誤地接收到紅外數據，我們在與顯示主板相聯的旋轉中軸上端打一個通孔，在通孔上安裝紅外接收模塊，讓紅外模塊接收到的數據直截送給顯示主板上的控制器。在紅外接收模塊的正上方上固定安裝的一個與紅外發射頭相聯的發射板。發射板是以AT89C51 為控制核心。所有從電腦串口傳送過來的數據都是通過它轉變成帶有38K 載波的紅外數據格式送給紅外發射頭供發射使用。 具體電路如圖2。

圖2 無線發送和接受電路

1.2.2 顯示電路

由于89C51 是8 位數據處理器， 在設計時使用兩片74HC573 實現雙緩沖的結構，以保證16 位數據同時送到LED 上。 發光二極管的亮度決定了顯示屏的視覺效果， 我們采用2803 芯片為發光二極管提供驅動。

1.2.3 相位檢測電路

相位檢測電路如圖3 所示。 當顯示屏旋轉到磁鐵所在位置時，圖3 中的霍爾元件將會輸出一個低電平脈沖至89C51， 作為位置基準信號。

圖3 相位檢測電路

2 軟件設計

顯示內容的接收、轉換、同步、顯示都在控制器的控制之下。 根據數據的處理過程，編寫相應的控制軟件。顯示屏旋轉時，霍爾傳感器檢測到磁場信號送給單片機，單片機通過數據處理，每16 個數據顯示一個漢字，實現漢字輸出。

當程序開始運行的時候，首先就是要對程序進行初始化。 初始化之后，由紅外接收器判斷是否有數據送入，如果有數據送入就通過紅外接收器進行接收，然后將該數據轉換為點陣，再存入顯示緩沖區，再根據霍爾元件檢測到的同步信號，對數據進行校對。 如果紅外接收器沒有檢測到數據輸入，則直接檢查霍爾元件是否有同步信號，有則就返回初始化操作，無就直接讀取片外存儲器提取字庫，然后進行顯示。對送數據計數器進行加1 指令。隨后返回到初始化操作之后進行循環掃描。

3 結束語

本系統以單片機芯片為核心部件，通過電腦來控制和調節所要顯示的內容，通過紅外數據傳輸可實現在顯示屏旋轉中對顯示內容進行更改。在設計過程中，力求硬件線路簡單，充分發揮軟件在編程方面靈活的特點，來滿足系統設計的要求。

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