旋轉字幕

文 河南省南陽市第一中學 張佳羽

點陣顯示屏作為信息傳遞的平臺，被廣泛地應用于學校、商場等場合，但隨著顯示內容的增加，顯示屏幅面也要增大，不僅增加成本，也不便于維護。

如果能采用旋轉燈效的柱狀LED顯示屏，實現旋轉字幕的設計，就可以在不增加LED數量的基礎上顯示所需的內容。

一、制作材料

單片機、直流電機、發光二極管、整流二極管、紅外發射管、紅外接收管、三極管、電阻、電容、電池、銅線等。

二、制作過程

（一）硬件系統

1.旋轉主板

旋轉主板包含主控模塊和顯示模塊，如圖1所示。STC15F2K32S2單片機是主控模塊核心，承擔著檢測電機轉速、確定顯示起始位置、控制LED顯示的任務。將單片機、程序下載口和紅外接收管焊接在主板背面，LED顯示模塊垂直固定在主板正面。

圖1 旋轉主板

2.供電底座

供電底座即電源模塊，主要包括直流電源輸入插座、振蕩電路、輸電線圈、直流電機、紅外發射管和啟停按鈕。

由于供電底座要承載主板，且在主板旋轉時不能振動，因此我選用一個鐵盒作為底座的包裝。將直流電源插座和啟停按鈕安裝在鐵盒外壁兩側，振蕩電路和電機焊接后安裝在鐵盒內部，輸電線圈和紅外發射管裝在鐵盒頂端，如圖2所示。將旋轉主板和供電底座安裝在一起，整體效果如圖3所示。

圖2 供電底座

圖3 系統整體實物圖

（1）供電方案

電機和旋轉主板共用一個電源，電源給電機直接供電，旋轉主板通過線圈耦合的方式進行無線供電。這種方式設計簡單，但傳輸距離短，為了保證傳輸效率，兩個線圈的間隙應小于1cm。

由電磁感應原理可知，要使原邊線圈產生磁場，通過線圈的電流必須為變化的。而供電的電源為直流電，它與線圈之間必須加一個振蕩電路，所以我加了一個LRC振蕩電路，如圖 4（a）所示，經過兩個具有推挽結構的三極管產生直流脈沖，L1獲得一個高頻的電壓信號，此信號通過電磁感應傳給整流電路中的L2，如圖4（b）所示。L2將這個信號整流、濾波、穩壓后即可得到單片機和LED的供電信號，即旋轉主板的供電電源。

（2）直流電機驅動與轉動測量模塊

在電機和電源之間串聯一個按鈕開關。將電機固定在底座內部的頂端，電機軸通過頂端的孔延伸出來，便于連接旋轉主板。

紅外發射和紅外接收對管用于測量電機轉速和轉動位置，由單片機控制；為紅外發射管串聯一個470Ω的電阻，紅外接收管串聯一個2KΩ的電阻，用作限流。

圖4 振蕩電路和整流電路原理圖

圖5顯示效果

（二）控制程序編寫

本次設計采用Keil μVision4作為編程環境。首先提取字模，再設計顯示程序。程序通過紅外對管檢測，確定顯示起始位置，單片機從顯示數據庫中讀取所要顯示的字的字模數據，按照點陣逐列傳給LED顯示，顯示完成后將LED狀態重置，延時后開始下一階段顯示。因此，程序主要分為電機轉速檢測、起始位置確定和滾動顯示3個模塊，用三個中斷實現。

LED逐列顯示，通過高速旋轉顯示相應的內容，因此，影響顯示效果的主要因素就是亮、滅時間的合理選擇，過長或過短都會導致字體變形。經過多次測試，亮、滅時間比例為3∶4時顯示效果最佳。