基于視覺暫留的LED顯示屏設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

于立勇

【摘 要】利用視覺暫留效應(yīng)原理制作LED顯示屏，是國(guó)外發(fā)展而國(guó)內(nèi)并未大規(guī)模商業(yè)化的新興技術(shù)，此技術(shù)能以少量LED實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方式下大量LED才能實(shí)現(xiàn)的顯示屏，具有節(jié)能、輕便、可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，可以讓高速運(yùn)動(dòng)的物體（如地鐵、火車、飛機(jī)等）上的人看清地面上靜止的標(biāo)志不會(huì)產(chǎn)生一絲的眩暈感。彌補(bǔ)了高速運(yùn)動(dòng)顯示圖像的不足。

【關(guān)鍵詞】視覺暫留；LED

為了能更直觀介紹這項(xiàng)技術(shù)。本人闡述了基于視覺暫留的LED顯示屏原理，利用AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)單的制作了顯示屏，展示了基于視覺暫留的LED顯示屏的原理和效果。

一、背景及技術(shù)介紹

（一）我國(guó)的LED發(fā)展形勢(shì)

近年來，我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，從全球LED產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局看，當(dāng)前國(guó)內(nèi)LED封裝企業(yè)自動(dòng)化水平提升較快，以道路照明為主的照明應(yīng)用產(chǎn)業(yè)取得了突破性發(fā)展，LED封裝和應(yīng)用方面在規(guī)模和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面在全球具有重要影響力；另一方面，國(guó)內(nèi)LED外延和芯片企業(yè)的產(chǎn)能和技術(shù)水平有了一定提升，上游產(chǎn)業(yè)保持了良好的發(fā)展勢(shì)頭，LED的發(fā)展已經(jīng)成為不可擋的趨勢(shì)。

但是，對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)的物體傳統(tǒng)的顯示技術(shù)是不能滿足廣大用戶的需求，例如北京的地鐵在運(yùn)行過程中兩側(cè)不能設(shè)置任何靜態(tài)的LED顯示燈，否則坐在車內(nèi)的乘客會(huì)感到會(huì)頭暈眼花。

現(xiàn)階段，我國(guó)用于演唱會(huì)等場(chǎng)所的產(chǎn)品主要是LED顯示屏和熒光棒，普通LED顯示屏由于體積大、阻礙視線等原因限制了此產(chǎn)品的大量使用，而熒光棒雖然價(jià)格便宜、體積小卻不能顯示字體，所以，如果有一個(gè)產(chǎn)品能中和以上兩種產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，那么它會(huì)有很大的發(fā)展空間，基于視覺暫留效應(yīng)的顯示屏就具有這種發(fā)展?jié)摿Γ哂袩晒獍舻捏w積，搖動(dòng)后就會(huì)有LED顯示屏的平面顯示效果，具有體積小、價(jià)格低、亮度高、壽命長(zhǎng)、能耗少等諸多優(yōu)勢(shì)。

（二）基于視覺暫留效應(yīng)的LED技術(shù)介紹

視覺暫留的英文是Persistence Of Vision，縮寫為POV，是指當(dāng)人們眼前的物體被移走之后，該物體反映在視網(wǎng)膜上的物象不會(huì)立即消失，會(huì)繼續(xù)短暫滯留0.1—0.4秒。人眼視覺的生理功能可以將一系列獨(dú)立的畫面組合起來，成為連續(xù)運(yùn)動(dòng)的視象，這就是視覺暫留效應(yīng)，也是電影、幻燈片等能放映的基本原理。比如電影，電影片放映機(jī)以24幀/s的速度過卷，由于視覺滯后效應(yīng)，使映現(xiàn)在屏幕上的單個(gè)靜態(tài)畫面，變成了連續(xù)動(dòng)作的圖文畫面，配上聲音就成了電影。

POV LED技術(shù)就是利用眼睛的暫留作用，利用眼睛與LED燈的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用一排燈通過相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到顯示一個(gè)平面的目的。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)包括兩種：一種是LED燈不動(dòng)而觀察者移動(dòng)，如地鐵隧道廣告，另一種是LED燈運(yùn)動(dòng)觀察者不動(dòng)，如旋轉(zhuǎn)顯示屏。正是這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，彌補(bǔ)了高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下圖像顯示的空白。

二、硬件電路設(shè)計(jì)

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。具有體積小、高亮度、多顏色、堅(jiān)固耐用、耗電量低、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

電路圖的硬件連接如下圖，單片機(jī)的P0口和P1口接16個(gè)LED燈，16個(gè)LED共陽極連接，P3.2接紅外遮擋器，通過軟件調(diào)節(jié)各個(gè)LED燈亮滅順序，在搖動(dòng)的時(shí)達(dá)到顯示平面的目的。

三、軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）程序原理說明

單片機(jī)P3.2接紅外遮擋器，當(dāng)向右搖時(shí)P3.2為高電平，向左搖時(shí)P3.2為低電平，通過檢測(cè)P3.2的高低電平確定搖動(dòng)方向，向右搖擺顯示內(nèi)容，向左搖擺不顯示。

由于邊緣處擺動(dòng)速度不均勻，會(huì)出現(xiàn)顯示不完全的情況，通過設(shè)置空位字符來調(diào)整，左側(cè)兩個(gè)空位，右側(cè)一個(gè)空位，共七個(gè)字符。

通過檢測(cè)七個(gè)漢字是否顯示完全來確定搖擺幅度，顯示完全有剩余時(shí)間則下次顯示時(shí)間減5*10個(gè)時(shí)鐘周期，顯示不完全則下次顯示時(shí)間增加5*10個(gè)時(shí)鐘周期，通過不斷地檢測(cè)來跟蹤、調(diào)節(jié)顯示速度，達(dá)到穩(wěn)定顯示的目的。

（二）顯示屏實(shí)現(xiàn)

設(shè)定程序，使每個(gè)顯示屏的16個(gè)LED燈都點(diǎn)亮，待搖動(dòng)后由于視覺暫留效應(yīng)就會(huì)顯示穩(wěn)定的平面的顯示效果，如果設(shè)定程序，控制這16個(gè)LED燈的亮滅順序，就可以制成顯示漢字或者圖片的顯示屏了。

通過一個(gè)單片機(jī)豎向連接一排16個(gè)LED燈，對(duì)單片機(jī)設(shè)定程序，控制16個(gè)LED燈的亮滅順序，搖擺之后就可以顯示提前設(shè)定的漢字或者圖片，顯示效果如下：

四、總結(jié)

基于視覺暫留的LED顯示技術(shù)最大的成功之處在于兩種不同領(lǐng)域的技術(shù)結(jié)合，達(dá)到了整體大于部分之和的功效，展示了這項(xiàng)技術(shù)在高速領(lǐng)域應(yīng)用的廣闊前景，加上LED節(jié)能、高亮度、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，引導(dǎo)更多的人們關(guān)注基于視覺暫留顯示屏領(lǐng)域的應(yīng)用，相信在不遠(yuǎn)的將來就會(huì)應(yīng)用于各種場(chǎng)所。

【參考文獻(xiàn)】

【1】王祖一，陸小民.LED顯示屏技術(shù)要點(diǎn)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2018（18）：135-136.

[2]馮玉森. 基于機(jī)器視覺的LED顯示屏面缺陷檢測(cè)技術(shù)[D].西安電子科技大學(xué)，2013.