【文章內(nèi)容簡介】 勢。 國外 LED 顯示屏研究現(xiàn)狀 日本 Hibino公司展示了新產(chǎn)品 STEALTH，這是一款能透視背景的穿透式 LED 顯示屏，可呈現(xiàn)出一個綜合匯聚了影像、照明、舞臺道具、背景燈元素的立體影像空間。從可視性影像到體驗型影像，展示演出及舞臺設(shè)計創(chuàng)意空間得到擴展，視覺表現(xiàn)的世界無限延伸。隨著 LED 高性能材料的發(fā)展， LED 顯示屏也必將得到發(fā)展，從而旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏也將隨之發(fā)展，并相信，旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏將會給人們的生活帶來更多的便利，造福于人類。 研究內(nèi)容 LED 旋轉(zhuǎn)顯示器時基于視覺暫留原理，開發(fā)的一種旋轉(zhuǎn)式 LED顯示屏。本設(shè)計基于STC12C5A60S2 單片機，通過直流電機帶動旋轉(zhuǎn)，在具有一定轉(zhuǎn)速地載體上安裝 16 個 LED發(fā)光器件，各 LED 發(fā)光管等間距排位一條直線，隨著旋轉(zhuǎn)速度的加快，不斷掃描出預設(shè)的文字，圖案等。使用一個霍爾傳感器作為定位傳感器，當旋轉(zhuǎn)一周時，擋光板遮擋光源，光敏三極管的集電極輸出高電平，當離開擋光板時，集電極再次輸出低電平，從而給單片機一個下降沿的跳變型號，產(chǎn)生一個中斷，從而更新顯示。 針對傳統(tǒng) LED 顯示屏視角單一、體積較大、需要的發(fā)光二極 管數(shù)目較多等特點，利用電機帶動 LED 顯示陣列高速旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)環(huán)形顯示，達到 360 全視角，在相同顯示信息量線陣 LED 圖文顯示系統(tǒng) 3 上降低產(chǎn)品體積，減少對發(fā)光二極管的使用，設(shè)計一個可以經(jīng)常方便變換內(nèi)容、能夠攜帶方便、信息容量大、價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單的信息播放系統(tǒng)，即旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏 實際制作的 LED 旋轉(zhuǎn)顯示屏技術(shù)參數(shù)的測試結(jié)果，以及實際的運行效果表明，本文設(shè)計和制作的旋轉(zhuǎn)顯示屏符合設(shè)計要求，具有一定的創(chuàng)新性和實際應用價值。 陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計（說明書） 4 2 線陣 LED 圖文顯示系統(tǒng)設(shè)計方案 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 該系統(tǒng)由六個模塊組成 ,分別為 CPU 處理單元模塊，電動機模塊，紅外對管模塊，LED 模塊，按鍵模塊，電刷模塊。 本設(shè)計選用 STC89C52 為主控制芯片， 利用人的視覺停留效應，控制電動機轉(zhuǎn)速帶動在單片機控制下的 16 個 LED 發(fā)出對應位置亮度。當轉(zhuǎn)到標志桿時，通過紅外一體接收器檢測到，給單片機一信號，然后單片機知道已經(jīng)掃完一屏了。單片機會準備下一屏要顯示的文字或圖形。繼續(xù)開始掃，框圖如下。 圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖 系統(tǒng)設(shè)計方案的比較與選擇 主控芯片的選擇 方案一：采用 STC89C52 單片機，內(nèi)部資源較少，支持在線下載程序，價格便宜，軟件編程較簡單。 方案二：采用 ATmega16 單片機，此單片機具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，支持片內(nèi)編程與調(diào)試，該單片機為單調(diào)指令，執(zhí)行速度快，而且 I/O 口驅(qū)動能力強，應用靈活，價格低廉。 由于本設(shè)計應用資源少， STC89C52 基本可完成設(shè)計需要，所以采用方案一。 電源模塊選擇 旋轉(zhuǎn) LED 顯示屏設(shè)計的成敗，不但取決于電路和程序，而且取決于供電系統(tǒng)。那么該實現(xiàn)對指針板的供電？ 根據(jù)所學知識， LED 線陣圖文顯示系統(tǒng)的供電方式一般有以下三種： (1)自感應發(fā)電 這種方法就是從指針板上引出導線，接入到電機內(nèi)部繞在轉(zhuǎn)子上，電機旋轉(zhuǎn)時該導直流電動機 LED 顯示器 MCU 紅外控制 按鍵控制 線陣 LED 圖文顯示系統(tǒng) 5 線切割磁場產(chǎn)生感應電動勢，經(jīng)過整流后作為指針板上的電源。 這種方式的優(yōu)點是：設(shè)計很巧妙，無機械磨損。更巧妙的是，由于感應出來的電動勢是交流的，所以可以利用該過零信號來定位，不必另外準備定位信號了。 這種方式的缺點是：提供的電流有限，只能適合 LED 較少的旋轉(zhuǎn)時 鐘，當 LED 數(shù)量較多時，需要更多的電流，這種方式就不能滿足了。其次，這種方式要對電機本身進行改造，也有一定的難度。并不是所有的電機都適合這種改造。而且這種改造可能會給電機帶來損害。 (2)自備電池 這種方式，就是在指針板上安裝電池，由電池供電。一般是用兩到三節(jié) 7 號電池。 這種方式的優(yōu)點是：不用擔心電壓波動。也不存在機械磨損，不用擔心接觸不良之類問題的困擾。 這種方式的缺點是：損耗大，成本高，既不經(jīng)濟也不環(huán)保。此外電池很重，一般的電機帶不動，必須用很大的電機。這也意味了成本的上升。 (3)機械傳導供電 這種方式就是采用滑環(huán)和電刷，通過機械接觸傳導電流。 這種方式的優(yōu)點是：能夠提供比較大的工作電流。 這種方式的缺點是：有機械摩擦，會產(chǎn)生磨損。因此要求滑環(huán)和電刷材料要耐磨。另外，還得有足夠的彈性，并且要耐銹，否則會導致接觸不良。有機械阻力，因此要求電機有比較大一點的功率，有機械噪音。 綜合系統(tǒng)以及相關(guān)的要求我們選擇機械傳導供電方案 。 驅(qū)動電機模塊的選擇 方案一：采用步進電機。步進電機能夠準確的定向，但是圖像或者文字的分辨率受到步進電機的步進角度的限制。并且步進電機以及控制電路成本較高，并且需要單 片機控制，占用 CPU 的資源。 方案二：采用普通的直流電機。此方案，使用方便，成本較低，通過簡單的改裝，可以給系統(tǒng)供電。 綜合各方面考慮，為了節(jié)省成本，簡單系統(tǒng)電路，以及更方便的為系統(tǒng)供電，使系統(tǒng)能夠長期工作，故采用方案二。 標志桿裝置的選擇 方案一 :紅外對管光耦合具有，響應速度快，驅(qū)動簡單，安裝容易，容易于單片機通信等特點。如圖 22所示，當上電之后，光耦的光敏二極管的負極輸出低電平，當有物體擋住了光敏二極管感應的紅外光線時，光敏二極管的處于高阻態(tài)，所以集電極輸出高電平，當光敏二極管再次感應到紅外光源的時候，負極極再次輸出低電平，從而給單陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計（說明書） 6 片機一個標志信號。 圖 22 紅外對管裝置圖 方案二：一個霍爾元件一般有四個引出端子，其中兩根是霍爾元件的偏置電流 I 的輸入端，另兩根是霍爾電壓的輸出端。如果兩輸出端構(gòu)成外回路，就會產(chǎn) 生霍爾電流。一般地說，偏置電流的設(shè)定通常由外部的基準電壓源給出；若精度要求高，則基準電壓源均用恒流源取代。為了達到高的靈敏度，有的霍爾元件的傳感面上裝有高導磁系數(shù)的坡莫合金；這類傳感器的霍爾電勢較大，但在 左右出現(xiàn)飽和，僅適用在低量限、小量程下使用。 由于本設(shè)計既要顯示數(shù)字，又要顯示漢字，出于以上考慮，選用方案一。 顯示模塊的設(shè)計選擇 LED 顯示器具有功耗低，接口控制方便等優(yōu)點，而且模塊的接口信號和操作指令具有廣泛的兼容性，并能直接與單片機接口，可方便地實現(xiàn)各種不同的操作，在各類測量及控制 儀表中被廣泛的應用。當在 LED 上顯示漢字時，應先取得漢字的點陣構(gòu)成數(shù)據(jù)，然后將其寫入顯示存儲器中進行顯示。 旋轉(zhuǎn) LED 顯示器是一種通過同步控制發(fā)光二極位置和點亮狀態(tài)來實現(xiàn)圖文顯示的新型顯示器，其結(jié)構(gòu)新穎，成本低廉，可視角度達 360176。 本設(shè)計采用 16個并排發(fā)光二極管，利用人眼的“視覺暫留效應”顯示文字及圖案。 D2LED0D15KR1220R2GNDVCCSTC89C51 線陣 LED 圖文顯示系統(tǒng) 7 3 線陣 LED 圖文顯示系統(tǒng)原理 系統(tǒng)總體設(shè)計原理 旋轉(zhuǎn)時鐘是利用視覺暫留效應設(shè)計出來的，物體在快速運動時 , 當人眼所看到的影像消失后，人眼仍能繼續(xù)保留其影像 秒左右的圖像，這種現(xiàn)象被稱為視覺暫留現(xiàn)象。是人眼具有的一種性質(zhì)。人眼觀看物體時，成像于視網(wǎng)膜上，并由視神經(jīng)輸入人腦，感覺到物體的像。但當物體移去時，視神經(jīng)對物體的印象不會立即消失，而要延續(xù) 秒的時間，人眼的這種性質(zhì)被稱為“眼睛的視覺暫留”。 假設(shè)我們設(shè)定我們的眼睛的暫留時間是 秒，如果我們的 16個 LED旋轉(zhuǎn)一周的時間快過 秒，那么我們看到的圖像就是這一列 LED 在各個位置顯示的圖像的疊加，如右圖，如果我們用定時器把 LED 旋轉(zhuǎn)一周的各個位置分割出 180 分，讓它在相應的位置顯示相應的圖像，那么我們就可以得到一個累加的圖像效果了。 LED 旋轉(zhuǎn)顯示器時基于視覺暫留原理，開發(fā)的一種旋轉(zhuǎn)式 LED顯示屏。本設(shè)計基于STC12C5A60S2 單片機，通過直流電機帶動旋轉(zhuǎn)，在具有一定轉(zhuǎn)速地載體上安裝 16 個 LED發(fā)光器件，各 LED 發(fā)光管等間距排位一條直線，隨著旋轉(zhuǎn)速度的加快，不斷掃描出預設(shè)的文字，圖案等。使用一個紅外傳感器作為定位傳感器，當旋轉(zhuǎn)一周時，擋光板遮擋光源，光敏三極管的集電極輸出高電平，當離開擋光板時，集電極再次輸出低電平，從而給單片機一個下降沿的跳變型號，產(chǎn)生一個中斷，從而更新顯示。 微控制器原理 微控制器的介紹 單片微型計算機簡稱單片機，是典型的嵌入式 微控制器 （ MicrocontrollerUnit），常用英文字母的縮寫 MCU 表示單片機，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域 [7]。單片機由 芯片內(nèi)僅有 CPU的專用 處理器 發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU集成在一個芯片中，使 計算機系統(tǒng) 更小，更容易集成 到 復雜的而對體積要求嚴格的控制設(shè)備當中。單片機不是完成某一個邏輯功能的芯片，而是把一個 計算機系統(tǒng)集成 到一個芯片上。相當于一個微型的計算機，和計算機相比，單片機只缺少了 I/O 設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺計算機。它的 體積小、質(zhì)量輕、價格便宜 ， 為學習、應用和開發(fā)提供了便利條件。同時，學習使用單片機是了解計算機原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機是一種集成 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU、 隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。 陜西科技大學畢業(yè)設(shè)計（說明書） 8 的介紹及引腳定義 （ 1） STC89C52 單片機 在本設(shè)計中，選用 STC 公司生產(chǎn)的單片機，型號為 STC89C52[8]。 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 [3]。 STC89C52 具有以下標準功能： （ a） 增強型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期和 12 時鐘 /機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 （ b）具有 8K 字節(jié)程序存儲空間。 （ c）內(nèi)帶 4K 字節(jié) EEPROM 存儲空間。 （ d） 512 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間。 （ e） 工作電壓： ～ （ 5V單片機） /～ （ 3V單片機） 。 （ f） 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作頻率可達 48MHz。 （ g） 通用 I/O 口（ 32 個）復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻 。 （ h） ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ RxD/,TxD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片 。 （ i） 具有看門狗功能 。 （ j） 共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。即定時器 T0、 T T2。 （ k）外 部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路， PowerDown 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 。 （ l） 通用異步串行口（ UART），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART。 （ m）工作溫度范圍： 40～ +85(工業(yè)級 )/0～ 75（商業(yè)級）。 （ n）封裝： LQFP44， PDIP40， PLCC44， PQFP44。 （ 2） STC89C52 單片機的工作模式和引腳定義 （ a） STC89C52RC 單片機的工作模式 ： 掉電模式：典型功耗 A， 可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序 ； 空閑模式：典型功耗 2mA 典型功耗 ； 正常工作模式：典型功耗 4mA～ 7mA 典型功耗 。 （ b） STC89C52RC 引腳 定義 說明 ： 線陣 LED 圖文顯示系統(tǒng) 9 圖 31STC89C52 單片機引腳圖 VCC（ 40 引腳）：電源電壓 ； VSS（ 20 引腳）：接地 。 P0 端口（ ～ ， 39～ 32 引腳）： P0 口是一個漏極開路的 8 位雙向 I/O 口。作為輸出端口，每個引腳能驅(qū)動 8 個 TTL 負載 ， 對端口 P0 的 每個引腳