引言

　　科技快速發(fā)展的今天，LED顯示屏已成為一種新型的電子屏幕廣告媒體,，相比傳統(tǒng)的噴繪,、寫真的廣告畫面死板、不活潑的廣告牌,、廣告燈箱等,，LED顯示屏給人們帶來了清晰明了、新鮮活潑的廣告宣傳效果,，同時LED顯示屏可以全程由電腦操控,，屏幕資源也可以重復(fù)利用，提高了諸多企業(yè)的經(jīng)濟效益,。

　　目前市場上LED顯示屏較多的利用發(fā)光二極管所構(gòu)成的點陣模塊或像素單元而組成的大面積平板顯示屏幕,，該屏幕利用快速行掃描或列掃描而形成文字或圖案，掃描顯示時有一個突出特點就是任何時刻只有一列LED發(fā)光,，從左起,，控制每一列的位選端，依次從首列逐列顯示到末列基于這一點,，可以只采用一列LED,，通過旋轉(zhuǎn)形成一個等效點陣，并借軟件程序改變LED的位置來模擬點陣的列掃描,，即所說的LED旋轉(zhuǎn)屏,。尤其在當前低碳節(jié)能環(huán)保的背景下,，如何用較少的材料設(shè)計出能夠?qū)崿F(xiàn)同等效果顯示屏具有一定的探索意義。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　LED旋轉(zhuǎn)屏顯示系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示,。AVR主控芯片是整個顯示系統(tǒng)的核心,，由于系統(tǒng)要借助紅外控制單元實現(xiàn)顯示內(nèi)容的更新，加之系統(tǒng)后期的可擴展性,，在綜合考慮應(yīng)用需求和成本后,，選用了高性能、低功耗的AVR微處理器ATmega16L作為主控單元的核心芯片,。ATme-gal6L工作電壓為2.7～5.5 V,，所以采用3.7 V鋰電池對AVR芯片和列LED顯示單元獨立地供電，這樣就解決了該旋轉(zhuǎn)屏設(shè)計過程中的電源供電問題,。

　　1.1 AVR基本外圍電路設(shè)計

　　AVR單片機的基本硬件電路包括復(fù)位電路、晶振電路,、A／D轉(zhuǎn)換濾波電路,、ISP下載接口等幾部分。

　　1.1.1 復(fù)位電路

　　復(fù)位電路的設(shè)計如圖2中區(qū)域①所示,。ATmega16L已經(jīng)內(nèi)置了上電復(fù)位設(shè)計,，并且在熔絲位里，可以控制復(fù)位時的額外時間,，故AVR外部的上電復(fù)位電路可以設(shè)計得很簡單：直接接一只10 kΩ電阻（R17）到Vcc即可,。為了可靠，再加上一只0.1μF的電容（C1）以消除干擾和雜波,。圖中D17（IN4148）的作用有兩個：一是將復(fù)位輸入的最高電壓鉗在Vcc+0.5 V左右,；二是在系統(tǒng)斷電時，將R17（10 kΩ）電阻短路,，使C1快速放電,，讓下一次來電時，能產(chǎn)生有效的復(fù)位,。當AVR處于工作狀態(tài)時,，按下開關(guān)S1，復(fù)位腳RESET變成低電平,，觸發(fā)AVR芯片復(fù)位,。

　　1.1.2 時鐘電路

　　時鐘電路的設(shè)計如圖2中區(qū)域②所示。內(nèi)置了RC振蕩電路,，并可產(chǎn)生1 MHz,，2 MHz，4 MHz,，8 MHz的振蕩頻率,。但是當要求比較精確的波特率時,，建議通過外部的電路實現(xiàn)，如圖2中區(qū)域②所示的電路,。圖中晶振兩端均接入了22 pF的電容,。ATmega16L實際使用時，這兩只小電容不接也能正常工作,。不過為了線路的規(guī)范化仍然建議接上,。

　　圖1中的時鐘單元不但包括ATmega16L的時鐘電路，還涉及實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)屏實時時間顯示的電路,，即在ATmega16L主控芯片的D接口接入諸如DS1302時鐘芯片,，使旋轉(zhuǎn)屏實時顯示2100年以前的年月日等時間值。

　　1.1.3 ISP下載接口

　　ISP下載接口如圖2中區(qū)域③所示,。該接口不需要其他器件,，這里使用雙排2×5插座接入接口，使用插座形式也為日后升級AVR內(nèi)的軟件提供方便,。由于沒有外圍器件,，故PB5（MOSI），PB6（MISO）,，PB7（SCK）,，RESET腳仍可以正常使用，不受ISP的干擾,。

　　1.1.4 A／D轉(zhuǎn)換濾波電路

　　A／D轉(zhuǎn)換濾波電路如圖3所示,。為減小A／D轉(zhuǎn)換的電源干擾，ATmega16L芯片有獨立的A／D電源供電,。在Vcc串上一只10μH的電感L1,，然后接一只0.1μF的電容C5到GND。使用了ATmega16L內(nèi)部自帶的2.56 V標準參考電壓,，也可以從外部電路輸入?yún)⒖茧妷?，比如可以在外部接入TL431基準電壓源，并且在AREF引腳接一只0.1μF的電容C3到GND,。

　　1.2 紅外接收／發(fā)射控制單元

　　在LED旋轉(zhuǎn)屏旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)中,，可以借助紅外感應(yīng)技術(shù)將顯示內(nèi)容、畫面進行隨時更新,。紅外發(fā)射模塊是一種類似遙控器,，獨立于旋轉(zhuǎn)屏的電路器件，將紅外接收模塊（irDA）固定在柱形旋轉(zhuǎn)屏的頂部,。

　　1.3 霍爾傳感器單元

　　在LED旋轉(zhuǎn)屏旋轉(zhuǎn)過程中,，要使顯示的內(nèi)容流暢、不閃爍,，所處理的關(guān)鍵問題就是讓旋轉(zhuǎn)屏每轉(zhuǎn)一周所顯示內(nèi)容的起點是相同的,，即所謂的同步,。實際操作中需要借助感應(yīng)信號，來識別旋轉(zhuǎn)屏已轉(zhuǎn)到一周的起始位置,，然后觸發(fā)相應(yīng)程序,，使得顯示的內(nèi)容保持穩(wěn)定。該設(shè)計借助霍爾傳感器得到感應(yīng)信號,，從而實現(xiàn)了同步處理,。

　　2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　LED旋轉(zhuǎn)屏的軟件程序設(shè)計主要包括由兩個中斷所實現(xiàn)的多內(nèi)容、多形式的圖案顯示,。系統(tǒng)上電后,，首先檢測紅外信號，如果收到紅外信號,，則首先確定所要顯示的內(nèi)容,，然后由安裝在系統(tǒng)底部的霍爾元件檢測開關(guān)信號來判別列LED旋轉(zhuǎn)時的起點位置，獲得相應(yīng)信號后,，AVR芯片通過數(shù)據(jù)處理,，將各列數(shù)據(jù)依次送給旋轉(zhuǎn)中的列LED，進而以點陣屏的形式顯示相應(yīng)內(nèi)容,。系統(tǒng)主體流程圖如圖4所示。

　　3 設(shè)計過程中解決的關(guān)鍵問題

　　3.1 電源問題

　　基于ATmega16L的工作電壓,，采用了3.7 V鋰電池對主控系統(tǒng)進行獨立供電,。將鋰電池固定在旋轉(zhuǎn)底座上，協(xié)同整個控制系統(tǒng),，隨著電機轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動,，并且預(yù)留接口可隨時對電池充電。

　　3.2 平衡問題

　　基于貼片器件的顯示系統(tǒng)相比直插器件構(gòu)成的系統(tǒng)在體積上更小了,，但是整機機械結(jié)構(gòu)仍是不可小覷的問題,，在設(shè)計中利用對稱性結(jié)構(gòu)，將底座設(shè)計,、器件放置力求平衡,，盡量減少由機械振動帶來的負面影響。圖5（a）為LED旋轉(zhuǎn)屏靜止狀態(tài)的結(jié)構(gòu)圖,；圖5（b）為旋轉(zhuǎn)屏工作狀態(tài)截圖,。

　　3.3 同步問題

　　要使得旋轉(zhuǎn)屏能顯示穩(wěn)定、清晰的畫面,，直流電機的轉(zhuǎn)速是最大關(guān)鍵,。當采用固定電壓源給電機供電時，可通過分壓電阻控制電機達到最優(yōu)轉(zhuǎn)速,。本設(shè)計在調(diào)試階段,，采用的是可調(diào)穩(wěn)壓電源供電,，相對更易于操作。

　　3.4 延遲問題

　　該系統(tǒng)在調(diào)試過程中主要體現(xiàn)出了兩種顯示問題,，其一在一輪顯示內(nèi)容后有一串亂碼,，其二顯示內(nèi)容橫向有拖影，使得文字不清晰,。對前種情況可借助延遲子函數(shù)給予合適的延遲時間,，對于后種情況，可在列掃描過程中加入一列或多列反電平,，從而加大文字之間的時隙,。

　　4  結(jié)語

　　基于AVR芯片技術(shù)和貼片技術(shù)設(shè)計的LED旋轉(zhuǎn)屏，是在支架上安裝一列貼片式LED,，在直流電機的帶動下旋轉(zhuǎn),，利用人們的視覺暫留效應(yīng)，顯示出完整的文字或圖案,。該屏由于是旋轉(zhuǎn)顯示,，因此可以從360°全方位的范圍內(nèi)觀看顯示內(nèi)容，同時,，該旋轉(zhuǎn)屏實現(xiàn)了利用少量的發(fā)光二極管實現(xiàn)傳統(tǒng)方式下需要海量的發(fā)光二極管才能實現(xiàn)的顯示屏,，并且貼片式器件的設(shè)計從體積上來說也使系統(tǒng)更加小巧玲瓏。在完成相應(yīng)軟件,、硬件調(diào)試后,，結(jié)果表明該設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)低成本高質(zhì)量的顯示宣傳效果，具有一定的實用價值,。