中心議題：

• 學(xué)習(xí)動態(tài)LED顯示系統(tǒng)
• 硬件系統(tǒng)的設(shè)計

解決方案：

• 利用人眼視覺暫留" title="視覺暫留">視覺暫留效應(yīng)
• 通過單片機(jī)精確控制LED的亮滅時間

• 軟件采用實時的方式取模

研制一種利用人眼視覺暫留效應(yīng)的線陣LED動態(tài)顯示系統(tǒng)" title="動態(tài)顯示系統(tǒng)">動態(tài)顯示系統(tǒng).該系統(tǒng)由電機(jī)帶動一列LED高速旋轉(zhuǎn)，通過單片機(jī)精確控制LED的亮滅時間,，從而實現(xiàn)字符,、圖形及簡單動態(tài)畫面的顯示.采用Visual Basic 6.0編寫取模軟件，將要顯示的內(nèi)容取模轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,，并將該信號用無線或有線方式傳輸給顯示屏,。系統(tǒng)由PC機(jī)端軟件、移動控制器,、顯示屏3部分組成,，能夠?qū)崟r變更顯示內(nèi)容及顯示方式，可在360,。范圍內(nèi)提供清晰的顯示畫面,。

LED點陣作為一種新型的顯示材料，近年來發(fā)展很快,，市場前景良好,。其中LED大屏幕顯示屏被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、交通,、商業(yè)廣告,、新聞發(fā)布、體育比賽,、電子景物模擬等領(lǐng)域.但現(xiàn)有的LED大屏幕,，要求數(shù)量眾多的LED和驅(qū)動芯片，并且控制復(fù)雜,，使得顯示屏價格昂貴,，不易操作。目前國內(nèi)有一些研究成果存在顯示亮度不均勻,、不能實時顯示等缺點,。據(jù)了解，一般都是將要顯示的內(nèi)容燒錄進(jìn)芯片,，內(nèi)容固定循環(huán)顯示,，無法實時變更顯示內(nèi)容及顯示方式,，不方便使用，而且價格昂貴.本文將應(yīng)用視覺暫留的原理,，研制出一種新型環(huán)形顯示系統(tǒng),。通過電機(jī)帶動一列64位LED高速旋轉(zhuǎn)，由單片機(jī)精確控制實現(xiàn)字符,、圖形及簡單動態(tài)畫面的清晰顯示,，可實時變更顯示內(nèi)容及顯示方式.系統(tǒng)原理應(yīng)用巧妙、技術(shù)含量高,、成本低廉,、市場前景廣闊，可成為新的經(jīng)濟(jì)增長點,。

1 原理

1.1 視覺暫留效應(yīng)

視覺暫留效應(yīng)是指景物發(fā)出或反射的光,，在人的視網(wǎng)膜上所形成的光像會在人的視覺中保留一段時間，即使景物從視野中消失,，所成的光像也不會馬上消逝.暫留時間約為0.05～0.2s,。實驗表明，當(dāng)外界光源突然消失時,，人眼的亮度感覺是按指數(shù)規(guī)律逐漸減少的,。這樣當(dāng)一個光源反復(fù)通斷，在通斷頻率較低時,，人眼可以發(fā)現(xiàn)亮度的變化,；而通斷頻率增高時，眼睛就逐漸不能發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的亮度變化了,。通過實驗證明臨界閃爍頻率大約為24Hz,。因此采用每秒24幅畫面的電影，在人看起來就是連續(xù)活動的圖像了,。由于視覺具有暫留性,，人們在高于臨界閃爍頻率的反復(fù)通斷的光線時，所得到的主觀亮度感受實際上是客觀亮度的平均值,。視覺暫留效應(yīng)可以說是靜態(tài)圖像和運動圖像顯示的視覺生理基礎(chǔ).當(dāng)光源是以脈沖式發(fā)光時(間隔很小時),，人看上去會感覺到它是一直發(fā)光的，是平均的亮度,。

1.2 顯示基本原理

本系統(tǒng)是利用視覺暫留原理來實現(xiàn)字符或圖像的顯示,。把64個超高亮度的LED并排成一列，然后將要顯示的漢字分解為32×32的點陣式,、圖型分解為64×64的點陣式，通過單片機(jī)編程把每一列的數(shù)據(jù)按順序送給LED點陣,，通過電機(jī)的高速轉(zhuǎn)動帶動LED旋轉(zhuǎn),，每一圈就重新刷新要顯示的內(nèi)容,，這樣由于人眼的視覺暫留效應(yīng)，使人看到的顯示內(nèi)容效果跟平面連續(xù)顯示效果一樣,。

2 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)主要有移動控制器和顯示屏兩部分組成,，如圖1所示。移動控制器主要負(fù)責(zé)接收PC機(jī)端軟件取摸數(shù)據(jù),、加入控制字符并保存,，還能向顯示屏發(fā)送特定控制命令、切換顯示內(nèi)容,、改變顯示效果,。顯示屏主要有電機(jī)控制轉(zhuǎn)速和單片機(jī)控制E3jLED顯示內(nèi)容等。

2.1 移動控制器

移動控制器是由5部分組成：單片機(jī)AT89C55,、串行口收發(fā)器,、無線發(fā)送模塊、鍵盤,、液晶顯示屏,。

單片機(jī)選用AT89C55，內(nèi)存量較大,；串行口收發(fā)器,，利用成熟的串行收發(fā)芯片MAX232組成；無線發(fā)送模塊,，采用RFW102芯片組,，它是一種半雙工DSSS的無線收發(fā)兩用Ic，采用ASK調(diào)制方式,，工作頻率是2.4GHz,，功耗非常低.該芯片組是短程無線收發(fā)Ic，最高傳輸速率為1Mb/s,；鍵盤控制鍵由4個鍵組成,，分別為“確定”、“退出”,、“左移”,、“右移”，由于鍵數(shù)較少,，所以分別直接接到4個I/O口,；液晶顯示屏，選用128x64的液晶模塊,，可與CPU直接通訊.鍵盤和液晶組成了強大的遙控控制菜單,。通過“退出”、“確定”、“左移”,、“右移”4個鍵實現(xiàn)從PC機(jī)接受數(shù)據(jù),、保存數(shù)據(jù)、無線發(fā)送數(shù)據(jù)等強大功能,。

2.2 顯示屏

顯示屏主要由單片機(jī)控制電路,、一列64位超高亮度LED組成的列點陣、電機(jī)3部分組成,。

單片機(jī)控制電路主要由89S8252單片機(jī),、無線接收模塊和若干7415373鎖存器組成。利用高性價比的AT89S8252單片機(jī)作為主控制器,，它自帶EEPROM,，可作為顯示緩存，省去常規(guī)的擴(kuò)展外部存儲器,，簡化外圍電路,，兼容MCS51指令，是功能強大的單片機(jī),。電路設(shè)計了有線和無線兩種接收數(shù)據(jù)方式,，無線方式接收數(shù)據(jù)后，把數(shù)據(jù)存儲在EEPROM中,，這樣斷電后也不會丟失數(shù)據(jù),。另外在單片機(jī)的總線上擴(kuò)展了8個7415373，每個7415373控制8個LED,，因此單片機(jī)能靈活控制64個LED的亮滅狀態(tài),。

電機(jī)部分由可調(diào)速直流電機(jī)、直流調(diào)速器,、電刷組成,。電機(jī)選用Panasonic公司所生產(chǎn)的一款速度可調(diào)的直流電機(jī)，它的額定工作電壓是220V,，可調(diào)速度范圍是0～6000 r/min.調(diào)速系統(tǒng)采用端電壓調(diào)速法,。
 

3 軟件系統(tǒng)

3.1 PC機(jī)軟件

PC機(jī)軟件采用Visual Basic 6.0編程。能直接取字模,、發(fā)送數(shù)據(jù),，界面友好，操作簡單,。主要功能是實時將漢字,、英文、數(shù)字以及圖型在PC機(jī)上轉(zhuǎn)換為一定規(guī)則的數(shù)據(jù)信息,，并將此數(shù)據(jù)通過Pc機(jī)的串行口傳送到單片機(jī)處理,。

3.1.1 設(shè)計思路

軟件采用實時的方式取模：數(shù)據(jù)圖形—數(shù)據(jù),。通過引入圖形這個中間量，使得提取字模變得靈活,，無論任何字體,、符號，都可以實現(xiàn)即時轉(zhuǎn)換,。Pc機(jī)軟件主程序流程圖見圖2。

3.1.2 字符取模流程

當(dāng)用戶點擊文本框時文本框的內(nèi)容設(shè)置為空,。待輸入完畢,，用戶按下取模按鈕，程序首先判斷人口為字符還是圖形,。若確定為字符模式時,，將取出的單個字符映射至圖片框。判斷當(dāng)前字符是漢字還是非漢字,，是漢字則采用32x32點陣,，是英文、數(shù)字,、和符號則采用16x32點陣,。取模部分采用交點取模.字符映射至圖片框后，進(jìn)行交點顏色判斷,，黑色判為0,，白色判為1.并把取模數(shù)據(jù)輸出到輸出文本框。字符延拓功能是針對32×32點陣精度不夠,，取宋體字時有些點顯示不出來而設(shè)計的,，取色不僅是32×32個交點，而是每個交點以及以該交點為中心的一個小范圍內(nèi)的點取色,，一旦該范圍內(nèi)的某個點顏色被判斷為黑色時,，該交點處的布爾值被設(shè)置為0。黑體字是默認(rèn)的字體,。

3.1.3 圖形取模流程

當(dāng)選擇為圖形模式時,，字符取模功能設(shè)置為鎖定，只留下字符功能主按鈕為可激活狀態(tài),，界面上只出現(xiàn)圖形框,，用戶可以進(jìn)行畫圖或者載入圖像。待輸入完畢,，用戶按下取模按鈕,，程序首先判斷入口為字模還是圖形。確定為圖形模式時自動跳入圖形字模段代碼,。取模部分采用交點取模.圖形映射至圖片框后,，進(jìn)行交點顏色判斷，黑色判為0，白色判為1,。并把取模數(shù)據(jù)輸出到輸出文本框,。

3.2 移動控制器程序

程序上電初始化后，處于等待狀態(tài),。當(dāng)串口中斷一來I臨,，優(yōu)先處理串口中斷.發(fā)送無線數(shù)據(jù)是通過鍵盤、菜單控制,。移動控制器主程序流程圖見圖3,；無線發(fā)送子程序見圖4。

3.3 顯示屏程序

由單片機(jī)控制LED的亮滅和無線數(shù)據(jù)的接收.數(shù)據(jù)通過無線模塊接收后,，單片機(jī)的串行接口收到數(shù)據(jù)并傳到主控芯片AT89S8252中處理,，當(dāng)有無線數(shù)據(jù)傳到時，優(yōu)先處理接收數(shù)據(jù).顯示屏主程序流程圖見圖5,。無線數(shù)據(jù)接收子程序流程圖見圖6,。顯示屏能否清晰顯示內(nèi)容主要從以下幾方面考慮：1)單片機(jī)控制LED的亮滅時間：T=S/V，S為LED面寬度,，為電機(jī)轉(zhuǎn)動線速度,；2)電機(jī)轉(zhuǎn)動時軸心保持平衡；3)環(huán)境光線對比度,。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)顯示英文字符采用16×32點陣方式,，漢字采用32×32點陣方式，圖形采用64×64點陣方式,。人們可在360度范圍內(nèi)看到清晰的動態(tài)顯示內(nèi)容,。采用Visual Basic 6.0編寫的取模軟件，能及時取模并通過COM口發(fā)送數(shù)據(jù),。能實時輸入內(nèi)容,，實現(xiàn)字符圖形的取摸；能手寫輸入圖形,，可實現(xiàn)任意圖形的顯示,，能顯示簡單動態(tài)畫面。系統(tǒng)采用類藍(lán)牙無線技術(shù),，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定,，準(zhǔn)確安全可靠.無線和有線兩種數(shù)據(jù)傳輸方式都能保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。選擇LED面寬度為3mm,、軸心到列點陣LED距離為160mm,、滿屏可顯示約22個漢字，顯示內(nèi)容大小主要由以上條件和轉(zhuǎn)速決定,。系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單,、視角獨特,、設(shè)計新穎、使用方便等特點,，有較高的社會應(yīng)用價值,，可廣泛應(yīng)用于商業(yè)廣告、會議通知,、標(biāo)語,、環(huán)境裝飾以及高等物理教學(xué)中的視覺暫留現(xiàn)象演示實驗等方面。