基于線(xiàn)陣LED的動(dòng)態(tài)顯示系統設計

　LED點(diǎn)陣作為一種新型的顯示材料，近年來(lái)發(fā)展很快，市場(chǎng)前景良好．其中LED大屏幕顯示屏被廣泛地應用于工業(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．但現有的LED大屏幕，要求數量眾多的LED和驅動(dòng)芯片，并且控制復雜，使得顯示屏價(jià)格昂貴，不易操作．目前國內有一些研究成果存在顯示亮度不均勻、不能實(shí)時(shí)顯示等缺點(diǎn) ．據了解，一般都是將要顯示的內容燒錄進(jìn)芯片，內容固定循環(huán)顯示，無(wú)法實(shí)時(shí)變更顯示內容及顯示方式，不方便使用，而且價(jià)格昂貴．本文將應用視覺(jué)暫留的原理，研制出一種新型環(huán)形顯示系統．通過(guò)電機帶動(dòng)一列64位LED高速旋轉，由單片機精確控制實(shí)現字符、圖形及簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)畫(huà)面的清晰顯示，可實(shí)時(shí)變更顯示內容及顯示方式．系統原理應用巧妙、技術(shù)含量高、成本低廉、市場(chǎng)前景廣闊，可成為新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn) ．

　　1 原理

　　1．1 視覺(jué)暫留效應

　　視覺(jué)暫留效應是指景物發(fā)出或反射的光，在人的視網(wǎng)膜上所形成的光像會(huì )在人的視覺(jué)中保留一段時(shí)間，即使景物從視野中消失，所成的光像也不會(huì )馬上消逝．暫留時(shí)間約為0．05～0．2 s．實(shí)驗表明，當外界光源突然消失時(shí)，人眼的亮度感覺(jué)是按指數規律逐漸減少的．這樣當一個(gè)光源反復通斷，在通斷頻率較低時(shí)，人眼可以發(fā)現亮度的變化；而通斷頻率增高時(shí)，眼睛就逐漸不能發(fā)現相應的亮度變化了．通過(guò)實(shí)驗證明臨界閃爍頻率大約為24 Hz．因此采用每秒24幅畫(huà)面的電影，在人看起來(lái)就是連續活動(dòng)的圖像了．由于視覺(jué)具有暫留性，人們在高于臨界閃爍頻率的反復通斷的光線(xiàn)時(shí)，所得到的主觀(guān)亮度感受實(shí)際上是客觀(guān)亮度的平均值．視覺(jué)暫留效應可以說(shuō)是靜態(tài)圖像和運動(dòng)圖像顯示的視覺(jué)生理基礎．當光源是以脈沖式發(fā)光時(shí)（間隔很小時(shí)），人看上去會(huì )感覺(jué)到它是一直發(fā)光的，是平均的亮度．

　　1．2 顯示基本原理

　　本系統是利用視覺(jué)暫留原理來(lái)實(shí)現字符或圖像的顯示．把64個(gè)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(diǎn)陣式、圖型分解為64×64 的點(diǎn)陣式，通過(guò)單片機編程把每一列的數據按順序送給LED點(diǎn)陣，通過(guò)電機的高速轉動(dòng)帶動(dòng)LED旋轉，每一圈就重新刷新要顯示的內容，這樣由于人眼的視覺(jué)暫留效應，使人看到的顯示內容效果跟平面連續顯示效果一樣．

　　2 硬件系統

　　硬件系統主要有移動(dòng)控制器和顯示屏兩部分組成，如圖1所示．移動(dòng)控制器主要負責接收PC機端軟件取摸數據、加入控制字符并保存，還能向顯示屏發(fā)送特定控制命令、切換顯示內容、改變顯示效果．顯示屏主要有電機控制轉速和單片機控制E 3j LED顯示 內容等．

　　2．1 移動(dòng)控制器

　　移動(dòng)控制器是由5部分組成：?jiǎn)纹瑱CAT89C55、串行口收發(fā)器、無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊、鍵盤(pán)、液晶顯示屏．

　　單片機選用AT89C55，內存量較大；串行口收發(fā)器，利用成熟的串行收發(fā)芯片MAX232組成；無(wú)線(xiàn)發(fā)送模塊，采用RFW102芯片組，它是一種半雙工DSSS的無(wú)線(xiàn)收發(fā)兩用Ic，采用ASK調制方式，工作頻率是2．4 GHz，功耗非常低．該芯片組是短程無(wú)線(xiàn)收發(fā)Ic，最高傳輸速率為1 Mb／s；鍵盤(pán)控制鍵由4個(gè)鍵組成，分別為“確定”、“退出”、“左移”、“右移”，由于鍵數較少，所以分別直接接到4個(gè)I／O口；液晶顯示屏，選用128 x 64的液晶模塊，可與CPU直接通訊．鍵盤(pán)和液晶組成了強大的遙控控制菜單．通過(guò)“退出”、“確定”、“左移”、“右移”4個(gè)鍵實(shí)現從PC機接受數據、保存數據、無(wú)線(xiàn)發(fā)送數據等強大功能．

　　2．2 顯示屏

　　顯示屏主要由單片機控制電路、一列64位超高亮度LED組成的列點(diǎn)陣、電機3部分組成．

　　單片機控制電路 主要由89S8252單片機、無(wú)線(xiàn)接收模塊和若干7415373鎖存器組成．利用高性?xún)r(jià)比的AT89S8252單片機作為主控制器，它自帶EEPROM，可作為顯示緩存，省去常規的擴展外部存儲器，簡(jiǎn)化外圍電路，兼容MCS51指令，是功能強大的單片機．電路設計了有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種接收數據方式，無(wú)線(xiàn)方式接收數據后，把數據存儲在EEPROM中，這樣斷電后也不會(huì )丟失數據．另外在單片機的總線(xiàn)上擴展了8個(gè)7415373，每個(gè)7415373控制8個(gè)LED，因此單片機能靈活控制64個(gè)LED的亮滅狀態(tài)．

　　電機部分由可調速直流電機、直流調速器、電刷組成．電機選用Panasonic公司所生產(chǎn)的一款速度可調的直流電機，它的額定工作電壓是220V，可調速度范圍是0～6 000 r／min．調速系統采用端電壓調速法．

　　3 軟件系統

　　3．1 PC機軟件

　　PC機軟件采用Visual Basic 6．0編程．能直接取字模、發(fā)送數據，界面友好，操作簡(jiǎn)單．主要功能是實(shí)時(shí)將漢字、英文、數字以及圖型在PC機上轉換為一定規則的數據信息，并將此數據通過(guò)Pc機的串行口傳送到單片機處理．

　　3．1．1 設計思路

　　軟件采用實(shí)時(shí)的方式取模：數據 圖形—數據．通過(guò)引入圖形這個(gè)中間量，使得提取字模變得靈活，無(wú)論任何字體、符號，都可以實(shí)現即時(shí)轉換．Pc機軟件主程序流程圖見(jiàn)圖2．

　　3．1．2 字符取模流程

　　當用戶(hù)點(diǎn)擊文本框時(shí)文本框的內容設置為空．待輸入完畢，用戶(hù)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(shí)，將取出的單個(gè)字符映射至圖片框．判斷當前字符是漢字還是非漢字，是漢字則采用32 x 32點(diǎn)陣，是英文、數字、和符號則采用16 x 32點(diǎn)陣．取模部分采用交點(diǎn)取模．字符映射至圖片框后，進(jìn)行交點(diǎn)顏色判斷，黑色判為0，白色判為1．并把取模數據輸出到輸出文本框．字符延拓功能是針對32×32點(diǎn)陣精度不夠，取宋體字時(shí)有些點(diǎn)顯示不出來(lái)而設計的，取色不僅是32×32個(gè)交點(diǎn)，而是每個(gè)交點(diǎn)以及以該交點(diǎn)為中心的一個(gè)小范圍內的點(diǎn)取色，一旦該范圍內的某個(gè)點(diǎn)顏色被判斷為黑色時(shí)，該交點(diǎn)處的布爾值被設置為0．黑體字是默認的字體．