基于POV的兩類(lèi)旋轉LED屏的研究與實(shí)現

1.引言

視覺(jué)暫留(POV)即視覺(jué)的短暫停留。人眼觀(guān)看物體時(shí)，物體的像會(huì )成到視網(wǎng)膜上。視網(wǎng)膜上的光感細胞將光信號轉換為生物電信號通過(guò)視神經(jīng)傳給大腦。然而，當物體移去后，視神經(jīng)對物體的印象不會(huì )立刻消失?，F代醫學(xué)已經(jīng)證明，人眼看到一個(gè)物體后，在1/24秒內不會(huì )消失。這種現象叫做視覺(jué)暫留，也叫人眼的惰性。這種惰性會(huì )使人的視覺(jué)產(chǎn)生重疊，使物體“變靜為動(dòng)”.所以，以每秒超過(guò)24幀畫(huà)面以上連續呈現靜態(tài)畫(huà)面時(shí)，我們會(huì )看到平滑連續的動(dòng)態(tài)畫(huà)面。

基于視覺(jué)暫留的旋轉線(xiàn)陣LED顯示屏指的是利用人眼的視覺(jué)暫留效應[1],通過(guò)機械掃描的方式讓一列線(xiàn)陣LED在正確的位置上使特定的LED發(fā)光而形成圖形、文字等的一種顯示屏。按其機械結構，旋轉線(xiàn)陣LED顯示屏主要有圓形[2~3]和圓柱面[4~5]兩種基本類(lèi)型(另外還有球形、漏斗形等顯示屏，它們實(shí)質(zhì)上只是圓柱形顯示屏的一種特例)。

2.POV顯示原理

2.1 圓形顯示原理

在基于POV的圓形旋轉線(xiàn)陣LED顯示屏中，一個(gè)條狀PCB板上集成了20個(gè)貼片型發(fā)光LED,下文簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)陣LED1.集成有LED的PCB板繞其一端隨電動(dòng)機轉動(dòng)，當轉動(dòng)到合適的角度時(shí)點(diǎn)亮合適的LED就可以顯示需要顯示的內容，其示意圖如圖1所示，而在何處點(diǎn)亮哪些LED就應該符合圓形LED屏的顯示原理，圖2和圖3分別描述了圓形指針式時(shí)鐘和數字式時(shí)鐘的顯示原理。

在圖2中，圖2(1)指定了20顆LED用于顯示表盤(pán)、時(shí)間刻度、時(shí)針、分針和秒針的顆數及分布。明顯可以看出最內和最外一顆用于顯示表盤(pán)的內圈和外圈。自?xún)认蛲?，?~9顆用于顯示時(shí)針，第1~12顆用于顯示分針，第1~15顆用于顯示秒針，第17~19顆用于顯示時(shí)間刻度。具體來(lái)講，3顆亮表示12點(diǎn)刻度，2顆亮表示3、6、9點(diǎn)刻度，1顆亮表示其余時(shí)間刻度。為了將時(shí)針與刻度隔開(kāi)而提高時(shí)鐘的易讀性，第16顆LED一直不亮。在線(xiàn)陣LED的每一圈旋轉過(guò)程中，在圖示的位置點(diǎn)亮對應的LED并延時(shí)就可以顯示出當前時(shí)刻。圖2(2)中顯示的時(shí)刻為03:40:00.

圖3描述了圓形LED顯示屏顯示數字的原理，即是在每一圈旋轉內的 時(shí)時(shí)間內，點(diǎn)亮第1、7、11、15及20顆LED,在 的下一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)亮第1、7~15及20顆LED就可以顯示數字3.

特別地，起始起始 、延時(shí)時(shí)間 及字符歷經(jīng)時(shí)長(cháng) 的具體計算在本文后面有詳細的推證過(guò)程。

2.2 圓柱面型顯示原理

基于POV的圓柱面型旋轉線(xiàn)陣LED顯示屏的結構如圖4所示。本設計在圓形LED顯示屏的基礎上增加了一個(gè)豎直的集成有17顆貼片LED的PCB板，下文稱(chēng)線(xiàn)陣LED2.當然，為了維持系統旋轉的平穩性，在另一端我們增加了螺柱等使兩端重量平衡。當線(xiàn)陣LED2隨著(zhù)電動(dòng)機旋轉時(shí)，在的合適的位置點(diǎn)亮特定的LED,在視覺(jué)暫留的影響下我們就能看到各種文字和圖形。

圖5描述了圓柱面型旋轉線(xiàn)陣LED顯示屏顯示字母D的工作原理。

在圖5中，圖5(0)指定了17顆LED的相應功能，即自上而下第1~16顆LED是顯示LED,第17顆為底邊線(xiàn)LED;圖5(1~8)描述了圓柱面型LED顯示屏顯示字母D的詳細過(guò)程，即根據字母D的字模數據在每一圈旋轉內的起始時(shí)刻 點(diǎn)亮第3、13及17顆LED,在接下來(lái)的時(shí)刻分別點(diǎn)亮第3~13和17顆，第3、13及17顆，第3、13及17顆，第3、13及17顆，第4、12及17顆，第5~11和17顆最后再全部不亮就可以顯示出字母D.

3.旋轉線(xiàn)陣LED屏設計

3.1 機械結構

旋轉線(xiàn)陣LED顯示屏的機械結構如圖6所示，結構要求重量均勻分布在電機轉動(dòng)軸兩旁。本文將單片機、時(shí)鐘芯片、線(xiàn)陣LED、一體化紅外接收頭等器件焊接在一塊指針型的電路板上，這樣可以使旋轉的電路成為一個(gè)獨立的部分。電路板一端鉆一個(gè)電機軸插孔，插孔為半圓且半徑與電機軸相等。電機軸插入其中帶動(dòng)指針板旋轉。

3.2 系統通信設置