基于視覺暫留的動(dòng)態(tài)掃描LED旋轉(zhuǎn)屏

摘要：為了研究并控制基于視覺暫留的發(fā)光二極管旋轉(zhuǎn)顯示屏，在系統(tǒng)仿真研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并改善了紅外驅(qū)動(dòng)電路、磁電傳感器電路以及單片機(jī)控制系統(tǒng)，在Keil-匯編語(yǔ)言環(huán)境下編寫了單片機(jī)控制程序，制作出PCB電路板并進(jìn)行了軟硬件調(diào)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的基于視覺暫留的發(fā)光二極管旋轉(zhuǎn)顯示屏具有良好的可控制性和實(shí)用性，實(shí)現(xiàn)了非矩形及高速旋轉(zhuǎn)場(chǎng)合下的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：視覺暫留；磁電傳感器；紅外傳感器；動(dòng)態(tài)掃描；LED旋轉(zhuǎn)屏；單片機(jī)

0 引言
LED顯示屏(Light Emitting Diode Display)又稱電子顯示屏，由LED點(diǎn)陣組成，通過(guò)控制發(fā)光二極管亮滅來(lái)顯示文字、圖片、動(dòng)畫、視頻等信息，可以由有線或者無(wú)線通信的方法隨時(shí)更換內(nèi)容，室內(nèi)外均適用。其具有高亮度、低工作電壓、小功耗、易小型化、長(zhǎng)壽命、性能穩(wěn)定等投影儀、電視墻、液晶屏無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。
LED的發(fā)展前景極為廣闊，目前正朝著更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光密度、更高的發(fā)光均勻性、可靠性、全彩化方向發(fā)展。本文利用STC89C51RC單片機(jī)及其外圍接口電路實(shí)現(xiàn)一種小型化可由紅外信號(hào)控制的，利用人眼視覺暫留，動(dòng)態(tài)掃描出信息的新型LED電子顯示屏。該種器件與LED點(diǎn)陣電子屏比較有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1)顯示分辨率為R×R的漢字，需要發(fā)光二極管僅R個(gè)，器件成本低，易于維護(hù)。
(2)可應(yīng)用于圓面、柱面、球面等非矩形場(chǎng)合下。
(3)可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)物體表面，如風(fēng)扇扇葉，汽車車輪等。

1 POVLED顯示原理
1．1 視覺暫留與POV LED成像分析
所謂視覺，實(shí)際上是在人眼晶狀體成像后由感光細(xì)胞將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為神經(jīng)電流，傳回大腦形成的。感光所依賴的感光色素的形成需要一定時(shí)間，光對(duì)視網(wǎng)膜所產(chǎn)生的視覺在光停止作用后，仍會(huì)保留一段時(shí)間，這稱為視覺暫留。本文中的POV LED顯示屏(Persistence of Vision Light Emitting Diode Display)由16顆發(fā)光二極管組成，它們構(gòu)成y軸，旋轉(zhuǎn)時(shí)每顆發(fā)光二極管均會(huì)產(chǎn)生位移，該位移構(gòu)成x軸，x軸位移量值受到半徑R及轉(zhuǎn)速V的精確控制，當(dāng)PCB板旋轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)刷新周期TI內(nèi)，可以通過(guò)控制屬于TI的每一個(gè)Y0～Y16的亮滅來(lái)實(shí)現(xiàn)圖片、信息及動(dòng)畫的顯示。
1．2 字模的獲取與顯示
如圖1所示，將“電”字轉(zhuǎn)換成分辨率為16×16的點(diǎn)陣，其中白色區(qū)域代表二極管滅，由數(shù)字量1表示；黑色區(qū)域代表二極管亮，由數(shù)字量0表示。對(duì)基于視覺暫留的LED，一個(gè)刷新周期TI內(nèi)的各個(gè)時(shí)間區(qū)域(以下簡(jiǎn)稱時(shí)區(qū)，該段延時(shí)時(shí)間大小的計(jì)算方法將在后文中介紹)依次送如下數(shù)據(jù)：
I=1=2時(shí)區(qū)，Y0～Y16=11111111 11111111；
I=3時(shí)區(qū)，Y0～Y16=11100000 00001111；
I=4時(shí)區(qū)，Y0～Y16=11101101 11011111；
I=16時(shí)區(qū)，Y0～Y16=11111111 11111111。
完成一個(gè)分辨率為16×16的漢字的讀取后，數(shù)組指針I(yè)自加1，讀新時(shí)區(qū)數(shù)據(jù)，……，重復(fù)上述步驟直到TI=TMAX=T255，此時(shí)完成一輪動(dòng)態(tài)刷新。

與傳統(tǒng)點(diǎn)陣LED顯示屏類似，它們二者顯示數(shù)據(jù)信息都需要?jiǎng)討B(tài)刷新，但是不同之處在于，前者是為了減少芯片管腳數(shù)量的使用，并使物理連線更加簡(jiǎn)潔；而POV LED顯示屏的動(dòng)態(tài)刷新實(shí)質(zhì)上是PCB板繞旋轉(zhuǎn)軸在空間中的位移。