中心議題：

• 學習動態LED顯示係統
• 硬件係統的設計

解決方案：

• 利用人眼視覺暫留效應
• 通過單片機精確控製LED的亮滅時間

• 軟件采用實時的方式取模

研製一種利用人眼視覺暫留效應的線陣LED動態顯示係統.該係統由電機帶動一列LED高速旋轉，通過單片機精確控製LED的亮滅時間，從而實現字符、圖形及簡單動態畫麵的顯示.采用Visual Basic 6.0編寫取模軟件
，將要顯示的內容取模轉換為數字信號，並將該信號用無線或有線方式傳輸給顯示屏。係統由PC機端軟件、移動控製器、顯示屏3部分組成

，能夠實時變更顯示內容及顯示方式
，可在360。範圍內提供清晰的顯示畫麵。

LED點陣作為一種新型的顯示材料，近年來發展很快，市場前景良好。其中LED大屏幕顯示屏被廣泛地應用於工業、交通、商業廣告
、新聞發布、體育比賽、電子景物模擬等領域.但現有的LED大屏幕，要求數量眾多的LED和驅動芯片，並且控製複雜，使得顯示屏價格昂貴
，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(bu)能(neng)實(shi)時(shi)顯(xian)示(shi)等(deng)缺(que)點(dian)。據(ju)了(le)解(jie)


，一(yi)般(ban)都(dou)是(shi)將(jiang)要(yao)顯(xian)示(shi)的(de)內(nei)容(rong)燒(shao)錄(lu)進(jin)芯(xin)片(pian)，內(nei)容(rong)固(gu)定(ding)循(xun)環(huan)顯(xian)示(shi)
，無(wu)法(fa)實(shi)時(shi)變(bian)更(geng)顯(xian)示(shi)內(nei)容(rong)及(ji)顯(xian)示(shi)方(fang)式(shi)，不(bu)方(fang)便(bian)使(shi)用(yong)
，而(er)且(qie)價(jia)格(ge)昂(ang)貴(gui).本文將應用視覺暫留的原理，研製出一種新型環形顯示係統。通過電機帶動一列64位LED高速旋轉，由單片機精確控製實現字符、圖形及簡單動態畫麵的清晰顯示，可實時變更顯示內容及顯示方式.係統原理應用巧妙、技術含量高、成本低廉、市場前景廣闊
，可成為新的經濟增長點。

1 原理

1.1 視覺暫留效應

視(shi)覺(jiao)暫(zan)留(liu)效(xiao)應(ying)是(shi)指(zhi)景(jing)物(wu)發(fa)出(chu)或(huo)反(fan)射(she)的(de)光(guang)，在(zai)人(ren)的(de)視(shi)網(wang)膜(mo)上(shang)所(suo)形(xing)成(cheng)的(de)光(guang)像(xiang)會(hui)在(zai)人(ren)的(de)視(shi)覺(jiao)中(zhong)保(bao)留(liu)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)，即(ji)使(shi)景(jing)物(wu)從(cong)視(shi)野(ye)中(zhong)消(xiao)失(shi)，所(suo)成(cheng)的(de)光(guang)像(xiang)也(ye)不(bu)會(hui)馬(ma)上(shang)消(xiao)逝(shi).暫留時間約為0.05～0.2s。實(shi)驗(yan)表(biao)明(ming)，當(dang)外(wai)界(jie)光(guang)源(yuan)突(tu)然(ran)消(xiao)失(shi)時(shi)，人(ren)眼(yan)的(de)亮(liang)度(du)感(gan)覺(jiao)是(shi)按(an)指(zhi)數(shu)規(gui)律(lv)逐(zhu)漸(jian)減(jian)少(shao)的(de)。這(zhe)樣(yang)當(dang)一(yi)個(ge)光(guang)源(yuan)反(fan)複(fu)通(tong)斷(duan)
，在(zai)通(tong)斷(duan)頻(pin)率(lv)較(jiao)低(di)時(shi)
，人(ren)眼(yan)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)亮(liang)度(du)的(de)變(bian)化(hua)；而通斷頻率增高時，眼睛就逐漸不能發現相應的亮度變化了。通過實驗證明臨界閃爍頻率大約為24Hz。因此采用每秒24幅fu畫hua麵mian的de電dian影ying，在zai人ren看kan起qi來lai就jiu是shi連lian續xu活huo動dong的de圖tu像xiang了le。由you於yu視shi覺jiao具ju有you暫zan留liu性xing，人ren們men在zai高gao於yu臨lin界jie閃shan爍shuo頻pin率lv的de反fan複fu通tong斷duan的de光guang線xian時shi
，所suo得de到dao的de主zhu觀guan亮liang度du感gan受shou實shi際ji上shang是shi客ke觀guan亮liang度du的de平ping均jun值zhi。視shi覺jiao暫zan留liu效xiao應ying可ke以yi說shuo是shi靜jing態tai圖tu像xiang和he運yun動dong圖tu像xiang顯xian示shi的de視shi覺jiao生sheng理li基ji礎chu.當光源是以脈衝式發光時(間隔很小時)，人看上去會感覺到它是一直發光的，是平均的亮度。

1.2 顯示基本原理

本係統是利用視覺暫留原理來實現字符或圖像的顯示。把64個超高亮度的LED並排成一列，然後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，通過單片機編程把每一列的數據按順序送給LED點陣，通過電機的高速轉動帶動LED旋轉，每一圈就重新刷新要顯示的內容
，這樣由於人眼的視覺暫留效應
，使人看到的顯示內容效果跟平麵連續顯示效果一樣。

2 硬件係統

硬件係統主要有移動控製器和顯示屏兩部分組成，如圖1所示。移動控製器主要負責接收PC機端軟件取摸數據
、加入控製字符並保存，還能向顯示屏發送特定控製命令
、切換顯示內容、改變顯示效果。顯示屏主要有電機控製轉速和單片機控製E3jLED顯示內容等。
2.1 移動控製器

移動控製器是由5部分組成：單片機AT89C55、串行口收發器、無線發送模塊、鍵盤、液晶顯示屏。

單片機選用AT89C55，內存量較大；串行口收發器，利用成熟的串行收發芯片MAX232組成
；無線發送模塊，采用RFW102芯片組
，它是一種半雙工DSSS的無線收發兩用Ic，采用ASK調製方式
，工作頻率是2.4GHz
，功耗非常低.該芯片組是短程無線收發Ic，最高傳輸速率為1Mb/s；鍵盤控製鍵由4個鍵組成，分別為“確定”
、“退出”、“左移”、“右移”
，由於鍵數較少，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製菜單。通過“退出”、“確定”、“左移”、“右移”4個鍵實現從PC機接受數據、保存數據
、無線發送數據等強大功能。

2.2 顯示屏

顯示屏主要由單片機控製電路、一列64位超高亮度LED組成的列點陣、電機3部分組成。

單片機控製電路主要由89S8252單片機
、無線接收模塊和若幹7415373鎖存器組成。利用高性價比的AT89S8252單片機作為主控製器，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。電路設計了有線和無線兩種接收數據方式
，無線方式接收數據後，把數據存儲在EEPROM中，這樣斷電後也不會丟失數據。另外在單片機的總線上擴展了8個7415373
，每個7415373控製8個LED，因此單片機能靈活控製64個LED的亮滅狀態。

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，可調速度範圍是0～6000 r/min.調速係統采用端電壓調速法。
[page]
3 軟件係統

3.1 PC機軟件

PC機軟件采用Visual Basic 6.0編程。能直接取字模、發送數據，界麵友好，操作簡單。主要功能是實時將漢字、英文、數字以及圖型在PC機上轉換為一定規則的數據信息，並將此數據通過Pc機的串行口傳送到單片機處理。

3.1.1 設計思路

軟件采用實時的方式取模：數據圖形—數據。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，都可以實現即時轉換。Pc機軟件主程序流程圖見圖2。
3.1.2 字符取模流程

當dang用yong戶hu點dian擊ji文wen本ben框kuang時shi文wen本ben框kuang的de內nei容rong設she置zhi為wei空kong。待dai輸shu入ru完wan畢bi，用yong戶hu按an下xia取qu模mo按an鈕niu，程cheng序xu首shou先xian判pan斷duan人ren口kou為wei字zi符fu還hai是shi圖tu形xing。若ruo確que定ding為wei字zi符fu模mo式shi時shi
，將jiang取qu出chu的de單dan個ge字zi符fu映ying射she至zhi圖tu片pian框kuang。判pan斷duan當dang前qian字zi符fu是shi漢han字zi還hai是shi非fei漢han字zi
，是shi漢han字zi則ze采cai用yong32x32點陣

，是英文
、數字
、和符號則采用16x32點陣。取模部分采用交點取模.字符映射至圖片框後
，進行交點顏色判斷
，黑色判為0

，白色判為1.並把取模數據輸出到輸出文本框。字符延拓功能是針對32×32點陣精度不夠
，取宋體字時有些點顯示不出來而設計的，取色不僅是32×32個ge交jiao點dian
，而er是shi每mei個ge交jiao點dian以yi及ji以yi該gai交jiao點dian為wei中zhong心xin的de一yi個ge小xiao範fan圍wei內nei的de點dian取qu色se

，一yi旦dan該gai範fan圍wei內nei的de某mou個ge點dian顏yan色se被bei判pan斷duan為wei黑hei色se時shi，該gai交jiao點dian處chu的de布bu爾er值zhi被bei設she置zhi為wei0。黑體字是默認的字體。

3.1.3 圖形取模流程

當dang選xuan擇ze為wei圖tu形xing模mo式shi時shi，字zi符fu取qu模mo功gong能neng設she置zhi為wei鎖suo定ding，隻zhi留liu下xia字zi符fu功gong能neng主zhu按an鈕niu為wei可ke激ji活huo狀zhuang態tai，界jie麵mian上shang隻zhi出chu現xian圖tu形xing框kuang
，用yong戶hu可ke以yi進jin行xing畫hua圖tu或huo者zhe載zai入ru圖tu像xiang。待dai輸shu入ru完wan畢bi
，用yong戶hu按an下xia取qu模mo按an鈕niu，程cheng序xu首shou先xian判pan斷duan入ru口kou為wei字zi模mo還hai是shi圖tu形xing。確que定ding為wei圖tu形xing模mo式shi時shi自zi動dong跳tiao入ru圖tu形xing字zi模mo段duan代dai碼ma。取qu模mo部bu分fen采cai用yong交jiao點dian取qu模mo.圖形映射至圖片框後，進行交點顏色判斷，黑色判為0
，白色判為1。並把取模數據輸出到輸出文本框。

3.2 移動控製器程序

程序上電初始化後，處於等待狀態。當串口中斷一來I臨
，優先處理串口中斷.發送無線數據是通過鍵盤
、菜單控製。移動控製器主程序流程圖見圖3；無線發送子程序見圖4。 [page]
3.3 顯示屏程序

由單片機控製LED的亮滅和無線數據的接收.數據通過無線模塊接收後


，單片機的串行接口收到數據並傳到主控芯片AT89S8252中處理，當有無線數據傳到時，優先處理接收數據.顯示屏主程序流程圖見圖5。無線數據接收子程序流程圖見圖6。顯示屏能否清晰顯示內容主要從以下幾方麵考慮：1)單片機控製LED的亮滅時間：T=S/V
，S為LED麵寬度
，為電機轉動線速度；2)電機轉動時軸心保持平衡；3)環境光線對比度。
4 結束語

本係統顯示英文字符采用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度範圍內看到清晰的動態顯示內容。采用Visual Basic 6.0編寫的取模軟件，能及時取模並通過COM口發送數據。能實時輸入內容，實現字符圖形的取摸；能手寫輸入圖形
，可實現任意圖形的顯示，能顯示簡單動態畫麵。係統采用類藍牙無線技術，數據傳輸穩定
，準確安全可靠.無線和有線兩種數據傳輸方式都能保證數據的準確傳輸。選擇LED麵寬度為3mm
、軸心到列點陣LED距離為160mm、滿屏可顯示約22個漢字，顯示內容大小主要由以上條件和轉速決定。係統具有結構簡單
、視角獨特、設計新穎、使用方便等特點
，有較高的社會應用價值，可廣泛應用於商業廣告、會議通知
、標語
、環境裝飾以及高等物理教學中的視覺暫留現象演示實驗等方麵。