基于視覺暫留的動態(tài)掃描LED旋轉屏

摘要：為了研究并控制基于視覺暫留的發(fā)光二極管旋轉顯示屏，在系統(tǒng)仿真研究的基礎上，設計并改善了紅外驅動電路、磁電傳感器電路以及單片機控制系統(tǒng)，在Keil-匯編語言環(huán)境下編寫了單片機控制程序，制作出PCB電路板并進行了軟硬件調試。實驗結果表明，設計的基于視覺暫留的發(fā)光二極管旋轉顯示屏具有良好的可控制性和實用性，實現(xiàn)了非矩形及高速旋轉場合下的應用。
關鍵詞：視覺暫留；磁電傳感器；紅外傳感器；動態(tài)掃描；LED旋轉屏；單片機

0 引言
LED顯示屏(Light Emitting Diode Display)又稱電子顯示屏，由LED點陣組成，通過控制發(fā)光二極管亮滅來顯示文字、圖片、動畫、視頻等信息，可以由有線或者無線通信的方法隨時更換內容，室內外均適用。其具有高亮度、低工作電壓、小功耗、易小型化、長壽命、性能穩(wěn)定等投影儀、電視墻、液晶屏無法比擬的優(yōu)點。
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單片機及其外圍接口電路實現(xiàn)一種小型化可由紅外信號控制的，利用人眼視覺暫留，動態(tài)掃描出信息的新型LED電子顯示屏。該種器件與LED點陣電子屏比較有如下優(yōu)點：
(1)顯示分辨率為R×R的漢字，需要發(fā)光二極管僅R個，器件成本低，易于維護。
(2)可應用于圓面、柱面、球面等非矩形場合下。
(3)可應用于旋轉物體表面，如風扇扇葉，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，實際上是在人眼晶狀體成像后由感光細胞將光信號轉換為神經電流，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間，光對視網膜所產生的視覺在光停止作用后，仍會保留一段時間，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，它們構成y軸，旋轉時每顆發(fā)光二極管均會產生位移，該位移構成x軸，x軸位移量值受到半徑R及轉速V的精確控制，當PCB板旋轉時，一個刷新周期TI內，可以通過控制屬于TI的每一個Y0～Y16的亮滅來實現(xiàn)圖片、信息及動畫的顯示。
1．2 字模的獲取與顯示
如圖1所示，將“電”字轉換成分辨率為16×16的點陣，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。對基于視覺暫留的LED，一個刷新周期TI內的各個時間區(qū)域(以下簡稱時區(qū)，該段延時時間大小的計算方法將在后文中介紹)依次送如下數(shù)據(jù)：
I=1=2時區(qū)，Y0～Y16=11111111 11111111；
I=3時區(qū)，Y0～Y16=11100000 00001111；
I=4時區(qū)，Y0～Y16=11101101 11011111；
I=16時區(qū)，Y0～Y16=11111111 11111111。
完成一個分辨率為16×16的漢字的讀取后，數(shù)組指針I(yè)自加1，讀新時區(qū)數(shù)據(jù)，……，重復上述步驟直到TI=TMAX=T255，此時完成一輪動態(tài)刷新。

與傳統(tǒng)點陣LED顯示屏類似，它們二者顯示數(shù)據(jù)信息都需要動態(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潔；而POV LED顯示屏的動態(tài)刷新實質上是PCB板繞旋轉軸在空間中的位移。