基于POV的旋轉LED顯示研究與實現

摘 要 本文以STC12C5A3S2單片機為核心，根據POV的原理，實現立體和平面旋轉LED動態顯示設計。本文介紹了POV的顯示原理；硬件電路模塊的設計，包括電源模塊、單片機模塊、時鐘模塊、LED模塊；軟件模塊的相關設計，主要包括取字模塊和字幕計數器。通過“視覺暫留”現象，實現立體LED顯示屏實現文字和笑臉，平面LED顯示數字時鐘和模擬時鐘，實驗結果非常成功。

關鍵詞 單片機；視覺暫留（POV）；旋轉LED

前言

POV即英文Persistence of Vision一詞的縮寫，中文是“視覺暫留”的意思。每當人的眼睛在觀察物體之后，物體的映像會在視網膜上保留一段很短暫的時間。在這短暫的時間段里，當前面的視覺形象還沒有完全消退，新的視覺形象又繼續產生時，就會在人的大腦里形成連貫的視覺錯覺。

1 POV的顯示原理

旋轉LED旋轉起來是一個圓，那么就需要有一個傳感器來判斷起點位置，本文采用紅外對管方式來實現。常見的LED旋轉方式：

1.1 圓盤式旋轉運動

發光體安裝在鐘表指針式的旋轉體上，通過旋轉形成圓形顯示畫面

這種運動方式的特點是：

（1）由于發光體旋轉速度可一直保持不變，使得顯示圖案均勻一致。不過顯示字體時字型變化較大，特別在接近圓心的地方。如要想使顯示的字體和圖案不產生變形，還需要專門軟件對發光點進行的坐標轉換。

（2）制作調試時運轉的振動現象易于控制。

1.2 柱面式旋轉運動

讓發光體與旋轉軸處于平行狀態，這樣運動產生的畫面效果為一柱面。

這種運動方式的特點是：

（1）發光體旋轉速度可保持不變，這樣能使顯示圖案均勻一致，字體及圖案都能原樣顯示出來。

（2）由于顯示面不是一個平面，一般無法完整觀察整個顯示面，多采取畫面滾動顯示來彌補。

（3）制作調試時運轉的振動現象能很好控制，這種運動方式制作的POV屏適合用于廣告，造型能大型化[1]。

2 硬件電路模塊

2.1 單片機電路模塊

單片機電路包含：STC12C5A3S2單片機、時鐘電路和復位電路。

P0.0—P0.7：P0口是一個漏極開路型準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它是分時多路轉換的地址（低8位）和數據總線，在訪問期間激活了內部的上拉電阻。在EPROM編程時，它接收指令字節，而在驗證程序時，則輸出指令字節。驗證時，要求外接上拉電阻。

P1.0—P1.7：P1口是帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。

P2.0—P2.7：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它送出高8位地址。在對EFROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。

P3.0—P3.7：P3口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。

主要功能：CPU控制LED，讀取時鐘信息，接收遙控，起點檢測。

2.2 電源電路模塊

主要功能：給旋轉主板供電。

2.3 時鐘電路模塊

主要功能：提供時鐘信息。

2.4 立體LED和平面LED顯示電路模塊

主要功能：通過對LED燈的控制，實現可視化LED屏[2]。

3 軟件模塊

3.1 實現一個文字的顯示

文字取模的原理：這里采用的是PC2002字幕軟件，取一個16*16的中文字，見字幕選項設置，如圖4-1所示。

從第一列開始向下每取8個點作為一個字節，如果最后不足8個點就補滿8位。取模順序是從低到高，即第一點作為最低位。取模順序是從低到高，即第一個點作為最低位。如*-------取為00000001，"學"字取模后如下：

{0xBF，0xFB，0xCF，0xFB，0xEE，0xFB，0x69，0xFB，0x6F，0xFB，0x6F，0xBB，0x6E，0x7B，0x69，0x81，0x6F，0xF9，0x6F，0xFA，0x67，0xFB，0xEB，0xFB，0xEC，0xFB，0xAF，0xFB，0xCF，0xFB，0xFF，0xFF}，/*"學"，0*/

現在我們知道16*16取模是一列一列取的，一列有2個字節，一共16列，所以一個16*16的漢字就有32個字節，需要占用單片機的Code空間 32個字節。然后再結合硬件來分析：

一列燈16個剛好對應16*16一個漢字的一列：2個字節，所以把取模到的數據依次送到P2口 和P4 P5口，這里硬件中P4 P5組成一個字節。

當單片機IO判斷到紅外接收管接收到起點信號，就開始顯示，顯示完16列后等待下一次的起點信號。這樣只要電機的速度夠快就會穩定的把字顯示字空中。平面的文字顯示同理。

3.2 讓文字移動

這就需要一個字幕計數器，旋轉LED每旋轉一圈，這個字幕計數器就加一，指向下一列，這樣不斷刷新，感覺文字就在移動。

4 結束語

本文通過POV原理，實現了立體和平面的動態LED圖像顯示，采用的普通直流電機轉速穩定，成本低，線圈無限供電的方式增加了系統的穩定性。

參考文獻

[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2005：223-232.

[2] 戶川治朗.實用電源電路設計[M].北京：科學出版社，2006：32-36.

作者簡介

楊光宇（1993-），男，四川眉山；學歷：碩士，現就職單位：西南石油大學，研究方向：模式識別與智能系統。