旋转LED立体显示设计

随着LED技术的发展，LED显示的应用也屡见不鲜，画面。总体的设计方案如图1所示。视觉限制等不足。此设计利用51单片机（STC15F2K32S2），旋转配合人眼的视觉暂留特性，使得LED显示360度稳定清晰可见。此外本次设计采用模块化设计，使得整个显示系统有条不紊的工作。本设计首先利用Proteus仿真软件实现主要功能后在Altium Designer上画出原理图，然后完成调试成功后此设计才算完成。

2 硬件系统设计要完成信息采集和处理功能，同时单片机控制直流电机转速配合人眼的视觉暂留特性就可以使人看到一个稳定且完整LED灯有规律的亮灭，无线供电模块连接电机与LED灯矩

硬件系统的核心是STC15F2K32S2单片机，单片机主

的画面。LED灯矩阵模块接收单片机传送来的信息，完成阵，使得LED灯以正常转速旋转，DS1302时钟模块在断电后任然进行部分工作，例如断电后时钟任然正常工作等。各硬件部分都是模块化设计并且由高性能的单片机控制使想法。总体的设计方案如图2所示。得各模块之间联系紧密，配合无间，完美地实现最初的设计

热转印，试剂腐蚀等步骤制成PCB板，焊接各元器件完成

硬件部分。在硬件的基础上利用KEIL5软件完成软件的编程，

1 系统工作原理

各个模块正常工作完成系统功能。其中电路主要由电源供电的。人眼的视觉暂留特性：当电机旋转的速率足够快时（大于25帧/秒），此时人眼捕捉到的时一个完整的画面，因

该系统以STC15F2K32S2单片机为核心，单片机控制

电路、LED显示电路、电机驱动电路和数据处理电路构成此在电机调控时，我们把电机的转动周期设置为0.04秒/转，此时的转速完全符合要求，能够形成完整稳定的LED显示

图2 总体系统结构图■ 2.1 DS1302时钟模块设计

DS1302时钟芯片应用广泛，其中主要应用于电子时钟、

电话、传真等，该芯片在许多计时仪器中也时有出现。DS1302时钟芯片的主要性能介绍如下:

（2）该芯片的工作电压范围相对较大，

（1）该芯片拥有31个字节的数据存储；

在2.0V到5.5V之间都可以正常工作。此外常工作，一般用纽扣电池作为备用电源；

图1 系统整体结构框图该芯片支持双电源供电，也就是说当电源断

（3）DS1302芯片是一款时钟芯片，该

开时，只要有备用电源，该芯片依然可以正芯片不仅可以提供准确的年、月、日、时、

74󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2019年05月

电子基础

分、秒等信息，还可以通过软件控制时钟12小时制或者24小时制；

信方式而言减少了I/O口的使用；

（4）该芯片的通信方式为串行I/O通信，相较并行通（5）该芯片正常工作时，工作电压在2V左右，工作

并非多此一举，因为我们要求使LED矩阵旋转起来，如果

用导线直接为主板供电，那么导线也会被电机带动随着显示

主板旋转而打结，为了满足为旋转的LED显示主板不断供LED显示板高速旋转。设计方案如图4所示。电，我们选择供电稳定的无线供电模块。电源供电电路为整个系统提供了持续稳定的电源，同时电源驱动电机带动

电流小于300nA，因此该芯片在正常工作时的功耗很低，相对其他时钟芯片而言更为节能；信号也较稳定；

3中R5、R6、R7），该做法可以使芯片计时更准确，传输

（6）DS1302芯片与I/O口相连时应接上拉电阻（图（7）DS1302芯片在进行读写操作时最少读取两个字（8）为达到我们想要的精度需外接一个32.768kHz的

节，其中第一个是控制字节，起命令作用，该命令说明进行读操作还是写操作，第二个是需要读写的数据；晶振。设计方案如图3所示。图4 无线供电模块■ 2.3 LED显示模块设计

发热等优点，此外LED灯有红、黄、蓝、绿、白等颜色。常工作。LED灯还可以直接与单片机I/O口直接相连，通过向单片机写入程序，单片机向对应I/O口发送信息，从而控

图3 DS1302时钟模块LED技术趋于成熟化，并且具有低功耗、低成本、不

LED灯阳极和阴极两个引脚电势差在3.0-3.4V之间都可正制LED灯的亮灭。若想LED显示文字或者图案必须利用改

■ 2.2 无线供电模块设计

字软件将文字或者图案转换成相应的代码，然后写入单片机同步控制LED灯亮灭顺序和亮灭状态来实现文字或图案显侧面，16个LED灯用于顶面，这样我们不仅从侧面360度

电的设备，在发送和接收端各有一个线圈发送端线圈连接有线电源产生电磁信号接收端线圈感应发送端电磁信号从而端线圈的匝数应相同。

产生电流为电路供电，在1-20MM有效范围内都可以正常供电。为使发送端与接收端具有相同的电压，发送端与接收

无线供电模块的使用为LED显示主板提供5V供电，电

无线供电类似于变压器，利用电磁波感应的原理进行供

显示储存器中，LED灯高速旋转并配合人眼的视觉暂留，我们就可以看到想要的文字或者图案。旋转LED显示通过示，。此次设计采用36个并联LED灯，20个LED灯用于可以看见显示，也可在顶面上看见显示，因此显示的角度增可谓礼远远大于弊。设计方案如图5所示。

加了180度。尽管与16灯的旋转LED相比此方案增加了20个LED灯，但也仅仅只是增加了20个LED灯的成本，

机则由5V的直流电驱动，无线供电模块在此设计上的使用

图5 LED显示模块www�ele169�com󰀁󰀁|󰀁󰀁75

电子基础3 系统软件设计整个产品的造价成本，于是我们选择了运算速率较快且成本较低的STC15F2K32S2单片机作为整个系统的控制核心，同时采用模块化设计，单片机的使用使得各模块之间相互配相应的代码写入单片机中，单片机控制直流电机的转速以及LED灯的亮灭完成整个系统的工作。合联系紧密。将想要显示的文字和图案利用改字软件转换成在此次设计中优先考虑到旋转LED灯的显示效果以及return(ucData); }void du1302()/***************读取DS1302中的时间***********/{ Sec=R1302(0x81);//对取秒分时日月星期年Cent=R1302(0x83);Day=R1302(0x87);Hour=R1302(0x85);Month=R1302(0x89);Week=R1302(0x8b);Year=R1302(0x8d);//b=R1302(0xc1);//a=R1302(0xc3);4 部分主要程序摘要{ T_RST=0;T_CLK=0;T_RST=1;

void W1302(uchar ucAddr, uchar ucDa)RTInputByte(ucAddr);/*地址，命令*/T_CLK=1;T_RST=0; }

RTInputByte(ucDa);/*写1Byte数据*// 函数名：R1302()

5 结束语

//a=a/16*10+a%16; }

本设计利用STC15F2K32S2单片机来控制电机转速和本次设计旋转LED显示屏利用人眼的视觉暂留特性（人

LED灯，不仅节约了成本，提高了现实的稳定性，而且还可以360度观看。

眼观看运动的物体时，当扫描的帧率大于25帧/秒时，脑

功能：读取DS1302某地址的数据入口参数：ucAddr:DS1302地址返回值：ucData:读取的数据{ uchar ucData;T_RST=0;T_RST=1;T_CLK=0;

/ uchar R1302(uchar ucAddr)

说明：先写地址，后读命令/数据 (内部函数)调用：RTInputByte() , RTOutputByte()

神经对光信号的反应会延迟一段短暂的时间，使人感觉物体靠单片机的控制并不能完全实现我想要的效果，还应配合传感器触发的外部中断，从而稳定的显示出文字和图案。

参考文献的运动是连续的，这一现象称为人眼的视觉暂留现象），只

＊ [1]周诗虎，单片机控制LED点阵显示屏[J].科技信息，2008.(25).社，2004，2.

＊ [2]胡汉才，单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版＊ [3]童诗白，模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, ＊ [4]户川治朗，实用电源电路设计[M].北京: 科学出版社,2006,32-36.1988,223-232.

RTInputByte(ucAddr);/*地址，命令*/T_CLK=1;T_RST=0;

ucData=RTOutputByte();/*读1Byte数据*/

（上接第88页）

调和非相干解调的效果，并从Simulink 模块设计的角度对理解,更可锻炼分析问题和解决问题的能力。

参考文献这个原因作出了定性解释。将 Simulink 引入“随机信号分

＊ [2]陈怀琛，吴大正，高西全.MATLAB及在电子信息课程中的应＊ [3]刘泉，阙大顺，郭志强.数字信号处理原理与实现[M].北京：＊ [4]梁虹.信号与系统分析及MATLAB实现[M].北京：电子工业＊ [5]黄智伟.调制解调器电路设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2009出版社,2002

电子工业出版社,2009.

用[M].北京：电子工业出版社,2005.

析”课程的教学实验,既可加深对课程中抽象理论的认识和

＊ [1]张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用[M].北京：清华大

76󰀁󰀁|󰀁󰀁电子制作󰀁󰀁󰀁󰀁2019年05月

学出版社,2003