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[摘 要]文中旋转式广告显示屏利用单片机STC12C5A32S2作为主控制芯片，采用直流电机带动双排发光二极管的旋转，利用人眼的暂留特性实现画面的显示，以旋转扫描的方式代替逐行扫描。
[关键词]单片机；视觉暂留；旋转显示
中图分类号：TP368.1；TN873 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0396-02
[Abstract]The microcontroller STC12C5A32S2 is used to rotary advertising display as the main control chip. The rotation of double row LED is driven by DC motor. The principle is that the temporary characteristics of the human eyes is applied to achieve the display of the screen. It takes advantage of rotate scanning instead of progressive scanning.
[Key words]Single-Chip Microcomputer； duration of vision； rotary display
微型计算机集中了体积小、成本低、容易掌握、应用范围广的优点，已经得到广泛的应用。单片机作为微型计算机的一种，由中央处理单元、存储单元、定时器和输入/输出接口等电路，集成在一块超大规模集成电路芯片上构成。日常生活中随处可见平面形式的LED显示屏，但这种显示屏需要大量LED来组成点阵集合。在一定场合，利用单片机控制显示屏旋转代替传统的显示屏，更具新颖性和吸引力。
本文所设计的旋转式显示屏以STC12C5A32S2单片机为核心，最大程度的利用单片机内部资源，与LED驱动芯片紧密结合，通过串口下载器收发芯片控制，实现旋转显示功能。
1 视觉暂留特性
视觉惰性是人眼的重要特性之一，即光信号一旦在视网膜上形成，光信号结束后，感觉视觉形象不会立即消失，这个光像还会维持约二十四分之一秒，这种生理现象叫做视觉暂留特性。目前，视觉暂留特性已经广泛应用于动画、影视等视觉媒体。
2 硬件电路设计
2.1 总体硬件构成
旋转式发光二极管显示屏的硬件电路主要分为2个单元：电机旋转单元和控制显示单元。本文以STC12C5A32S2作为控制器。系统中采用串口数据通信的方式，由上位机向主控芯片STC12C5A32S2下载需要显示的信息。其次，当显示屏处于旋转状态时的显示屏信息是否稳定，与显示屏所在位置和发光二极管的工作状态之间有很大的关联，因此需要判定显示屏所在的精确位置。本设计利用红外管做起点监测，判定显示屏的旋转位置。
在单片机控制二极管的显示部分，為了制作上的便捷，可以将单片机STC12C5A32S2芯片、显示元件等贴片式元器件，统一贴装在一块电路板上，使控制电路成为独立的系统。电路板的中心有一个电机轴插孔，电机轴插入其中带动电路板旋转。电源采用无线配电模式，输出电压近似5V，硬件原理框图如图1所示，硬件构成如图2所示。
单片机控制板主要有供电模块、红外接收装置、单片机芯片和LED显示屏等部件，通过STC12C5A32S2单片机同时控制电机的转动和点亮发光二极管的状态，使得二极管状态的变化随着电机的旋转而变化，无论显示屏旋转到哪一位置，都有唯一相对应的确定的状态，如果显示屏的旋转速度足够的快，则显示屏能够生成完整稳定的信息。
2.2 各部分硬件设计
2.2.1 显示屏电路
旋转显示屏采用双列发光二极管形式，共35个发光二极管独立显示，其中有一个为电源显示灯，此电路中发光二极管采用共阳极接法，当单片机输出端口为低电平时，发光二极管点亮正常工作。为保证发光二极管的安全可靠，每个发光二极管串联一个限流电阻，部分显示电路如图3所示。
2.2.2 电机的选择
文中使用电机作为显示板的旋转动力源，电机根据其电源特性有交流电机、直流电机等。综合考虑，直流电机在控制系统上相对容易，故在旋转部件中使用直流电机带动电路板旋转比较合适，从而实现直流电能与机械能之间能量的互相转换，其转子主要产生电磁转矩和感应电动势，在能量转换时起到关键作用。
2.2.3 重心的配置
硬件结构重心调节是关键环节之一。旋转控制板的重心直接关系到系统的稳定的通行、安全性问题。若旋转板的重心不在电机转轴上，当电机高速转动时，系统会有相对大的抖动，系统必然存在巨大的安全隐患。所以，重心调节是必须解决的问題。由于电子器件的封装，重量都是不同的，根据杠杆原理，本文采用长条方型的电路板结构，在电路板末端配置一长一短铜柱，来调节控制板重心。
3 軟件程序设计
根据系统处理数据信息的过程，来编写对应的控制代码。在控制程序中采用了2个中断：（1）要显示的数据信息通过串口中断来接收所下载；（2）显示信息与旋转的同步通过外部中断来控制。如图4所示为控制程序流程。
取一个16*16的中文字，单列灯16个刚好对应16*16一个汉字的一列：2个字节，所以把取模到的数据依次送到P2口和P4、P5口，显示程序如下：
for（i=0；i<16；i++）
{
P2=zimo[i*2]；
P4=（zimo[i*2+1]）；
P5=（zimo[i*2+1]）>>4；
DelayUs（300）；
P2=0XFF；
P4=P5=0XFF；
}
旋转显示效果如图5所示，达到了预期的显示效果。
4 结论
本文主要阐述了使用STC12C5A32S2单片机作为主控芯片制作旋转式显示屏，课堂所学理论与实际相结合，利用视觉暂留特性来实现，并对硬件电路、软件程序进行必要设计研究。在制作过程中，尽量使所选用的硬件电路最简化，充分利用软件的优势来满足设计的要求。
参考文献
[1] 秦莉艳.基于单片机的旋转LED显示屏[J].科技信息，2014（9）：78-78.
[2] 谈继勇.多模式旋LED显示屏的设计与实现[J].消费电子，2013（10）：21-21.
[3] 任丽莉，康冰，闫冬梅.基于AT89S51单片机控制的旋转LED显示屏[J].电脑知识与技术，2011，07（12）：8953-8955.
[4] 蒲灵巧.基于单片机的旋转LED显示屏控制系统的硬件设计与方案比较[J].教育现代化：电子版，2015（19）：259-260.
[5] 谷金清.新型旋转LED时钟显示屏的设计[J].电脑知识与技术，2015， 11（8X）：134-136.
作者简介
石瑶，男，硕士，南京工业大学浦江学院机电学院助教，研究方向：自动化、轨道交通信号与控制；刘芷维，男，本科在读，南京工业大学浦江学院机电学院，专业方向：机械工程；任淘，男，本科在读，南京工业大学浦江学院机电学院，专业方向：机械工程。
[关键词]单片机；视觉暂留；旋转显示
中图分类号：TP368.1；TN873 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）24-0396-02
[Abstract]The microcontroller STC12C5A32S2 is used to rotary advertising display as the main control chip. The rotation of double row LED is driven by DC motor. The principle is that the temporary characteristics of the human eyes is applied to achieve the display of the screen. It takes advantage of rotate scanning instead of progressive scanning.
[Key words]Single-Chip Microcomputer； duration of vision； rotary display
微型计算机集中了体积小、成本低、容易掌握、应用范围广的优点，已经得到广泛的应用。单片机作为微型计算机的一种，由中央处理单元、存储单元、定时器和输入/输出接口等电路，集成在一块超大规模集成电路芯片上构成。日常生活中随处可见平面形式的LED显示屏，但这种显示屏需要大量LED来组成点阵集合。在一定场合，利用单片机控制显示屏旋转代替传统的显示屏，更具新颖性和吸引力。
本文所设计的旋转式显示屏以STC12C5A32S2单片机为核心，最大程度的利用单片机内部资源，与LED驱动芯片紧密结合，通过串口下载器收发芯片控制，实现旋转显示功能。
1 视觉暂留特性
视觉惰性是人眼的重要特性之一，即光信号一旦在视网膜上形成，光信号结束后，感觉视觉形象不会立即消失，这个光像还会维持约二十四分之一秒，这种生理现象叫做视觉暂留特性。目前，视觉暂留特性已经广泛应用于动画、影视等视觉媒体。
2 硬件电路设计
2.1 总体硬件构成
旋转式发光二极管显示屏的硬件电路主要分为2个单元：电机旋转单元和控制显示单元。本文以STC12C5A32S2作为控制器。系统中采用串口数据通信的方式，由上位机向主控芯片STC12C5A32S2下载需要显示的信息。其次，当显示屏处于旋转状态时的显示屏信息是否稳定，与显示屏所在位置和发光二极管的工作状态之间有很大的关联，因此需要判定显示屏所在的精确位置。本设计利用红外管做起点监测，判定显示屏的旋转位置。
在单片机控制二极管的显示部分，為了制作上的便捷，可以将单片机STC12C5A32S2芯片、显示元件等贴片式元器件，统一贴装在一块电路板上，使控制电路成为独立的系统。电路板的中心有一个电机轴插孔，电机轴插入其中带动电路板旋转。电源采用无线配电模式，输出电压近似5V，硬件原理框图如图1所示，硬件构成如图2所示。
单片机控制板主要有供电模块、红外接收装置、单片机芯片和LED显示屏等部件，通过STC12C5A32S2单片机同时控制电机的转动和点亮发光二极管的状态，使得二极管状态的变化随着电机的旋转而变化，无论显示屏旋转到哪一位置，都有唯一相对应的确定的状态，如果显示屏的旋转速度足够的快，则显示屏能够生成完整稳定的信息。
2.2 各部分硬件设计
2.2.1 显示屏电路
旋转显示屏采用双列发光二极管形式，共35个发光二极管独立显示，其中有一个为电源显示灯，此电路中发光二极管采用共阳极接法，当单片机输出端口为低电平时，发光二极管点亮正常工作。为保证发光二极管的安全可靠，每个发光二极管串联一个限流电阻，部分显示电路如图3所示。
2.2.2 电机的选择
文中使用电机作为显示板的旋转动力源，电机根据其电源特性有交流电机、直流电机等。综合考虑，直流电机在控制系统上相对容易，故在旋转部件中使用直流电机带动电路板旋转比较合适，从而实现直流电能与机械能之间能量的互相转换，其转子主要产生电磁转矩和感应电动势，在能量转换时起到关键作用。
2.2.3 重心的配置
硬件结构重心调节是关键环节之一。旋转控制板的重心直接关系到系统的稳定的通行、安全性问题。若旋转板的重心不在电机转轴上，当电机高速转动时，系统会有相对大的抖动，系统必然存在巨大的安全隐患。所以，重心调节是必须解决的问題。由于电子器件的封装，重量都是不同的，根据杠杆原理，本文采用长条方型的电路板结构，在电路板末端配置一长一短铜柱，来调节控制板重心。
3 軟件程序设计
根据系统处理数据信息的过程，来编写对应的控制代码。在控制程序中采用了2个中断：（1）要显示的数据信息通过串口中断来接收所下载；（2）显示信息与旋转的同步通过外部中断来控制。如图4所示为控制程序流程。
取一个16*16的中文字，单列灯16个刚好对应16*16一个汉字的一列：2个字节，所以把取模到的数据依次送到P2口和P4、P5口，显示程序如下：
for（i=0；i<16；i++）
{
P2=zimo[i*2]；
P4=（zimo[i*2+1]）；
P5=（zimo[i*2+1]）>>4；
DelayUs（300）；
P2=0XFF；
P4=P5=0XFF；
}
旋转显示效果如图5所示，达到了预期的显示效果。
4 结论
本文主要阐述了使用STC12C5A32S2单片机作为主控芯片制作旋转式显示屏，课堂所学理论与实际相结合，利用视觉暂留特性来实现，并对硬件电路、软件程序进行必要设计研究。在制作过程中，尽量使所选用的硬件电路最简化，充分利用软件的优势来满足设计的要求。
参考文献
[1] 秦莉艳.基于单片机的旋转LED显示屏[J].科技信息，2014（9）：78-78.
[2] 谈继勇.多模式旋LED显示屏的设计与实现[J].消费电子，2013（10）：21-21.
[3] 任丽莉，康冰，闫冬梅.基于AT89S51单片机控制的旋转LED显示屏[J].电脑知识与技术，2011，07（12）：8953-8955.
[4] 蒲灵巧.基于单片机的旋转LED显示屏控制系统的硬件设计与方案比较[J].教育现代化：电子版，2015（19）：259-260.
[5] 谷金清.新型旋转LED时钟显示屏的设计[J].电脑知识与技术，2015， 11（8X）：134-136.
作者简介
石瑶，男，硕士，南京工业大学浦江学院机电学院助教，研究方向：自动化、轨道交通信号与控制；刘芷维，男，本科在读，南京工业大学浦江学院机电学院，专业方向：机械工程；任淘，男，本科在读，南京工业大学浦江学院机电学院，专业方向：机械工程。