錢 凱 李 卓

（桂林理工大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林541004）

近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和屏幕顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，屏幕在生活、勞動(dòng)、商業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著生活水平的不斷提高，人們的需求也在不斷提高，對(duì)待傳統(tǒng)顯示屏也是一樣，在顯示分辨率以及故障率方面的要求也在提高，在這種趨勢(shì)下，一種新型的旋轉(zhuǎn)顯示屏將會(huì)成為未來(lái)的主流顯示屏。旋轉(zhuǎn)顯示屏利用人眼的視覺(jué)停滯作用，利用盡可能少的硬件達(dá)到與傳統(tǒng)顯示屏相同的效果，有需要才會(huì)刺激生產(chǎn)，視覺(jué)停滯效果加上近年來(lái)的新技術(shù)，比如無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，或者無(wú)線電源技術(shù)，在數(shù)據(jù)壓縮方面提供多維彩色視覺(jué)顯示，達(dá)到更好的顯示效果。傳統(tǒng)電源使用時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)老化，降低供電效果，近年來(lái)無(wú)線供電開(kāi)始普及，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，將兩者結(jié)合設(shè)計(jì)一種高效使用的顯示屏，具有更長(zhǎng)的使用壽命，節(jié)約更多的材料。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容分為硬件部分和軟件部分，首先硬件部分對(duì)不同模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)該符合實(shí)現(xiàn)效果的要求，顯示模塊要正常使用，首先LED 燈需要在不影響旋轉(zhuǎn)的情況下還能正常受芯片控制，其次是對(duì)控制芯片的選擇，保證有足夠的運(yùn)行速度來(lái)控制實(shí)時(shí)的LED 燈變化和進(jìn)行時(shí)鐘信息或者文字信息的處理。時(shí)鐘數(shù)據(jù)的顯示需要依靠時(shí)鐘芯片提供基本的時(shí)間信息，由主控板進(jìn)行信息的處理并顯示，如何提供時(shí)間信息成為該模塊的主要研究?jī)?nèi)容。串口通信是進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕?，可以將程序?qū)懭氲皆O(shè)備以實(shí)現(xiàn)文字的更改和時(shí)鐘信息的校準(zhǔn)。在供電模塊上，需要實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電的方式，同時(shí)需要給電機(jī)一個(gè)平穩(wěn)的電壓來(lái)保證穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)保證顯示效果，還要保證時(shí)鐘電路的電源，研究供電方案的可行性以及方案的實(shí)施。要達(dá)到穩(wěn)定的顯示效果，還要完成起始點(diǎn)的檢測(cè)，防止文字重疊的現(xiàn)象，影響顯示效果，研究起始點(diǎn)的定點(diǎn)方案。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 單片機(jī)的選擇

圖1 單片機(jī)控制最小系統(tǒng)電路圖

單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖1 所示，選用STC12C5A32S2 單片機(jī)為控制核心，該芯片不僅運(yùn)行速度較快，而且抗干擾能力很強(qiáng)，并且具有不可解密的特性[1]，符合我們對(duì)該設(shè)計(jì)的要求，增加設(shè)備的穩(wěn)定性，保證在設(shè)備使用過(guò)程中的信息不被篡改和不被其他信號(hào)所干擾，所以我們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中采用STC12C5A32S2 單片機(jī)為控制核心。最小系統(tǒng)模塊主要是時(shí)鐘振蕩電路跟復(fù)位電路組成，在XTAL1 與XTAL2 之間連接晶振和電容，組成諧振電路，使用18.432MHZ 晶振[2]，結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部電路產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，增加單片機(jī)運(yùn)行速度。將電路植入到旋轉(zhuǎn)板上，在控制顯示的情況下不影響旋轉(zhuǎn)。在單片機(jī)的REST 引腳連接一個(gè)上拉電阻，實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位，通電之后自動(dòng)復(fù)位，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行和保護(hù)電路。

2.2 無(wú)線供電模塊

無(wú)線供電模塊如圖2 所示，供電方式采用雙電源供電，用直流電源給電機(jī)供電，無(wú)線供電給單片機(jī)供電，直流電源給電機(jī)提供穩(wěn)定電壓，使電機(jī)穩(wěn)定工作，無(wú)線供電電源給單片機(jī)供電，減少信號(hào)波動(dòng)，提高穩(wěn)定性，所以在本次設(shè)計(jì)中采用雙電源供電的方式。本次設(shè)計(jì)在主控板的供電方式上選擇無(wú)線供電的方式，減少直流供電造成的老化，避免降低使用效果。無(wú)線供電的主要原理是電磁感應(yīng)，當(dāng)在閉合電路中，穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生改變，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，再通過(guò)初級(jí)線圈將能量傳輸?shù)酱渭?jí)線圈，進(jìn)而產(chǎn)生電流為主控板供電[3-5]，這樣設(shè)計(jì)是因?yàn)楣╇娺^(guò)程無(wú)接觸，減少材料損耗，延長(zhǎng)使用壽命。本次設(shè)計(jì)采用高頻振蕩電路，在電路中Q1 跟Q2 可以組成正反饋電路，通過(guò)線圈跟磁芯互感，在次級(jí)線圈能產(chǎn)生感應(yīng)電流[6]。

圖2 無(wú)線供電模塊電路圖

2.3 屏幕顯示模塊

屏幕顯示采用貼片式LED，優(yōu)點(diǎn)是便于安裝，體積小，比較符合本次設(shè)計(jì)要求，重量較輕，對(duì)旋轉(zhuǎn)沒(méi)有干擾，分別將兩塊燈板的LED 燈正極連接實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一供電，保證穩(wěn)定顯示，負(fù)極跟單片機(jī)引腳相連，實(shí)現(xiàn)每個(gè)LED 燈的獨(dú)立控制，避免LED 的相互影響，從而導(dǎo)致顯示錯(cuò)誤等情況發(fā)生。將兩塊燈板相互垂直焊接，在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候能同時(shí)產(chǎn)生上面跟側(cè)面兩塊顯示屏[7]，節(jié)約了材料，提升顯示效果。

綜上所述本次設(shè)計(jì)采用STC12C5A32S2 單片機(jī)為主控芯片，選擇雙電源供電，提升設(shè)計(jì)的整體穩(wěn)定性，采用貼片式LED為顯示裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)線供電的旋轉(zhuǎn)LED 顯示屏，并且能穩(wěn)定顯示時(shí)鐘和文字。

3 軟件設(shè)計(jì)與系統(tǒng)調(diào)試

軟件方面采用KELL 公司開(kāi)發(fā)的單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，可以給開(kāi)發(fā)過(guò)程帶來(lái)很大的便利。數(shù)據(jù)傳輸部分使用STC-ISP 進(jìn)行程序下載和串口檢測(cè)，連接部分使用的是USB 接口，使用USB 轉(zhuǎn)串口驅(qū)動(dòng)進(jìn)行配置，實(shí)現(xiàn)程序的下載。將要顯示的文字通過(guò)取模軟件轉(zhuǎn)換為16 進(jìn)制寫(xiě)入程序中，燒錄到設(shè)備中，程序需要檢測(cè)開(kāi)關(guān)是否啟動(dòng)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的檢測(cè)，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)會(huì)繼續(xù)初始化，將不會(huì)顯示任何文字信息，如果檢測(cè)到數(shù)據(jù)就會(huì)開(kāi)始檢測(cè)起始點(diǎn)，保證文字從起始點(diǎn)開(kāi)始顯示，文字顯示設(shè)置為循環(huán)，當(dāng)文字顯示完之后會(huì)重新開(kāi)始顯示，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)輸入即錯(cuò)誤時(shí)，則無(wú)法直接讀取與顯示相應(yīng)的文本，必須返回初始化處理；最終循環(huán)掃描返回初始化過(guò)程，軟件流程圖的程序中直接輸入漢字的情況下設(shè)備就無(wú)法進(jìn)行識(shí)別，所以需要將要顯示的文字進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為16 進(jìn)制，才能讓設(shè)備識(shí)別并顯示，所以這里在轉(zhuǎn)換時(shí)使用PCtoLCD2002 軟件對(duì)文本進(jìn)行處理，該軟件能夠?qū)⑤斎氲奈淖诌M(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為16 進(jìn)制，從而達(dá)到顯示效果。

4 結(jié)論

本文通過(guò)單片機(jī)控制LED 的亮滅，在發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下，兩組高速旋轉(zhuǎn)LED就可以利用人眼的停滯效果實(shí)現(xiàn)屏幕文字顯示。因此，通過(guò)使用少量的LED，可以產(chǎn)生良好的動(dòng)畫(huà)效果。旋轉(zhuǎn)范圍是一個(gè)周角，高速旋轉(zhuǎn)之后可以出現(xiàn)兩塊屏幕，合理利用資源，降低成本，彌補(bǔ)傳統(tǒng)顯示器的不足。