旋转字幕

文 河南省南阳市第一中学 张佳羽

点阵显示屏作为信息传递的平台，被广泛地应用于学校、商场等场合，但随着显示内容的增加，显示屏幅面也要增大，不仅增加成本，也不便于维护。

如果能采用旋转灯效的柱状LED显示屏，实现旋转字幕的设计，就可以在不增加LED数量的基础上显示所需的内容。

一、制作材料

单片机、直流电机、发光二极管、整流二极管、红外发射管、红外接收管、三极管、电阻、电容、电池、铜线等。

二、制作过程

（一）硬件系统

1.旋转主板

旋转主板包含主控模块和显示模块，如图1所示。STC15F2K32S2单片机是主控模块核心，承担着检测电机转速、确定显示起始位置、控制LED显示的任务。将单片机、程序下载口和红外接收管焊接在主板背面，LED显示模块垂直固定在主板正面。

图1 旋转主板

2.供电底座

供电底座即电源模块，主要包括直流电源输入插座、振荡电路、输电线圈、直流电机、红外发射管和启停按钮。

由于供电底座要承载主板，且在主板旋转时不能振动，因此我选用一个铁盒作为底座的包装。将直流电源插座和启停按钮安装在铁盒外壁两侧，振荡电路和电机焊接后安装在铁盒内部，输电线圈和红外发射管装在铁盒顶端，如图2所示。将旋转主板和供电底座安装在一起，整体效果如图3所示。

图2 供电底座

图3 系统整体实物图

（1）供电方案

电机和旋转主板共用一个电源，电源给电机直接供电，旋转主板通过线圈耦合的方式进行无线供电。这种方式设计简单，但传输距离短，为了保证传输效率，两个线圈的间隙应小于1cm。

由电磁感应原理可知，要使原边线圈产生磁场，通过线圈的电流必须为变化的。而供电的电源为直流电，它与线圈之间必须加一个振荡电路，所以我加了一个LRC振荡电路，如图 4（a）所示，经过两个具有推挽结构的三极管产生直流脉冲，L1获得一个高频的电压信号，此信号通过电磁感应传给整流电路中的L2，如图4（b）所示。L2将这个信号整流、滤波、稳压后即可得到单片机和LED的供电信号，即旋转主板的供电电源。

（2）直流电机驱动与转动测量模块

在电机和电源之间串联一个按钮开关。将电机固定在底座内部的顶端，电机轴通过顶端的孔延伸出来，便于连接旋转主板。

红外发射和红外接收对管用于测量电机转速和转动位置，由单片机控制；为红外发射管串联一个470Ω的电阻，红外接收管串联一个2KΩ的电阻，用作限流。

图4 振荡电路和整流电路原理图

图5显示效果

（二）控制程序编写

本次设计采用Keil μVision4作为编程环境。首先提取字模，再设计显示程序。程序通过红外对管检测，确定显示起始位置，单片机从显示数据库中读取所要显示的字的字模数据，按照点阵逐列传给LED显示，显示完成后将LED状态重置，延时后开始下一阶段显示。因此，程序主要分为电机转速检测、起始位置确定和滚动显示3个模块，用三个中断实现。

LED逐列显示，通过高速旋转显示相应的内容，因此，影响显示效果的主要因素就是亮、灭时间的合理选择，过长或过短都会导致字体变形。经过多次测试，亮、灭时间比例为3∶4时显示效果最佳。