摘要：单片机的应用十分广泛，在工业控制领域、家电产品、智能化仪器仪表、计算机外部设备等方面都有重要的用途。该文以89C51单片机和旋转屏LED为核心，设计制作旋转LED显示屏。LED显示屏采用一排LED灯，通过单片机的控制来调整LED的亮灭，并且使LED灯高速旋转，根据视觉暂留现象，让观察者观察到字符，汉字，甚至是图案。通过对硬件、软件电路的设计，利用视觉暂留现象完成了本次实验，其结果令人满意。
关键词：89C51单片机；旋转屏LED显示屏；视觉暂留
近年来微型计算机不断地更新换代，新产品层出不穷。微型机体积小，成本低，容易掌握，适用面广。单片机属于微型计算机的一种。单片机是在一块超大规模集成电路芯片上，集成了CPU存储器、定时器和多种输入输出接口等电路。LED显示屏已经进入了我们的日常生活，我们看到的绝大多数显示屏都是由无数个LED组成的点阵集合。这种传统显示器的独特优点是不容质疑的，但它需要使用大量的LED却是一个让人十分头痛的问题。通过单片机控制的旋转LED灯在现代娱乐场所，诸如宾馆、餐厅、酒吧，在适当的地方以此创意新颖的形式代替传统的普通灯，或其他宣传工具，可以更加吸引顾客，增加企业的竞争力。不仅如此，在雷达干扰和预警侦察等军事方面也逐渐得到更多的应用。
1 视觉暂留现象
眼睛的一个重要特性是视觉惰性，即光像一旦在视网膜上形成，视觉将会对这个光像的感觉维持一个有限的时间，这种生理现象叫做视觉暂留性。对于中等亮度的光刺激，视觉暂留时间约为0.05至0.2秒。因为人类能够将看到的影像暂时保存，在影像消失之后，之前的影像还会暂时停留在眼前。这就是会动的卡通的基本原理，称为视觉暂留。视觉暂留就是我们的眼睛看任何东西时，都会产生一种很短暂的记忆。把这些记忆记下来，连结在一起，我们就会看到动作，产生画面连续不断的错觉，这就是视觉暂留！像在房间里把灯关掉，拿着手电筒快速地旋转，你们会看到一个光环，这也是视觉暂留的一种现象。
2 硬件电路设计
2.1 总体硬件构成
硬件构成旋转LED显示屏主要有两个部分组成：电机部分和单片机控制LED显示部分。以89C51作为控制器。为了解决计算机向旋转中的单片机传送数据的问题，采用了无线传输的方式：计算机通过无线数传模块A传送给无线数传模块B，再通过无线数传模块B给控制器。
此外，在显示屏高速旋转时，显示内容的稳定与否取决于转动的位置与LED亮灭的配合，所以还需要一个校准器件来判断显示屏的转动是否到达准确位置并根据结果做出校正处理。本设计选用了霍尔元件TL0038进行相位检查并完成校正功能，使LED的亮灭与旋转保持同步。
在单片机控制LED显示部分，为了制作的方便，把单片机、电池、LED等器件焊接到一个电路板上，这样可以使旋转的电路成为一个独立的系统。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。该电路板应该越轻越好，器件可使用贴片式的。电池可通过充电电池的串联来实现近似5V的电源。硬件构成如图1所示。
2.2 各部分硬件设计
2.2.1 无线数传模块
我们用JZ863 3微功率无线数传模块，我们将两块无线数传模块A和B分别和计算机和硬件电路相连接，这样显示屏就可以在高速旋转工作的状态下准确无误地接收计算机发送的数据。如图2所示，是JZ863无线模块与客户设备的连接方式。
2.2.2 相位检测电路
相位检测电路如图5所示。当显示屏旋转到磁铁所在位置时，图5中的霍尔元件将会输出一个低电平脉冲至89C51，作为位置基准信号。
2.2.3 电机
电机也称为电动机（motor），主要分成交流电机、直流电机、伺服电机、步进电机等几种。直流电机的控制简单，较适合用在旋转LED显示屏中带动电路板旋转，故本作品采用直流电机。如图4所示。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽。
3 软件设计
根据数据的处理过程，编写相应的控制程序。程序中使用了两个中断：使用串口中断接收下载的数据，使用外部中断控制显示与旋转的同步。如图5所示为控制程序流程。
4 设计制作过程一些关键问题及解决方法
4.1 供电问题
由于电路板是随主框架一起高速旋转的，所以不可能使用导线进行供电，因为这样会把导线缠上，所以就采用利用电池供电的方式驱动的方案。
单片机的电源选用电池，经过稳压器7805和滤波电容形成稳定的VCC给单片机供电，将此供电系统与单片机最小系统及LED共同坐在一个电路板上，将此电路板作为转子转动。
4.2 信号传输问题
由于控制单片机是在旋转的支架上，从计算机到单片机的数据传送也是一个问题。数据的传输采用JZ863微功率无线数传模块，很好地解决了这一问题。该模块具有微发射功率、低功耗、ISM频段工作频率无需申请频点、高抗干扰能力和低误码率传输距离远，最远可达500m。
4.3 同步问题
显示的图像或文字要稳定，同步是关键。要达到同步的目的，同步信号的取得是关键。在设计前，曾经考虑了多种方案，如光电式、磁场式等，最后选择了使用霍尔器件的磁场方式，达到很好的效果。
图1 硬件构成
图2 无线模块与客户设备连接方式
图3 相位检测电路
图4 直流电机
图5 控制流程图
5 实验结果及结论
本文主要阐述了如何用89C51单片机制作旋转LED显示屏，以及作品的发展及意义，通过理论与实际相结合的办法，探讨了利用视觉暂留现象来实现本产品，同时详细的研究了硬件电路、软件程序，给出了程序框图的设计思想。接着进行安装调试，就出现的问题展开了说明。在设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件优势来满足设计的要求，制作的成品达到了预期的效果。
图6 效果图
