基于步进电机细分驱动技术的旋转led显示屏设计

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1、第23卷第5期液晶与显示V01．23。No．52008年10月ChineseJournalofLiquidCrystalsandDisplaysoct．，2008文章编号：1007—2780(2008)05—0595—04基于步进电机细分驱动技术的旋转LED显示屏设计邓宏贵，李志坚，吴让亮，施佳佳(中南大学物理科学与技术学院，湖南长沙410083，E—mail：denghonggui@163．corn)摘要：提出了将步进电机细分技术应用于控制旋转LED显示屏的转动，使得所显示图案不会因旋转速度不稳定而产生变形，有效消除了旋转LED显示

2、屏画面抖动的问题。经实际测试，取得了良好的效果。关键词：步进电机；LED显示屏；细分驱动技术；智能控制中图分类号：TN312+．8；TN873+．92文献标识码：A最大转速达36r／s，张勇等人也进行了类似的设1引言计[8]，转动控制采用直流稳速电机，设计扫描频率旋转LED显示屏是一种通过同步控制发光>45Hz，电机转速达50r／s，如此高速运转，容易二极管(LED)位置和点亮状态来实现图文显示的产生安全隐患甚至系统崩溃，电机稳定性也难以新型显示屏，因其结构新颖，成本低廉，可视视角得到保证，设计难度较大。本文提出了用步进电达360。而

3、得到了迅速的发展。其核心技术在于机来控制显示屏旋转的方法，并将步进电机细分精确控制LED位置与发光状态的同步u’2]。目技术应用于旋转LED显示屏，在20细分模式，使前，常见的LED显示屏都是采用扫描方式进行显扫描频率为60Hz时，步进电机旋转速度仅为2．36示的，其实现原理是通过控制不同时间段内让不r／s，并且由于步进电机具有抗干扰能力强，控制简同批次的LED轮流点亮，根据人眼的视觉暂留特单，步矩误差不会长期积累等特点，从而大大增强性，当扫描帧频达到24Hz以上时，人眼便感觉不了旋转稳定性和精确性，保证了清晰的显示效果。到扫描过程，

4、而是一幅稳定的图像[3]。采用这种2整体结构设计技术的显示屏要求在所有可能显示内容的地方都预先排满LED，要实现m行，z列个像素的图像的旋转LED显示屏主要由支架、驱动装置、控显示，共需要m×疗个LEDn-6]。旋转显示屏则是制卡和LED等部分构成，结构如图l，通过控制通过控制一行或一列LED快速移动位置和改变卡同步控制电机的转动与LED点亮状态，使电机点亮状态来实现图形的显示的，只要使不断运动每旋转一定角度，LED状态改变一次，在旋转到的LED在t。时刻位置为f。，对应状态为s。，t。时刻位置为f：，状态为5：，依此类推，t。时刻，

5、位置为“，状态为如，如果LED在各位置循环变换速度足够快，最终同样可以显示出一幅稳定的图像。采用一排LED取代原有的矩阵式显示屏，可以大大节约LED使用量，从而最大限度降低成本，但是显示屏在高速旋转时转速难以保持非常稳定，必然造成画面抖动、边缘模糊等问题，严重影响图像显示质量，沈新创等人在设计旋转LED图1旋转LED显示屏结构示意图显示屏时选择直流电机驱动显示屏旋转口]，电机Fig．1SchematicdiagramofrotatingLEDdisplayscreen收稿日期：2008—03—26；修订日期：2008—05—18基金项

6、目：国家自然科学基金项目(No．60474041)；国家“863”子课题项目(No．20050605)596液晶与显示第23卷任何一个位置，都将有一个惟一确定的状态相对屏转动驱动，用CPLD提供步进电机转动控制信应，如果使LED旋转速度足够快，显示屏便可以号，每给出一个脉冲，电机便精确转过一固定角形成一个完整稳定的图案。度——步距角[9】，同时使LED变换一种发光状旋转LED显示屏可以设计成多种样式，如圆态，经过任意两个状态之间的时间&，显示屏转柱式、圆锥式、圆盘式等，如图2所示。过的角度A0始终为步距角，而与∞无关，因此，图像就不会

7、再因甜的变化而产生失真，并且因步进电机不会产生积累误差[1引，即使受到了稍微干扰，图像仍会比较稳定，从而改善显示屏整体显示效果。以下以圆柱式显示屏为例加以说明。中书却图4为转动装置结构图，步进电机与显示屏体之间是通过齿轮进行传动的，设步进电机上的(a)圆柱式(b)圆锥式m)圆盘式齿轮半径为r。，步进电机旋转角速度为∞，，显示图2旋转LED显示屏常见样式屏转轴上齿轮半径为r2，显示屏转动角速度为Fig．2CommontypesofrotatingdisplayscreenOJ2，易知r10J1—7"2∞2(1)3步进电机驱动装置设计旋转

8、显示屏设计的核心问题在于如何保证在转动过程中LED的位置与点亮状态始终同步，采用普通电机驱动显示屏以角速度∞匀速旋转，用显示屏旋转轴单片机以&的时间间隔定时改变LED的点亮状图4转动装置结构俯示图态，则显示屏在这段时间内