基于STC11F02E的立體旋轉LED設計與實現

摘要：新型的柱式LED顯示屏，以旋轉掃描方式代替傳統的逐行掃描，可視范圍達到360度。在穩定旋轉的載體上安裝16個LED發光器件，靜止時，各列發光管等間距分列排開，隨著掃描速度的加快，在計算機軟件精確的時序控制下，不斷掃描出預設的文字、圖案等，利用STC11F 02E單片機控制，采用NE555多諧振蕩電路來無線供電，并用移位寄存器74HC595控制LED顯示字符，成本低廉，簡單易實現。
關鍵詞：單片機；LED；無線供電；STC11F02E

0 引言
立體旋轉LED也稱POV LED，是利用人眼視覺暫留效應進行圖形、動畫等信息顯示的一種電子產品，它是通過一個旋轉的支架，支架上排列的LED受單片機的控制在特定的位置亮或滅，從而顯示出特定的字符或圖形，其中利用無線供電技術，采用高速電動機帶動LED旋轉時，從視覺效果上會產生一種柱狀的LED顯示屏的狀態。顯示的字符或圖形看起來是漂浮在空中的，不僅美觀，而且新穎，適用于很多場合。本文中外圍電路搭建以單片機為主控元件，利用兩個74HC595芯片對16個LED控制，根據霍爾原理，采用一個AH1344霍爾元件檢測磁感應變化以顯示特定字符。

1 STC11F02E單片機簡介
STC11F02E是宏晶科技設計生產的STC11／10xx系列單片機之一，其特點為：高速，1個時鐘／機器周期，增強型8051內核，速度比普通8051快8～12倍；寬電壓，5．5～4．1V／3．7V；低功耗設計；工作頻率，0～35MHz，具有2kB的片內Flash程序存儲器、2kB的EEPROM存儲器和256kB的片內SRAM數據存儲器，體積小價格低廉。

2 硬件設計
由STC11F02E的16個I／O端口控制兩個74HC595芯片工作，再由兩個74HC595的8個I／O端口控制16個LED亮滅，在單片機中寫入程序，當電動機通電時，單片機所在的電路板會隨著轉動。根據霍爾傳感器原理，每當霍爾元件轉到磁鋼附近時，電路輸出端變為低電平，從而產生下降邊沿，使單片機中斷口接收到下降沿而發出中斷，使得電路能夠同步，最終顯示出特定的字符。該旋轉裝置由霍爾傳感器模塊、LED顯示模塊、電源模塊組成。
霍爾傳感器模塊：霍爾傳感器是一種磁傳感器，本設計運用AH3144芯片。AH3144是單極性霍爾開關電路，是由電壓調整器、霍爾電壓發生器、差分放大器、施密特觸發器和集電極開路的輸出級組成的磁敏感電路，其輸入是磁感應強度，輸出是一個數字電壓訊號。它是一種單磁極工作的磁敏感電路，適合于矩形或者柱形磁體下的工作。
LED顯示模塊：采用16個并排發光二極管，利用人眼的“視覺暫留效應”顯示文字及圖案，旋轉LED顯示器是一種通過同步控制LED位置和點亮狀態來實現圖文顯示的新型顯示器，其結構新穎、成本低廉、可視角度達360°。
電源模塊：220V交流電壓經過變壓器輸出為12V交流電壓，再經過橋式整流成為單向脈沖電壓，再經過濾波電路成為比較平穩的直流電壓，最后通過7805穩壓成輸出穩定的8V直流電。
無線供電模塊：無線供電是一種方便安全的新技術，無需任何物理上的連接，電能可以近距離無接觸地傳給負載。本設計采用NE555多諧振蕩電路來實現無線供電。立體旋轉LED電路硬件原理圖如圖1所示。