专利名称：转盘式光电图文显示器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光电图文显示装置，属光电显示技术领域。
一般而言，目前光电图文显示大体分为四种一是荧屏式显示，如CRT、显示终端、电视屏等，其基本原理是电子束在运动途中，使它受到规律变换(如锯齿波)水平与垂直两个方向电场力的同时作用，扫描状激发屏上发光物质，从而产生有色彩和亮度变换的图像与文字。二是点阵式显示屏，其基本原理是在一个二维点阵的各点上均匀安装发光体(如LED、灯泡)，然后点亮图像和文字在矩阵中各对应点上的发光体，则图文便被显示出来。第三种是字段式显示，如7段译码器显示，它与第二种方式本质相同，不同的是，它将要显示的文字或图形做成字段而不是由许多点组成而已。第四种是荧光管式显示，如日光灯，霓红灯，它的原理是用瞬间高压激发真空管中的荧光粉使其起辉，然后220伏供电维持发光。
上述四种技术或产品，前三种产品的分辨率、色彩等重要技术指标都很好，但价格昂贵技术复杂，用在对分辨率、色彩要求不高的场合不免浪费。荧光灯管式显示，高压易击伤发光材料或使灯丝造成损坏，图文一旦加工成型便不能修改，且安装加工麻烦。
本实用新型的目的在于提供一种转盘式光电图文显示器，它是用单片机实时控制转盘上各发光二极管，按程序设定的位置和时间发光或熄灭来完成的。这种转盘式光电图文显示器可根据需要进行在线或离线图文更新，从而降低LED点阵类产品的生产成本，并增强图文显示的动感和趣味性。
本实用新型是这样实现的一种转盘式光电图文显示装置，它是由如下四个部分组成由微机、RS232接口组成的图文生成与传送部分；由单片机、图文存贮器、程序存贮器、放大整形抗干扰电路、译码锁存驱动电路、串行口、中断端口和声音输出电路组成的控制与通信部分；由电机、圆盘、LED、红外发光二极管、光敏二极管组成的图文显示部分；以及由恒磁铁、磁控开关电路、刹车装置等组成的刹车制动部分。
在电机的转轴上安装一个印刷电路板圆盘，圆盘的正面相互垂直的两条直径上分为4组，每组安装16个LED，共装64个LED；圆盘背面则是单片机、程序存贮器、图文存贮器、译码锁存驱动电路、放大整形抗干扰电路、声音输出电路、光敏二极管及恒磁铁；程序存贮器和图文存贮器直接与单片机的数据线、地址线、控制线连接；放大整形抗干扰电路的输出与单片机的中断端口相连，输入端与圆盘上的光敏二极管连接；译码锁存驱动电路与单片机也是通过地址线、数据线和控制线连接的。单片机的输出口与声音输出电路的输入端连接；译码锁存驱动电路的输出分成64路与每个LED连通。已编辑好的图文发送到图文存储器中。程序存储器中存放着系统监控制程序，控制整个系统的正常运行。电动机带动装在轴上的圆盘恒速转动。微机的RS232接口与单片机的串口相连。
在圆盘的中心螺钉连结一个绝缘圆柱体，绝缘圆柱体是与电机的转轴固定连接的，在绝缘圆柱体上嵌有五个铜环，其中2根作为电源，另2根作为RS232，1根作声音。5个碳刷被5根弹簧压接在对应的5个铜环上。碳刷、弹簧、红发光二极管等都是装在支架上的。在电机的轴上还有一个刹车装置，并与磁控开关电路连接，电机供电是交流220伏。
红外发光二极管及光敏二极管相对安装在同一半径的圆周上，恒磁铁与磁控开关电路也相对安装在同一半径的圆周上，但光敏二极管和恒磁铁是固定在圆盘上并随之转动的。
圆盘每旋转一周，则光敏接收管在经过发光管时就产生一个脉冲。为了避免可见光的干扰，发光二极管和光敏二极管都应工作在红外波段，挑选元件时应尽量注意暗电流、动态变化范围、温度特性各项技术指标。
根据用户的要求在通用微机(1)上进行图文的制作编辑，将已编辑好的图文送入单片机(2)的图文存储器(3)中，图文存储器可采用EEPROM或EPROM两种芯片，以便用户选用显示内容离线更新或在线更新工作方式。电动机(5)带动装在轴上的圆盘(6)恒速转动，盘上装有发光二极管(7)，盘每转动一周，光敏管二极管(9)在经过红外发光二极管(8)时可产生一个脉冲并向单片机发出中断请求(14)。程序存储器(4)中存放着系统监控程序，单片机依据中断请求进行测速和计算，控制着运动的发光二极管(7)在经过空间某一点时，按一定的频率和占空比断续发光，利用人眼的视觉滞留现象，各发光点不同位置上的连续，便组成所需要的图像文字。其特点是圆盘转动时图文产生，一旦运动停止，图文便不复存在。
利用现代计算机强大的作图、编辑、录入(如扫描仪)功能将欲在转盘上显示的图文修改编辑完善后存入计算机(1)中。
微机RS232接口(12)与单片机(2)的串口(13)相连，并将已编辑好的图文发送到图文存储器(3)中，程序存储器(4)存放着系统监控制程序，该程序能实时检测转速，以此为据精确计算高速旋转中的各LED所在空间位置，并精确控制LED发光或熄灭的时间，发光时间控制具有很强的实时性，达到几个微秒。系统监控程序程序包括主程和若干子程序，除具有上面所述功能外还具有外部、内部中断管理，软件抗干扰，与微机通信以实现图文更新等重要功能。
由于电机旋转产生的电磁干扰和机械颤动以及杂散光干扰，还由于光敏二极管本身特性所限制，所以产生的脉冲不仅波形歧变，而且幅度低动态范围小，因此本实用新型设计了放大整形抗干扰电路(10)，并配合有效的软件抗干扰程序，软硬兼施的对抗和防范可能产生的种种干扰以求整机稳定可靠运行。放大整形抗干扰电路主要由阻容宽带滤波器、小信号直接耦合多级放大器、施密特触发器组成。
本实用新型中LED因是断续发光，为达到一定亮度瞬间工作电流必须达几十毫安，利用单片机输出口直接驱动LED是不行的，只有设置功率放大电路(11)才能保证电路正常工作，本实用新型选用集电极开路高压反向驱动器，有效保证了64个LED正常发光。单元(11)通过地址线、数据线、控制线与单片机相连，因数据线上负载较重，所以设有总线驱器。又由于每个LED每转一周只占用极少时间进行数据更新(几微秒)，故设置输出锁存器以保证其余时间状态稳定不变。地址译码也是在本单元中完成的。
本实用新型考虑到可能在某些应用场合需要声音配合效果更富趣味，故利用音乐芯片技术设计了特定的声音输出电路，比如转盘上显示一匹昂首长啸的奔马时，存放在音乐芯片中的马叫声适时播则更会烘托出形象逼真有动感的环境氛围。
本实用新型作为光电显示器的一种创新，它具有简单、廉价、新颖、动感强、图文更新既可在线又可离线等特色。本转盘式光电图文显示器一屏显示8个汉字(可扩展)，每个汉字为16×16的点阵，如采用现有的点阵显示，则需要16×16×8个发光二极管，而本实用新型只用了16×4各发光二极管，为现有型的1/32。特别应该提出的是，每个LED都需要对应的驱动器、译码器、占用单片机的软、硬件资源，这些开销远大发光二极管。本实用新型特别适用装潢与广告制作、玩具、或对分辨率及色彩一般要求等领域。
本实用新型非常易于实现，全部材料市面上随手可购得。生产和安装只需要常用电工、电子类设备即可。生产时只需按用户图文显示内容容量及显示方式适当选择软件功能，设计印刷电路板和制作外壳，经模拟整机调试后就可批量生产或到用户现场安装。由于本实用新型应用面宽，又有具有上述特色，预期经济效益可观。
图1为本实用新型的系统逻辑框图；图2为本实用新型的结构示意图。(在图1中，译码锁存驱动的输出为64路，为了图面简洁，图中只给予出了一路输出。)图中1为通用微机，2为单片机，3为程序存贮器，4为图文存储器，5为电机，6为圆盘，7为LED，8为红外发光管，9为光敏二极管，10为放大整形抗干扰电路，11为译码锁存驱动，12为RS232接口，13为串行口，14为中断端口，15为声音输出电路，16为铜环，17为恒磁铁，18为磁控开关电路，19为刹车装置，20为绝缘圆柱体，21为碳刷，22为弹簧，23为支架。
以下结合附图对本实用新型具体实施作进一步描述一种转盘式光电图文显示装置，如图1-2所示，它由发光二极管、光敏管、转盘、交流电机、单片机系统、微机、译码锁存驱动电路、声音输出电路、放大整形抗干扰电路、系统监控软件组成。包含有23个逻辑单元，各单元的名称和基本功能上面已经做了必要的说明。从逻辑关系来看，这种转盘式光电图文显示装置分为四大部分第一部分包括通用微机(1)、RS232接口(12)，完成图文的生成与传送；第二部分包括单片机(2)、图文存贮器(3)、程序存贮器(4)、放大整形抗干扰电路(10)、译码锁存驱动电路(11)、串行口(13)，中断端口(14)、声音输出电路(15)，本实用新型的核心部分，对上完成与微机的通信，对下实时控制LED发光；第三部分包括电机(5)、圆盘(6)、LED(7)、红外发光管(8)、光敏二极管(9)，为图文显示的终极体现。第四部分包括铜环、(16)、恒磁铁(17)、磁控开关电路(18)、刹车制动装置(19)、绝缘圆柱体(20)、碳刷(21)、弹簧(22)、支架(23)，为刹车制动及碳刷技术部分。
在电机(5)的转轴上安装一个印刷电路板圆盘(6)，圆盘的正面相互垂直的两条直径上分为4组，每组安装16个LED，共装64个LED；圆盘背面则是单片机(2)、程序存贮器(4)、图文存贮器(3)、译码锁存驱动电路(11)、放大整形抗干扰电路(10)、光敏二极管(9)及恒磁铁(17)；程序存贮器(4)通过三总线与单片机(2)连接，并控制整个系统的运行；放大整形抗干扰电路(10)与单片机的中断端口(14)相连，另一端与圆盘上的光敏二极管(9)连接；译码锁存驱动电路(11)与单片机(2)也是通过三总线路连的。单片机输出口与声音(15)连接；译码锁存驱动(11)的输出分成64路与每个LED连通。已编辑好的图文发送到图文存储器(3)中。程序存储器中存放着系统监控制程序。电动机(5)带动装在轴上的圆盘恒速转动。微机的RS232接口(12)与单片机的串口(13)相连。
在圆盘的中心固定有一个绝缘圆柱体(20)，并与电机(5)的转轴同轴固定连接，在绝缘圆柱体上嵌有五个铜环(16)，其中2根作为电源，2根作为RS232，1根声音。在电机轴上还设有一个刹车装置(19)，并与磁控开关电路(18)连接，切断主电源后，只有当恒磁铁(17)抵达磁控开关电路(18)且转速减缓到预定值时刹车制动装置(19)才能动作，转盘便准确停止在预定位置。电机供电是交流220伏。
红外发光二极管(8)及光敏二极管(9)相对安装在同一半径的圆周上，而光敏二极管固定在圆盘(6)上；恒磁铁(17)与磁控开关电路(18)也相对安装在同一半径的圆周上，恒磁铁(17)则固定在圆盘(6)上。
权利要求1.一种转盘式光电图文显示器，其特征在于它是由如下四个部分组成由微机(1)、RS232接口(12)组成的图文生成与传送部分；由单片机(2)、图文存贮器(3)、程序存贮器(4)、放大整形抗干扰电路(10)、译码锁存驱动电路(11)、串行口(13)、中断端口(14)、声音输出电路(15)、组成控制与通信部分；由电机(5)、圆盘(6)、LED(7)、红外发光管(8)、光敏二极管(9)组成的图文显示部分；以及由恒磁铁(17)、磁控开关电路(18)、刹车制动装置(19)组成的刹车制动部分；电机(5)与印刷电路板圆盘(6)通过绝缘圆柱体(20)同轴固定连接，圆盘的正面相互垂直的两条直径上分为4组，每组安装16个LED(7)，共装64个LED(7)；圆盘背面则是单片机(2)、图文存贮器(3)、程序存贮器(4)、译码锁存驱动电路(11)、放大整形抗干扰电路(10)、光敏二极管(9)、恒磁铁(17)；程序存贮器(4)通过三总线与单片机(2)连接，并控制整个系统的运行；放大整形抗干扰电路(10)一端与单片机(2)的中断端口(14)与之相连，另一端与圆盘上的光敏二极管(9)连接；译码锁存驱动电路(11)与单片机(2)通过三总线连接；单片机(2)输出口与声音输出电路(15)连接；译码锁存驱动电路(11)的输出分成64路与每个LED连通；已编辑好的图文发送到图文存储器(3)中；程序存储器(4)中存放着系统监控制程序；电动机(5)带动装在轴上的圆盘(6)恒速转动；微机(1)的RS232接口(12)与单片机(2)的串口(13)相连；在绝缘圆柱体(20)上嵌有五个铜环，其中2根作为电源，另2根作为RS232，1根声音；5个碳刷(21)被5根弹簧(22)压接在对应的5个铜环上；(21)、(22)、(8)都是装在支架(23)上的；在电机转轴还有一个刹车装置，该刹车装置与磁控开关电路连接；红外发光二极管及光敏二极管相对安装在同一半径的圆周上，恒磁铁与磁控开关电路也相对安装在同一半径的圆周上，而光敏二极管和恒磁铁却固定在圆盘上。
专利摘要本实用新型公开了一种转盘式图文显示器,它由发光二极管、光敏管、圆盘、交流电机、单片机系统、微机、译码锁存驱动电路、声音输出电路、放大整形抗干扰电路、刹车装置等部分(件)组成。电机与圆盘同轴固定联结,圆盘正方互相垂直地分为4组每组安装16个LED、背面是单片机等。本实用新型具有简单、廉价、新颖、动感强、图文更新既可在线又可离线等特色。特别适用装潢与广告制作、玩具,或对分辨率、色彩一般要求等领域。预期可取得良好的经济效益。
文档编号G09G3/32GK2482178SQ0023070
公开日2002年3月13日 申请日期2000年8月24日 优先权日2000年8月24日
发明者方晖, 方运祥 申请人:方晖