POV-LED屏在旋轉中亮起 在“視覺暫留”中“舞蹈”

1.引言

視覺暫留(POV)即視覺的短暫停留。人眼觀看物體時，物體的像會成到視網膜上。視網膜上的光感細胞將光信號轉換為生物電信號通過視神經傳給大腦。然而，當物體移去后，視神經對物體的印象不會立刻消失?，F代醫學已經證明，人眼看到一個物體后，在1/24秒內不會消失。這種現象叫做視覺暫留，也叫人眼的惰性。這種惰性會使人的視覺產生重疊，使物體“變靜為動”。所以，以每秒超過24幀畫面以上連續呈現靜態畫面時，我們會看到平滑連續的動態畫面。

基于視覺暫留的旋轉線陣LED顯示屏指的是利用人眼的視覺暫留效應[1]，通過機械掃描的方式讓一列線陣LED在正確的位置上使特定的LED發光而形成圖形、文字等的一種顯示屏。按其機械結構，旋轉線陣LED顯示屏主要有圓形[2~3]和圓柱面[4~5]兩種基本類型(另外還有球形、漏斗形等顯示屏，它們實質上只是圓柱形顯示屏的一種特例)。

2.POV顯示原理

2.1 圓形顯示原理

在基于POV的圓形旋轉線陣LED顯示屏中，一個條狀PCB板上集成了20個貼片型發光LED，下文簡稱線陣LED1。集成有LED的PCB板繞其一端隨電動機轉動，當轉動到合適的角度時點亮合適的LED就可以顯示需要顯示的內容，其示意圖如圖1所示，而在何處點亮哪些LED就應該符合圓形LED屏的顯示原理，圖2和圖3分別描述了圓形指針式時鐘和數字式時鐘的顯示原理。

在圖2中，圖2(1)指定了20顆LED用于顯示表盤、時間刻度、時針、分針和秒針的顆數及分布。明顯可以看出最內和最外一顆用于顯示表盤的內圈和外圈。自內向外，第1~9顆用于顯示時針，第1~12顆用于顯示分針，第1~15顆用于顯示秒針，第17~19顆用于顯示時間刻度。具體來講，3顆亮表示12點刻度，2顆亮表示3、6、9點刻度，1顆亮表示其余時間刻度。為了將時針與刻度隔開而提高時鐘的易讀性，第16顆LED一直不亮。在線陣LED的每一圈旋轉過程中，在圖示的位置點亮對應的LED并延時就可以顯示出當前時刻。圖2(2)中顯示的時刻為03:40:00。

圖3描述了圓形LED顯示屏顯示數字的原理，即是在每一圈旋轉內的 時時間內，點亮第1、7、11、15及20顆LED,在 的下一個時刻點亮第1、7~15及20顆LED就可以顯示數字3。

特別地，起始起始 、延時時間 及字符歷經時長 的具體計算在本文后面有詳細的推證過程。

2.2 圓柱面型顯示原理

基于POV的圓柱面型旋轉線陣LED顯示屏的結構如圖4所示。本設計在圓形LED顯示屏的基礎上增加了一個豎直的集成有17顆貼片LED的PCB板，下文稱線陣LED2.當然，為了維持系統旋轉的平穩性，在另一端我們增加了螺柱等使兩端重量平衡。當線陣LED2隨著電動機旋轉時，在的合適的位置點亮特定的LED,在視覺暫留的影響下我們就能看到各種文字和圖形。

圖5描述了圓柱面型旋轉線陣LED顯示屏顯示字母D的工作原理。

在圖5中，圖5(0)指定了17顆LED的相應功能，即自上而下第1~16顆LED是顯示LED，第17顆為底邊線LED；圖5(1~8)描述了圓柱面型LED顯示屏顯示字母D的詳細過程，即根據字母D的字模數據在每一圈旋轉內的起始時刻 點亮第3、13及17顆LED，在接下來的時刻分別點亮第3~13和17顆，第3、13及17顆，第3、13及17顆，第3、13及17顆，第4、12及17顆，第5~11和17顆最后再全部不亮就可以顯示出字母D。

3.旋轉線陣LED屏設計

3.1 機械結構