近年來大家都非常重視節能及環保的觀念，而市面上使用LED的產品非常的多，如：紅綠燈、廣告看板、電腦螢幕、汽車儀表顯示器等等，而國外也有業者及學者將此方法運用於自行車輪框、火車隧道之廣告看板等。一般來說市面上的廣告看板使用的LED數量，往往與顯示面板大小成正比，相對的成本偏高，檢修也相當不便，而本作品為了達到以低成本，實現與廣告看板同樣的顯示效果，同時檢修也較為便利，成品體積也相對較小之顯示器。而其原理即是利用人類視覺對於高頻率變化的影像產生出視覺暫留的特性，以單排顯示模組之快速移動，達到如同廣告看板效果般的顯示性能。
本作品主要設計出兩種款式，第一種為遙遙棒顯示器，主要是先以PC編輯出欲顯示之圖案或字形碼，經燒錄機將程式與字形碼燒入單晶片後以水銀感測器搭配可完成手搖式顯示棒之顯示效果，可運用於造勢宣傳場合，並可重複使用以達到節能減碳環保之效果。第二種則是以控制馬達旋轉帶動LED顯示棒，搭配控制馬達轉速、EEPROM儲存大量顯示碼、及紅外線定位功能，設計出旋轉式圓筒狀之顯示器以顯示出各種花式圖案與顯示功能，將可運用於展示館入口明顯處以無線即時顯示方式完成看板顯示效果。本顯示器系統是以盛群單晶片微控制單元(Micro Controller Unit(MCU))HT66F50做為控制核心，搭配多顆閂鎖器IC-74HC574控制LED顯示變化，以語音辨識IC進行語音控制，並結合紅外線感知器來做為轉速偵測及顯示定位之控制，經由自製建立之旋轉平台測試，不論是字型或是圖案顯示均能得到不錯的顯示效果。
系統原理與結構
系統顯示原理
圖1為單排LED燈組，顯示原理以旋轉及掃描的方式所呈現，運用馬達搭載顯示燈組做快速旋轉之動作，使單排LED燈組看起來像是矩陣，如圖2所顯示，例如顯示X之文字，先將X分拆成行，由單晶片將每行所顯示之值輸出至LED燈模組，並控制馬達轉速，使其顯示間隔時間固定，於每一瞬間輸出不同的顯示資料，如圖3所示意，即會形成X之圖樣[1]。
LED旋轉顯示器結構
圖4為本作品之實體圖，以鋼板做為馬達支撐架及底盤，由上至下分別為LED平面顯示控制組，由兩塊電路板相互垂直組合而成，垂直電路板為顯示面，如圖5所示，水平電路板則裝載電池組、單晶片控制電路、紅外線接收模組及平衡用之負載如圖6所示，中間部分並固定有一高轉速直流馬達如圖7所示，並裝置紅外線發射模組，底盤部分則裝置馬達控制模組，如圖所示，由上所述之模組等組成，即為本作品之基本結構。
硬體電路設計與分析
本LED燈旋轉顯示器分別由不同模組所構成，分別為LED顯示模組、紅外線感測模組、直流馬達控制模組及控制模組，動作原理及介紹如下所述:
LED顯示模組:
LED顯示模組由32顆高亮度LED所構成，並搭配IC-74HC574栓鎖器所構成，圖8為其電路圖，將四顆閂鎖器之輸入端做並聯，連接至
單晶片上的輸出PORT，並將四顆閂鎖器之控制腳位分別做控制，同時將顯示值32Bit分別拆成各8Bit依序送至各個閂鎖器做輸出，示意圖如圖9所示，由此動作即可由一個8Bit IOPORT做出高達32Bit顯示輸出之動作需求[2]。
紅外線感測之電路設計
紅外線感測模組用於顯示定位及轉速偵測之功能，分別設計有發射端及接收端，發射端設置於馬達固定座，接收端設置於顯示控制組上，如圖10所示，其動作原理為提供顯示控制端之原點定位信號，當馬達轉一圈時，控制端便會接收到一脈波信號，並由這個信號做為基準點之中斷旗標，並執行顯示圖片之動作，利用此方法達到高速旋轉時固定圖片顯示位置之功能，並可藉由此信號做馬達轉速之偵測，達到控制定速、變速之功能。
直流馬達驅動器電路之設計
本馬達驅動器之電路設計主要是選用L298搭配脈寬調變訊號以完成控制馬達轉速之功能，圖11即為本顯示器控制旋轉馬達之控制電路圖。
單晶片微電腦控制模組
本顯示控制模組是以HT66F50為主核心，並結合了EEPROM-HT24LC64做為資料庫之擴充功能，其動作方塊圖如圖12所示，由第一個MCU將所接收到之資料處理後寫入至EEPROM- HT24LC64，而第二顆MCU除了內建顯示資料外，並可直接讀取EEPROM裡的資料，並做即時顯示之功能[4]。
軟體分析與設計
程式撰寫皆由C語言完成，並分為二個部分，分別為顯示控制及馬達驅動之軟體設計，詳如下所述：
顯示控制程式設計
@內文:本作品顯示端之程式設計使用紅外線接收中斷做為控制，圖13為顯示控制程式流程圖，單晶片做初始化設定後，便進入無窮迴圈，等待中斷產生，當紅外線接收到信號時，便進入中斷副程式，並讀取圖形資料庫，將資料送至LED顯示器做顯示[5]。
馬達驅動程式設計
@內文:馬達驅動之程式設計流程如圖14所示，當晶片做初始化設定後，偵測按鍵之數值，並執行其對應之功能，當按鍵一被按下時，便會啟動馬達帶動控制顯示組作旋轉之功能，當按鍵二被按下時，可將馬達停止，按鍵三之功能為啟動或關閉紅外線發射模組，用以控制顯示端顯示圖形或不顯示，按鍵四之功能則是進行轉速之控制[6]。
實驗結果
經過實驗測試，顯示效果相當不錯，圖15、圖16、圖17、圖18為作品成果實際顯示的畫面，圖15顯示的是HOLTEK半導體公司，圖16為建國科技大學校名，圖17為彩色條紋，圖18為顯示方格狀特效，均能達到清楚顯示之功能。
結論
本作品以單晶片微控制單元HT66F50為控制核心，並且搭配四顆74HC574控制32顆LED來達到控制顯示之效果，並且以EEPROM- HT24LC64來存取更多資料，我們也以六顆紅外線LED以等距排放於接收紅外線LED可接收到之範圍來達到圖形顯示位置控制之效果。所完成之功能如下：
- 1. 透過閂鎖IC-74HC574控制32顆LED完成更高解析度之顯示效果。
- 2. 使用外部記憶體EEPROM-HT24LC64用來增加更大圖形資料庫的存取空間，可產生更多的圖文變化。
- 3. 使用紅外線模組來感測圖形顯示之位置以達到動態顯示多樣化之顯示效果。
未來改進與發展目標：
- 1. 改善旋轉機構使其旋轉方式或展現方式更穩定。
- 2. 結合綠能完成電能量的取得與消耗。
- 3. 發展RGB彩色 LED控制技術作為顯示燈組，使顯示畫面更多彩繽紛。
- 4. 使用PC並搭配無線傳輸模組來達到即時顯示之效果。
- ---作者：建國科技大學 電子工程系陳宏明老師、游文億、許丁格、沈柏璁---
- <本文由盛群半導體提供>
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