1.3　數(shù)據(jù)傳輸電路

　　三維圖像數(shù)據(jù)利用設(shè)備控制箱通過RS2232 串口后, 再利用紅外編解碼技術(shù)把數(shù)據(jù)傳到旋轉(zhuǎn)的LED驅(qū)動(dòng)板上, 其整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵔Y(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

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　　在單片機(jī)串口模塊中選用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232 芯片實(shí)現(xiàn)TTL 電平與RS2232 電平的雙向轉(zhuǎn)換, 從而把三維圖像數(shù)據(jù)傳送到單片機(jī)的串行接收端口RXD 上, 然后單片機(jī)再通過其發(fā)送端口TXD把數(shù)據(jù)送出。圖中的調(diào)制與紅外發(fā)射模塊通過由N E555 芯片構(gòu)成的多諧振蕩電路調(diào)制成38 kHz 的載波信號(hào), 最后利用紅外發(fā)射管TSAL6238 以光脈沖的形式向外發(fā)送。為了保證紅外接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,N E555 產(chǎn)生的振蕩頻率要盡可能接近38 kHz,所以在選擇電阻電容時(shí)要選用精密的元件并保證電源電壓的穩(wěn)定性。

　　數(shù)據(jù)傳輸電路中的紅外接收解調(diào)模塊選擇Vishay 公司的TSOP1738, 其內(nèi)部電路功能已包括把接收到的載波頻率為38 kHz 的脈沖調(diào)制紅外光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào), 并由前放大器和自動(dòng)增益控制電路進(jìn)行放大處理。然后, 通過帶通濾波器進(jìn)行濾波, 濾波后的信號(hào)由解調(diào)電路進(jìn)行解調(diào)。最后, 由輸出級(jí)電路進(jìn)行反向放大輸出。

　　所以, 選用此紅外接收模塊只要把其數(shù)據(jù)輸出直接送到FPGA 處理即可。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定, 利用此紅外傳輸電路傳輸數(shù)據(jù), 速率最高可達(dá)1 kB/ s。

　　1.4　角度編碼器與電機(jī)模塊電路

　　本系統(tǒng)立體顯示是通過快速顯示旋轉(zhuǎn)空間中的一系列二維截面來實(shí)現(xiàn)的, 把LED 屏旋轉(zhuǎn)一周分成180 個(gè)截面, 即每轉(zhuǎn)2°要刷新一次顯示屏。為了準(zhǔn)確刷新顯示屏, 本系統(tǒng)選用角度編碼器來識(shí)別顯示屏轉(zhuǎn)過的角度, 角度編碼器通過測(cè)試電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)出脈沖可識(shí)別電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。本系統(tǒng)選用的角度編碼器型號(hào)為ZSP38062022G2360B25224E。此編碼器旋轉(zhuǎn)一周可輸出360 個(gè)脈沖信號(hào)。這樣電機(jī)每轉(zhuǎn)2°, 角度編碼器便可發(fā)出2 個(gè)脈沖信號(hào),LED 顯示屏控制系統(tǒng)通過計(jì)數(shù)采集的角度編碼器輸出脈沖數(shù)來控制刷新LED 屏。

　　同時(shí), 利用角度編碼器的輸出脈沖再通過單片機(jī)的處理可測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度, 并可送到數(shù)碼管顯示。此外, 單片機(jī)可對(duì)測(cè)得的電機(jī)速度進(jìn)行判斷,判斷其是否超出一定的范圍, 如超出范圍可通知由單片機(jī)控制的報(bào)警電路報(bào)警。其電機(jī)模塊電路圖如圖3 所示。

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　　電路中所用的電機(jī)為無源電機(jī), 所以需要電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路, 考慮電機(jī)在加負(fù)載時(shí)速度會(huì)減慢, 設(shè)計(jì)電機(jī)的速度可調(diào), 其調(diào)節(jié)范圍為0～ 4 200 r/m in。電路中電機(jī)與角度編碼器套在一起, 其轉(zhuǎn)速v ( r/s ) 與角度編碼器的輸出脈沖頻率f (Hz) 具有如下關(guān)系:

　　v = f/360 (2)

　　通過此對(duì)應(yīng)關(guān)系利用單片機(jī)可測(cè)出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度并可送到數(shù)碼管顯示。同時(shí)利用設(shè)計(jì)的報(bào)警器可達(dá)到對(duì)電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的監(jiān)控。

　　1.5　LED 尋址驅(qū)動(dòng)電路

　　LED 尋址驅(qū)動(dòng)控制電路主要是利用FPGA 芯片EP1C3 來控制LED的專門驅(qū)動(dòng)芯片BHL2000, 并且EP1C3 根據(jù)采集的角度編碼器的輸出脈沖數(shù)按時(shí)讀取存儲(chǔ)器中的三維圖像數(shù)據(jù), 然后傳送給BHL 2000, 從而來驅(qū)動(dòng)LED 屏的列顯示。同時(shí), FP2GA 又將行掃描信號(hào)輸出經(jīng)后級(jí)放大來驅(qū)動(dòng)L ED 屏的行顯示, 其具體的原理框圖如圖4 所示。

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　　由于LED屏在旋轉(zhuǎn)的過程中會(huì)造成亮度損失,所以FPGA 的行掃描信號(hào)輸出需經(jīng)過74HC245 和UDN2981 的放大, 這樣行信號(hào)輸出最大電流可達(dá)到500 mA。此外,BHL 2000 屬于灌電流型器件且每個(gè)數(shù)據(jù)輸出端電流可達(dá)到80 mA , 可直接驅(qū)動(dòng)L ED 顯示。驅(qū)動(dòng)電路中的存儲(chǔ)器選擇STC62WV 5128, 其容量為512 k×8 b it, 而本系統(tǒng)一幅三維圖像的數(shù)據(jù)量為6715 k×8 b it, 所以選擇STC62WV 5128 是足夠的。

　　值得說明的是, EP1C3 對(duì)BHL 2000 的寫數(shù)據(jù)是在BHL 2000 寫入時(shí)鐘WR 的驅(qū)動(dòng)下, 數(shù)據(jù)從D in02D in7 輸入, 在內(nèi)部移位寄存器中串行移位16 次后,由級(jí)聯(lián)口SHO02SHO7移出。同時(shí)BHL 2000 行、場(chǎng)控制信號(hào)HS、VS確定數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)位置, 最多可存8×16×32 個(gè)字節(jié)。此外,BHL 2000 的輸出行、場(chǎng)控制信號(hào)HCL K 和CLR 確定取數(shù)位置, 在讀出時(shí)鐘CLK控制下進(jìn)行灰度調(diào)制, 輸出脈寬信號(hào)O02O15, 從而驅(qū)動(dòng)LED顯示屏。