1.3　數據傳輸電路

　　三維圖像數據利用設備控制箱通過RS2232 串口后, 再利用紅外編解碼技術把數據傳到旋轉的LED驅動板上, 其整個數據傳輸的通訊結構圖如圖2 所示。

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　　在單片機串口模塊中選用電平轉換芯片MAX232 芯片實現TTL 電平與RS2232 電平的雙向轉換, 從而把三維圖像數據傳送到單片機的串行接收端口RXD 上, 然后單片機再通過其發送端口TXD把數據送出。圖中的調制與紅外發射模塊通過由N E555 芯片構成的多諧振蕩電路調制成38 kHz 的載波信號, 最后利用紅外發射管TSAL6238 以光脈沖的形式向外發送。為了保證紅外接收數據的準確性,N E555 產生的振蕩頻率要盡可能接近38 kHz,所以在選擇電阻電容時要選用精密的元件并保證電源電壓的穩定性。

　　數據傳輸電路中的紅外接收解調模塊選擇Vishay 公司的TSOP1738, 其內部電路功能已包括把接收到的載波頻率為38 kHz 的脈沖調制紅外光信號轉化為電信號, 并由前放大器和自動增益控制電路進行放大處理。然后, 通過帶通濾波器進行濾波, 濾波后的信號由解調電路進行解調。最后, 由輸出級電路進行反向放大輸出。

　　所以, 選用此紅外接收模塊只要把其數據輸出直接送到FPGA 處理即可。經實驗測定, 利用此紅外傳輸電路傳輸數據, 速率最高可達1 kB/ s。

　　1.4　角度編碼器與電機模塊電路

　　本系統立體顯示是通過快速顯示旋轉空間中的一系列二維截面來實現的, 把LED 屏旋轉一周分成180 個截面, 即每轉2°要刷新一次顯示屏。為了準確刷新顯示屏, 本系統選用角度編碼器來識別顯示屏轉過的角度, 角度編碼器通過測試電機旋轉發出脈沖可識別電機的旋轉角度。本系統選用的角度編碼器型號為ZSP38062022G2360B25224E。此編碼器旋轉一周可輸出360 個脈沖信號。這樣電機每轉2°, 角度編碼器便可發出2 個脈沖信號,LED 顯示屏控制系統通過計數采集的角度編碼器輸出脈沖數來控制刷新LED 屏。

　　同時, 利用角度編碼器的輸出脈沖再通過單片機的處理可測出電機的旋轉速度, 并可送到數碼管顯示。此外, 單片機可對測得的電機速度進行判斷,判斷其是否超出一定的范圍, 如超出范圍可通知由單片機控制的報警電路報警。其電機模塊電路圖如圖3 所示。

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　　電路中所用的電機為無源電機, 所以需要電機的驅動電路, 考慮電機在加負載時速度會減慢, 設計電機的速度可調, 其調節范圍為0～ 4 200 r/m in。電路中電機與角度編碼器套在一起, 其轉速v ( r/s ) 與角度編碼器的輸出脈沖頻率f (Hz) 具有如下關系:

　　v = f/360 (2)

　　通過此對應關系利用單片機可測出電機的旋轉速度并可送到數碼管顯示。同時利用設計的報警器可達到對電機旋轉速度的監控。

　　1.5　LED 尋址驅動電路

　　LED 尋址驅動控制電路主要是利用FPGA 芯片EP1C3 來控制LED的專門驅動芯片BHL2000, 并且EP1C3 根據采集的角度編碼器的輸出脈沖數按時讀取存儲器中的三維圖像數據, 然后傳送給BHL 2000, 從而來驅動LED 屏的列顯示。同時, FP2GA 又將行掃描信號輸出經后級放大來驅動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屏在旋轉的過程中會造成亮度損失,所以FPGA 的行掃描信號輸出需經過74HC245 和UDN2981 的放大, 這樣行信號輸出最大電流可達到500 mA。此外,BHL 2000 屬于灌電流型器件且每個數據輸出端電流可達到80 mA , 可直接驅動L ED 顯示。驅動電路中的存儲器選擇STC62WV 5128, 其容量為512 k×8 b it, 而本系統一幅三維圖像的數據量為6715 k×8 b it, 所以選擇STC62WV 5128 是足夠的。

　　值得說明的是, EP1C3 對BHL 2000 的寫數據是在BHL 2000 寫入時鐘WR 的驅動下, 數據從D in02D in7 輸入, 在內部移位寄存器中串行移位16 次后,由級聯口SHO02SHO7移出。同時BHL 2000 行、場控制信號HS、VS確定數據在存儲器中的存儲位置, 最多可存8×16×32 個字節。此外,BHL 2000 的輸出行、場控制信號HCL K 和CLR 確定取數位置, 在讀出時鐘CLK控制下進行灰度調制, 輸出脈寬信號O02O15, 從而驅動LED顯示屏。