一、任务
设计并制作一个 LED 线阵显示装置，该装置由图文录入器和 16 只红绿双色 LED 构成的线阵显示及转动控制两部分组成，利用视觉暂留现象，在 120 度弧 面区域内显示不少于 3 个 16×16 点阵的图形或文字。LED 线阵显示装置结构如图1所示。
二、要求
1. 基本要求
（1） 当电动机转动后，在 LED 任意指定行上稳定显示两条水平线（单一颜色）。
（2） 从 LED 最上和最下端一行开始，控制两条水平亮线向中间做上下往复运动。
（3） 固定显示 2 个独立全亮的 16×16 点阵图形，图形间隔为 4 个点阵点距离。
（4） 对（3）要求的显示图形在水平方向上进行宽窄变换循环显示，宽窄变化不小于两个点阵点的距离，变化不少于 5 次。
2. 发挥部分
（1） 设计制作具有显示与回放功能的图文录入器，5 分钟内录入 3 张如图2 所示格式的图文卡信息，录入方式不限制，按录入顺序回放显示。
（2） 将录入的图文信息传输到 LED 线阵显示装置上，按输入顺序在 120度弧面区域内同时显示（每幅图形之间应留 3 个点阵点的间隔），传输形式不限。
（3） 按发挥部分（2）要求显示内容，使图文在显示的同时实现红色、绿色、橙黄色交替变色显示，变色显示样式不少于 5 种。
（4） 其他。
三、说明
- 装置结构示意图仅作为设计参考，可选用成品装置进行改装，外形及尺寸不作限制。16 只双色 LED 外形尺寸及封装形式与整个装置供电方式可以自行确定，不作限制。
- 图文卡录入区域的尺寸为 80mm×80mm，每个像素点的面积为 5mm×5mm。测试现场提供 10 张标准黑白图文卡，参赛队在测试现场随机抽取 3 张图文卡，按随机次序录入并显示回放。
- 整个装置外部需加装透明防护罩。
GPT-4o给出的设计方案：
一、任务概述
设计并制作一个LED旋转显示装置，该装置包括16只红发光LED构成的竖直显示屏，通过电动机驱动旋转，利用视觉暂留原理在120度范围内显示不少于3个16×16点阵的图形或文字。
二、系统组成
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机械结构
- 底座：固定整个装置，确保稳定性。
- 电动机：驱动LED屏幕旋转，保持恒定转速。
- LED阵列与电路板：竖直排列的16个红发光LED组成的显示屏。
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控制系统
- 微控制器：控制LED阵列的点亮状态，与电动机协调同步。
- 传感器：检测LED阵列的旋转角度，确保显示的准确性。
- 电源模块：为电动机和LED阵列提供电力。
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输入输出
- 图文录入器：输入需要显示的图形或文字，与微控制器连接。
三、设计步骤
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机械部分设计
- 设计并制造一个稳固的底座，固定电动机。
- 安装LED阵列，使其在旋转时保持垂直。
- 调整电动机转速，确保LED阵列以恒定速度移动。
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电路设计
- 设计控制LED阵列的电路板，确保每个LED能够独立点亮。
- 连接电动机控制模块，与微控制器配合工作。
- 设计电源模块，提供稳定的电流。
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控制系统编程
- 编写微控制器程序，控制LED阵列点亮状态，并与电动机协调。
- 编写传感器读数程序，实时检测旋转角度，校准显示位置。
- 设计图文录入模块，实现图形文字的输入与显示控制。
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整体装配与调试
- 将机械、电路、控制系统整合，进行装配。
- 进行多次调试，确保显示效果、旋转速度及显示位置准确无误。
四、实施与验证
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功能测试
- 测试LED阵列在不同角度的显示效果，确保视觉效果清晰。
- 调整并测试电动机转速，确保在120度范围内显示不少于3个16×16点阵的图形或文字。
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稳定性测试
- 长时间运行测试，检查系统稳定性和可靠性。
- 确保在各种情况下，显示效果稳定，不出现闪烁或错位。
项目说明
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尺寸要求
- 外形总高度应不超过80 mm，底面直径不超过80 mm。
- 16只LED竖直排列，单颗LED尺寸不作限制，但建议尺寸为5mm x 5mm。
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编写程序
- 使用C或Arduino编程，控制LED的开关状态。
- 编写算法，确保LED阵列通过旋转显示出清晰稳定的图形和文字。
本题考察知识点
本项目设计考察了多项技术知识点，主要包括：机械结构与电动机驱动设计、电路设计与LED显示控制、传感器数据采集与实时反馈、微控制器编程与算法实现、以及系统调试与整体优化。机械设计部分需要确保结构的稳固性和电动机的精确控制；电路设计需要实现对LED阵列的独立控制；传感器部分用于检测旋转角度，确保显示的准确性；微控制器编程中则涉及图形文字的输入、存储与显示控制，整合系统各组件的协调工作。
