【正文】 83。 64 4 第一章 緒論 顯示技術的發(fā)展史及意義 發(fā)光二極管 ((Lighting Emitting Diode） )，是一種把電能變成光能的特種器件，主要由 PN 結芯片、電極和光學系統(tǒng)構成。當系統(tǒng)受到外界激發(fā)后， 會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)，當系統(tǒng)由不穩(wěn)定的高能態(tài)重新回到穩(wěn)定的低能態(tài)時，能量差以光的形式輻射出來，就會產生發(fā)光現象。當在 PN 結上加以正向電壓之后， P區(qū)的空穴注入至 N區(qū)， N 區(qū)的電子注入至 P 區(qū)，相互注入的電子與空穴相遇后即產生復合，這些多數載流子在結的注入和復合中產生輻射而發(fā)光。它是自發(fā)輻射發(fā)光，不需要較高的注入電流產生粒子數反轉分布，也不需要光學諧振腔，發(fā)射的是非相干光。 LED 顯示屏發(fā)展經歷了三個階段： （ 1） LED 大約是在 80 年代中期開始在電子顯示屏中使用的。進入 90 年代以后，由于半導體工業(yè)的 迅猛發(fā)展，帶動了 LED 制造材料和工藝的改進，在顏色與亮度方面都有了質的飛躍。早期的 LED 顯示屏，由于受材料和工藝的限制，視角僅有 200 一 300 左右，從而制約了 LED 顯示屏的發(fā)展。在分辨率方而，由于受當時數字技術、集成電路技術和控制技術等技術的限制，很難作出高密度的 LED 顯示屏。今后隨著半導體工業(yè)的不斷發(fā)展，無論是材料，還是加工工藝，都會不斷地提高， LED 顯示屏在顏色、視角、亮度、密度、壽命等方面也會逐步完善，價格也會進一步降低 一方面，受 LED材料器件的限制，LED 顯示屏的應用領域沒有廣泛展開，另一方面，顯示 屏控制技術基本上是通訊控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的 LED顯示屏在國外應用較廣，國內很少，產品以紅、綠雙基色為主 。 （ 2） 19901995年，這一階段是 LED顯示屏迅速發(fā)展的時期。進入九十年代，全球信息產業(yè)高速增長，信息技術各個領域不斷突破， LED 顯示屏在 LED 材料和控制技術方面也不斷出現新的成果。藍色 LED晶片研制成功，全彩色 LED顯示屏進入市場；電子計算機及微電子領域的技術發(fā)展，在顯示屏控制技術領域出現了視頻控制技術，顯示屏灰度等級實現 16級灰度和 64級灰度調灰，顯示屏的動態(tài)顯示效果大 大提高。 （ 3） 1995 年以來， LED顯示屏的發(fā)展進入一個總體穩(wěn)步提高產業(yè)格局調整完善的時期。 1995 年以來， LED 顯示屏產業(yè)內部競爭加劇，形成了許多中小企業(yè)，產品價格大幅 5 回落，應用領域更為廣闊，產品在質量、標準化等方面出現了一系列新的問題，有關部門對 LED 顯示屏的發(fā)展予以重視并進行了適當的規(guī)范和引導，目前這面的工作正在逐步深化。 近年來，隨著高亮度發(fā)光二極管技術的發(fā)展， LED 顯示屏從室內走到室外，其顯示內容也從沒有層次的計算文字動畫發(fā)展到能顯示有層次的電視圖像。國家信息產業(yè)部委托藍通電子科技有限責任公司制 定的《 LED 顯示屏技術條件》也于 1998 年正式頒布實施。 進入新世紀，光電子產業(yè)得到廣泛的重視，中國加入 WTO、北京奧運成功舉辦等，成為 LED 顯示屏產業(yè)發(fā)展的契機，我國 LED 顯示屏及相關的技術必將得到飛躍發(fā)展。 顯示技術的發(fā)展規(guī)模 2021 年、 2021 年度的產業(yè)增長中，北京奧運會、國慶 60 周年慶典活動、上海世博會等重大活動的拉動因素不容忽視。對此，一方面要有理性認識，另一方面要以此為契機，認真總結經驗，積極推廣技術創(chuàng)新成果，拓展新市場，方能保持行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。直至 2021 年中國 LED 戶外電子顯 示屏廣告市場規(guī)模達到 億元，較上年增長了%。數據統(tǒng)計，這個廣告市場的規(guī)?？赏_到 億元人民幣，同比增長 %。近年來，在國家的政策支持下游應用需求的帶動下，國內 LED 行業(yè)發(fā)展迅速，形成了較為完整的 LED 產業(yè)鏈體系，業(yè)內掀起一股建設熱潮。產品行業(yè)應用領域逐漸擴大，在交通安全領域， 顯示屏 應用日漸普及 越來越得到大家認可 ，正全力充當智能交通得力助手。 顯示技術的發(fā)展趨勢 二十一世紀的顯示技術將是平板顯示的時代， LED 顯示屏作為平板顯示的主導產品之一將有更大的發(fā)展，并有可 能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產品。 白光 LED 是 LED 產業(yè)中最被看好的新興產品，在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，白光 LED 在照明市場的前景備受矚目。歐、美及日本等先進技術國家也投注許多人力，成立專門的機構推動白光 LED 研發(fā)工作。可見國外 LED 顯示屏技術主要集中在新材料的開發(fā)上，以新發(fā)光材料來提高顯示屏的視覺效果、能耗等各種性能。 隨著能源緊缺問題越來越突出， LED 的重要性和市場空間更加顯著。鑒于我國 LED產業(yè)的現狀，不論技術還是產能短期內達到世界先進水平都有相當大的難度。要在國內發(fā)展高亮 LED 產業(yè)，可以充分利用國內現有的研發(fā)和生產力量，走合作發(fā)展的道路。 6 半導體產業(yè)的全球化發(fā)展，是每個企業(yè)都要面對和無法回避的。國內企業(yè)通過規(guī)范股權架構、加大研發(fā)，采取并購和合作的方式將海外先進技術引入國內，可爭取與國際大廠基本在同一技術水平進行產業(yè)競爭。繼上海、廈門、大連、南昌和深圳成為首批五個國家半導體產業(yè)化基地，國內封裝和應用企業(yè)形成快速的市場適應能力和價格優(yōu)勢，我國大陸已經成為世界上重要的 LED 封裝生產基地。封裝及應用，尤其是國際應用產品加工有向我國轉移的趨勢。在封裝和應用領域中國已經完全有可能、有能力在 高端市場占據一席之地，但必須加大產品的創(chuàng)新、加強品牌的培育。目前全世界都在尋求解決經濟發(fā)展和能源短缺的矛盾，給整個綠色照明生產行業(yè)帶來廣闊的市場前景與新的機遇。 隨著社會科技的進步和戶外廣告的發(fā)展，人們對戶外廣告媒體的要求也越來越高，傳統(tǒng)的路牌、燈箱、單立柱、霓虹燈等表現形式單一的戶外廣告媒體已經無法滿足受眾的需求。戶外廣告市場上的競爭將是品牌價值、客戶管理和專業(yè)品質的較量，于是， LED開始浮出水面。 LED 大型顯示屏是科技與媒體的完美結合，能把該理念充分發(fā)揮，當仁不讓地成為未來戶外廣告媒體發(fā)展趨勢。 LED 顯示屏不僅畫面亮度高、對比度大，色彩鮮艷，而且可顯示動態(tài)畫面和文字，它主動光發(fā)，遠距離分辨率高，即使在百米以外，視覺效果跟在家里看電視一樣，已廣泛用于人流量多的公共場所、交通要道 承擔著信息發(fā)布實時更新的重任 。 3D 一詞，現在在顯示業(yè)可謂大行其道，顯示器巨頭們也是爭相推出了自家的當家花旦 — 3D 電視?，F在商家們都會把 3D技術作為一項亮點來推銷，而消費者在購買時也都接受這一技術，甚至愿意為之買單，享受其提供的視覺享受。 3D 顯示技術顯然受到了消費者的追逐。 3D 技術也有缺點，觀看時需佩戴 3D眼鏡。這就制約了它在 生機磅礴的戶外廣告業(yè)的發(fā)展，試想如果讓 3D 顯示技術出現在戶外廣告中，人們對觀看廣告興趣會提高，對于廣告投放者來說就是莫大的福音，因為廣告效果將會事半功倍。但是平面的 LED顯示屏是難以突破這種技術的，解決的方法就是立方體的 LED顯示器，讓它實現裸眼 3D。 第二章 LED 顯示技術的理論基礎 器件的應用基礎 LED 器件種類繁多。早期 LED 產品是單個的發(fā)光燈，隨著數字化設備的出現， LED 7 數碼管和字符管得到了廣泛的應用。 LED 發(fā)光燈可以分為單色發(fā)光燈、雙色發(fā)光燈、三色發(fā)光燈、面發(fā)光燈、閃爍發(fā)光燈 、電壓型發(fā)光燈等多種類型。按照發(fā)光燈強度又可以分為普通亮度發(fā)光燈、高亮度發(fā)光燈等。 LED 發(fā)光燈的外形由 PN結、陽極引腳、陰極引腳和環(huán)氧樹脂封裝外殼組成。其核心部分是具有注入復合發(fā)光功能的 PN 結。環(huán)氧樹脂封裝外殼除具有保護芯片的作用外，還具有透光聚光的能力，以增強顯示效果。 LED 器件通常用砷化鎵（ GaAs）、磷化鎵（ GaP）等半導體材料制成。當向 LED器件施加正向電壓時，器件內部的電子與空穴直接復合而產生能量，以光的形式釋放出來，產生半導體發(fā)光。因此 LED 的驅動就是如何使它的 PN 結處于正偏狀態(tài)，而且為了控 制它的發(fā)光強度，還要解決正向電流的調節(jié)問題。具體的驅動方法可以分為直流驅動、恒流驅動、脈沖驅動和掃描驅動等 。 屏的工作原理 LED 顯示屏通常由若干 LED 點陣顯示模塊組成，用于顯示的 8x8 單色 LED 顯示點陣模塊，每塊有 64 個 LED。為了減少引腳且便于封裝， LED 顯示點陣模塊采用陣列形式排布，即在行列線的交點處接有顯示 LED 。 8X8 LED 點陣的外觀及引腳如圖 31，等效電路圖如圖 32 所示。 圖 231 8*8LED 點陣的外觀及引腳 8 圖 232 8*8LED 點陣等效電路圖 LED 顯示屏的基本工作原理是動態(tài)掃描。動態(tài)掃描又分為行掃描和列掃描兩種方式，常用的方式是行掃描。行掃描方式又分為 8 行掃描和 16行掃描兩種。 在行掃描工作方式下，每一片 LED 點陣片都有一組列驅動電路，列驅動電路中一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來鎖存待顯示內容的字模數據。在行掃描工作方式下，同一排 LED 點陣片的同名行控制引腳是并接在一條線上的，共 8 條線，最后連接在一個行驅動電路上；行驅動電路中也一定有一片鎖存器或移位寄存器，用來鎖存行掃描 信號 。 LED 顯示屏的列驅動電路和行 驅動電路一般都采用單片機進行控制，常用的單片機是MCS51系列。 LED顯示屏顯示的內容一般按字模的形式存放在單片機的外部數據存儲器中，字模是 8 位二進制數。 單片機對 LED 顯示屏的控制過程是先讀后寫。按 LED 點陣片在屏幕上的排列順序，單片機先對第 1 排的第 1 片 LED 點陣片的列驅動鎖存器，寫入從外部數據存儲器讀得的字模數據，接著對第 2 片、第 3 片 ?? 直到這一排的最后一片都寫完字模數據后，單片機再對這一排的行驅動鎖存器寫行掃描信號，于是第 1 排第 1 行與字模數據相關的發(fā)光二極管 點亮。接著第 2排第 1 行、第 3 排第 1行 ?? 直到最后一排第 1 行的點亮。各排第 1 行都點亮后，延時一段 時間 ，然后黑屏，這樣就算完成了單片機對 LED 顯示屏的一行掃描控制。 單片機對 LED 顯示屏第 2 行的掃描控制、第 3 行的掃描控制 ?? 直到第 8 行的掃描控制，其過程與第 1 行的掃描控制過程相同。對全部 8行的控制過程都完成后， LED顯示 9 屏也就完成了 1 幀圖像的完整顯示。 雖然按這種工作方式， LED 顯示屏是一行一行點亮的，每次都只有一行亮，但只要保證每行每秒鐘能點亮 50 次以上，即刷新頻率高于 50 Hz，那么由于人的視覺惰性，所看到的 LED 顯示屏顯示的圖像還是全屏穩(wěn) 定的圖像。 屏的衍生 LED 立方體 LED 屏日益受到青睞的今天，憑借自身 色彩 鮮艷、 環(huán)境適應能力強 、高節(jié)能、利于環(huán)保、 可顯示動態(tài)畫面和文字 、廣告模式更趨近于電視、可承擔信息發(fā)布等特點大有取代傳統(tǒng)廣告的趨勢?，F今 3D 一詞儼然成為了顯示器的一項不可或缺的功能，在未來 3D技術將會顯得非常重要。然而要把 3D 技術融入到戶外領域那就很有難度了， 3D實現是需要借助 3D 眼鏡來實現的。如果把 LED 顯示器制作成立方體的那就能實現裸眼 3D 的效果，顯示以后你會發(fā)現 LED 立方體所顯示的東西效果逼真的呈現在人們面前，而且它是個立方體不論從各各方向來看都不會影響效果顯得非常通透，不會像 LED 普通顯示屏那樣受到可視角的限制。 第三章 硬件 硬件介紹 單片機 STC89C52 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能 COMOS8的微處理器，俗稱單片機。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。表 331 給出了其主要功能。 表 331 STC89C52 主要功能： 主要功能特性 兼容 MCS51 指令系統(tǒng) 8K 可反復擦寫 Flash ROM 32 個雙向 I/O 口 256x8bit 內部 RAM 3 個 16 位可編程定時 /計數器中斷 時鐘頻率 024MHz 10 2 個串行中斷 可編程 UART 串行通道 2 個外部中斷源 共 6 個中斷源 2 個讀寫中斷口線 3 級加密位 低功耗空閑和掉電模式 軟件設置睡眠和喚醒功能 圖 331 STC89C52 管腳圖 STC89C52 管腳介紹： (1)主電源引腳 VCC(40)：電源輸入，接＋ 5V電源 GND(20)：接地線 (2)外接晶振引腳 XTAL0(18)：片內振蕩電路的輸入端 XTAL1(19)：片內振蕩電路的輸出端 (3)控制引腳 RST/VPP(9)：復位引腳，引腳上出現 2 個機器周期的高電平將使單片機復位。 ALE/PROG(30)：地址鎖存允許信號 11 PSEN(29)：外部存儲器讀選通信號 EA/VPP(31)：程序存儲器的內外部選通，接低電平從外部程序存儲器讀指令，如果接高電平則從內部程序存儲器讀指令。 (4)可編程輸入 /輸出引腳 STC89C52 單片機有 4 組 8 位的可編程 I/O 口，分別位 P0、 P P P3 口，每個口有 8 位，共 32 根。 PO 口 (39～ 32)：名稱為 ～ 。 P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O口。作為輸出口，每位能驅動 8個 TTL 邏輯電平 （晶體管 晶體管邏輯電平） 。 P1 口 (1～ 8)：名稱為 ～ 。 P1 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p1 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P1 端口寫 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流 。 P2 口 (21～ 28)：名稱為 ～ 。 P2 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器能驅 動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流（ IIL）。 P3 口 (10～ 17)： 8位準雙向 I/O 口線，名稱為 ～ 。 P3 口是一個具有內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， p2 輸出緩沖器能驅動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1” 時，內部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內部電阻的原因，將輸出電流。 RST—— 復位輸入。當振 蕩器工作時， RST引腳出現兩個機器周期以上高電平將是單片機復位。 ALE/PROG—— 當訪問外部程序存儲器或數據存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8位字節(jié)。一般情況下， ALE 仍以時鐘振蕩頻率的 1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當訪問外部數據存儲器時