【正文】 高，光強(qiáng)超過1000mcd，同時(shí)滿足了全彩色顯示和便攜產(chǎn)品低功耗要求。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，以及LED顯示技術(shù)的不斷完善，人們對(duì)LED顯示屏的認(rèn)識(shí)將越來越深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣。由于LED在人們?nèi)粘Ｉ钪械膽?yīng)用越來越廣泛，它涉及到人們生活的方方面面，比如機(jī)場(chǎng)航班、港口、車站、證券交易、金融信息顯示、道路交通信息顯示、室外產(chǎn)品廣告及信息發(fā)布等等。可見，人們的生活也日益離不開LED，因此，人們對(duì)其要求也越來越高。隨著嵌入式技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于LED顯示屏的研究范圍也日趨廣泛。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，以及LED顯示技術(shù)的不斷完善，人們對(duì)LED顯示屏的認(rèn)識(shí)將越來越深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣。目前，我國(guó)基于LED研究現(xiàn)狀是，我國(guó)在LED領(lǐng)域的研究開發(fā)工作成績(jī)斐然。目前我國(guó)的普綠和高亮度純紅LED己經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)商品化，但是，高亮度的純藍(lán)、純綠LED在我國(guó)尚屬空白。 LED大屏幕的發(fā)展趨勢(shì)目前LED電子顯示屏的顯示向更高亮度、更高耐氣候性、更高的發(fā)光均勻性、更高的可靠性、全色化、多媒體方向發(fā)展，系統(tǒng)的運(yùn)行，操作與維護(hù)也向集成化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一將有更大的發(fā)展。(1)高亮度、全彩化藍(lán)色及綠色超高亮度LED產(chǎn)品出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，使LED全彩色顯示屏產(chǎn)品成本下降，推廣速度加快。同時(shí)，隨著控制技術(shù)的發(fā)展和屏體穩(wěn)定性的提高，使全彩色LED顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求。(2)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化材料、技術(shù)的成熟及市場(chǎng)價(jià)格基本均衡之后，LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為L(zhǎng)ED顯示屏發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展中，幾番價(jià)格回落調(diào)整達(dá)到基本均衡后，產(chǎn)品質(zhì)量、系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競(jìng)爭(zhēng)因素，這就對(duì)LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化有了較高的要求。行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系的形成，使LED顯示屏行業(yè)的發(fā)展趨于有序。(3)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化隨著信息化社會(huì)的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，LED顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型LED顯示屏為主流產(chǎn)品的局面將會(huì)發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專業(yè)性要求的小型LED顯示屏?xí)休^大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的L印顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場(chǎng)需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)有所突破，如公共交通、停車場(chǎng)、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)LED顯示屏在LED顯示屏市場(chǎng)總量中將會(huì)占有多數(shù)份額?？傊?，在LED大屏幕材料研制方面，單色、多色LED點(diǎn)陣模塊產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，目前的發(fā)展方向?yàn)槿噬獿ED顯示屏。在產(chǎn)品方面，LED大屏幕朝標(biāo)準(zhǔn)化、大型化和小型化的方向發(fā)展。 論文研究的內(nèi)容以前，人們應(yīng)用的LED顯示屏的范圍比較宰，LED研究也還處于起步階段，嵌入式芯片主要是基于8位機(jī)的開發(fā)，功能也比較單一。隨著大屏幕顯示技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，需要處理的數(shù)據(jù)量大大增加，系統(tǒng)的頻率越來越高，系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，對(duì)顯示控制系統(tǒng)的要求就不斷提高。以前的LED大屏幕顯示系統(tǒng)用中小規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)體積較大、調(diào)試?yán)щy、不易修改。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展及大規(guī)模集成電路的廣泛應(yīng)用，可編程邏輯器件來完成電路功能，不僅能夠滿足LED大屏幕系統(tǒng)高速圖像數(shù)據(jù)傳輸對(duì)速度的要求，改善了電路性能，而且增加了電路設(shè)計(jì)的靈活性，設(shè)計(jì)中可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求靈活修改相應(yīng)硬件描述語言程序，而不需要修改電路硬件設(shè)計(jì)，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了成本。同時(shí)，采用基于ARM核的新一代32位微處理器，解決了系統(tǒng)的運(yùn)行速度、尋址能力和功耗等問題，可以支持更大可視區(qū)域的穩(wěn)定顯示，可以存儲(chǔ)更多的顯示內(nèi)容。基于以上優(yōu)點(diǎn)，本文將采用ARM和CPLD相結(jié)合的方法來共同完成LED彩屏的顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)，功能包括：1） 該顯示屏控制器必須支持一般顯示屏所需的與上位機(jī)實(shí)時(shí)通訊和全部顯示功能，如左移、上移、下移、左卷簾、右卷簾、左百葉窗、右百葉窗等功能。顯示的內(nèi)容包括實(shí)時(shí)時(shí)間、日期、漢字公告以及視頻動(dòng)畫等。2）實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)的通訊和同步，使其通過上位機(jī)對(duì)LED顯示屏包括諸如顯示內(nèi)容、顯示方式、中文圖形字庫(kù)和控制軟件進(jìn)行在線更新升級(jí)的遠(yuǎn)程控制。3）按設(shè)定的顯示效果顯示圖像(如:左右移動(dòng)，上下移動(dòng)，收縮顯示，雪花顯示，單字顯示等)，可以設(shè)定并顯示時(shí)間(年/月/日，時(shí)/分/秒)，可以顯示環(huán)境溫度，能夠向LED屏發(fā)出色彩和灰度控制信號(hào)及行列控制信號(hào)等。4）實(shí)現(xiàn)對(duì)彩色LED的亮度、灰度的控制和調(diào)節(jié)。2 LED顯示屏的工作原理 LED工作原理 簡(jiǎn)述LED(Lighting Emitting Diode)即發(fā)光二極管，是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出光。LED作為一種發(fā)光器件，是大屏幕顯示系統(tǒng)的首選器件。其主要特點(diǎn)是::固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)達(dá)6萬到10萬小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上，降低維修率和維修成本。:節(jié)能能源無污染極為環(huán)保。直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗()電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，比管燈和霓虹燈更加節(jié)能，是超節(jié)能產(chǎn)品。:光色純，光線質(zhì)量高，光譜中沒有紅外線和紫外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸，屬于典型的綠色照明光源。:LED光源可利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使用三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，從而形成不同光色的組合變化多端，實(shí)現(xiàn)豐富多彩的動(dòng)態(tài)變化效果及各種圖像。:與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源市低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導(dǎo)體光電器件“高新尖”技術(shù)，具有在線編程，無限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)。 LED發(fā)光的基本原理發(fā)光二極管(Lighting Emitting Diode)，是一種把電能變成光能的特種器件，當(dāng)電流如圖21所示通過它的時(shí)候，可以產(chǎn)生可視的光。圖21 二極管工作原理發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會(huì)從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)。當(dāng)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(shí)，能量差以光的形式輻射出來，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)在PN結(jié)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(chǎn)生復(fù)合，這些少數(shù)載流子在結(jié)的注入和復(fù)合中產(chǎn)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(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，也不需要光學(xué)諧振腔，發(fā)射的是非相干光。 LED器件的驅(qū)動(dòng)原理從LED器件的特性可知道，當(dāng)向LED器件施加正向電壓時(shí)，流過器件的正向電流使其發(fā)光。因此LED的驅(qū)動(dòng)就是如何使它的PN結(jié)處于正偏置，而且為了控制(調(diào)節(jié))它的發(fā)光強(qiáng)度，還要解決正向電流的調(diào)節(jié)問題。具體的驅(qū)動(dòng)方法可以分為直流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)、脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)等。直流驅(qū)動(dòng)是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)方法，就是通過穩(wěn)定電源，經(jīng)限流電阻為發(fā)光二極管LED提供電流的方法。連接時(shí)令LED的陰極接電源的負(fù)極方向，陽(yáng)極接正極方向。這種驅(qū)動(dòng)方式雖然簡(jiǎn)單，但是不能在LED顯示屏上使用。這是由于LED正向特性陡峭，加上元件參數(shù)的分散性，即使相同的電源，相同的限流電阻，每個(gè)LED的正向電流也不盡相同，導(dǎo)致LED器件的發(fā)光強(qiáng)度不同，亮度不均，而且這種方法不易調(diào)節(jié)每個(gè)LED器件的亮度，所以無法標(biāo)識(shí)圖像信息。恒流驅(qū)動(dòng)基本上克服了器件分散性的影響。由于三極管的輸出特性具有恒流性質(zhì)，所以可以采用晶體管驅(qū)動(dòng)LED。LED的導(dǎo)通電流，與LED無關(guān)，取決于外參數(shù)。LED管得正向電流是:If=Ic=Ie=(VbVbe)/Re其中，Vb為外加基極電壓，Vbe為基極一發(fā)射極電壓。由于三極管Vbe的分散性比放大倍數(shù)β的分散性要小，所以各LED器件的正向電流在其Vb與Re相同的情況下，基本上可以保證是一致的。利用人眼的視覺暫留特性，采用向比D器件重復(fù)通斷供電的方法使之點(diǎn)燃，就是通常所說的脈沖方式。采用這種方式時(shí)應(yīng)該注意兩個(gè)問題:脈沖電流幅值的確定和重復(fù)頻率的選擇。首先，要想獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值h就應(yīng)該與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相同。如圖22所示，平均電流Ia是瞬時(shí)電流i的時(shí)間積分。 電阻 I T Ton Toff If Iu t 脈沖電源電阻圖22 LED脈沖驅(qū)動(dòng)電流其中ton/T就是占空比的一種描述，為了使脈沖驅(qū)動(dòng)方式下的平均電流I，與直流驅(qū)動(dòng)電流工。相同，就需要使它的脈沖電流幅值滿足IF=(T/Ton)Ia=(T/Ton) I可見脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值應(yīng)該比直流驅(qū)動(dòng)電流大T/Ton倍。其次是脈沖重復(fù)頻率的問題，通過視覺暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復(fù)頻率必須高24HZ，否則會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。脈沖驅(qū)動(dòng)的主要應(yīng)用有兩個(gè)方面:掃描驅(qū)動(dòng)和占空比驅(qū)動(dòng)。 掃描驅(qū)動(dòng)是通過數(shù)字邏輯電路，使若干LED器件輪流導(dǎo)通，用以節(jié)省控制驅(qū)動(dòng)電路。比D顯示屏是將發(fā)光燈按行按列布置的，驅(qū)動(dòng)時(shí)也就按行按列驅(qū)動(dòng)。在掃描驅(qū)動(dòng)方式下可以按行掃描，按列控制。也可以按列掃描，按行控制。所謂“掃描”的含義，就是指一行一行地循環(huán)接通整行的LED器件，而不問這一行的哪一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，某一列的LED器件是否應(yīng)該點(diǎn)亮，由所謂的列控制電路來負(fù)責(zé)。本課題采用按行掃描按列控制的方式。圖23所示為一個(gè)m行n列結(jié)構(gòu)的LED顯示屏，當(dāng)采用行掃描列控制的驅(qū)動(dòng)方式時(shí)，從H1到枷輪流將高電位接通各行線，使連接到各行的LED器件接通正電源，但具體哪一個(gè)LED導(dǎo)通，還要看它的負(fù)電源是否接通，這就是列控制所要完成的工作。例如在LED顯示屏上需要LEDll熄滅，LED21點(diǎn)亮，那么當(dāng)掃描到Hl行時(shí)，L1列的電位就應(yīng)該為高。當(dāng)掃描到H2行時(shí)，L1列的電位就應(yīng)該為低。 圖23 行掃描列控制原理級(jí)波形圖3 LED顯示技術(shù)的發(fā)展和基本原理在20世紀(jì)，CRT（陰極射線管）在圖像顯示設(shè)備中占了絕對(duì)統(tǒng)治地位，如電視機(jī)、顯示器等絕大多數(shù)都采用CRT。從20世紀(jì)中葉，液晶、LED、PDP等平板顯示器開始飛速地發(fā)展。其中，液晶顯示器不但在中小屏幕顯示中代替了CRT，而且也快速地進(jìn)入了計(jì)算機(jī)顯示領(lǐng)域；而LED顯示屏則逐漸在超大屏幕圖像顯示領(lǐng)域發(fā)揮了其自身的技術(shù)特點(diǎn)，應(yīng)用于各類大型的公共場(chǎng)所，如火車站、大型廣場(chǎng)和體育中心?？梢哉fLED顯示技術(shù)的發(fā)展帶來了大型平板顯示技術(shù)的又一次革命。 LED顯示技術(shù)的發(fā)展歷史高亮度LED的出現(xiàn)具