【正文】 顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國內企業(yè)開發(fā)生產并得到應用。這一領域的 LED 顯示屏占到了前幾年國內 LED 顯示屏需求量的 50%以上，目前仍為 LED 顯 示屏的主要需求行業(yè)。 ③ 港口、車站旅客引導信息顯示。 ⑤ 道路交通信息顯示。 ⑦ 郵政、電信 、商場購物中心等服務領域的業(yè)務宣傳及信息顯示。 (3) 行業(yè)發(fā)展正在逐步規(guī)范 1995 年以前， LED 顯示屏的生產無行業(yè)規(guī)范。 LED 顯示屏的發(fā)展趨勢 現(xiàn)代信息社會中，作為人一機信息視覺傳播媒體的顯示產品和技術得到迅速發(fā)展，進入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無疑會有更大的發(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。以全彩色戶外 φ26 顯示屏為例， 1996 年的產品市場價格每平方米在 12 萬元左右， 1999 年已降至7－ 8 萬人民幣 /m2， LED 產品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達到比較理想的效果，完全可以滿足戶外全天候的環(huán)境條件要求，同時，由于全彩色 顯示屏價格性能比的優(yōu)勢，預計在未來幾年的發(fā)展中，全彩色 LED 顯示屏在戶外廣告媒體中會越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產品，體育場館的顯示方面全彩色LED 屏更會成為主流產品。行業(yè)規(guī)范和標準體系的形成，對產品的檢測有了相對統(tǒng)一的認識和評判依據(jù)，生產條件 差、技術性不強、售后服務體系不完善的企業(yè)將受到市場的淘汰，預計今后幾年內一批小規(guī)模 LED 顯示屏廠商會逐步淡出，行業(yè)的發(fā)展趨于有序。 ● 計算機及專用設備：計算機及專用設備直接決定了系統(tǒng)的功能，可根據(jù)用戶對系統(tǒng)的不同要求選擇不同的類型。系統(tǒng)原理圖如圖 所示： 圖 LED 電子顯示屏控制系統(tǒng)結構框圖 (二 )系統(tǒng)功能該系統(tǒng)具備如下功能： (1)以計算機為處理控制中心，電子屏幕與電腦顯示器 (VGA)窗口某一區(qū)域逐點對應，顯示內容實時 同步，屏幕映射位置可調，可方便隨意地選擇顯示畫面的大小。 (4)使用專用節(jié)目編輯播放軟件 ,可通過鍵盤 ,鼠標、掃描儀等不同的輸入手段編輯、增加、刪除和修改文字、圖形、圖像等信息。調試難度、維護難度大大降低，可靠性高。顯 示的穩(wěn)定性大大增加。 RS422 專用設計接口。通用顯示屏軟件具有良好的用戶界面，清晰的菜單窗口，用戶可以根據(jù)需要，任意編排節(jié)目，既能播放錄像，也能播放動畫文字、插播消息等。目前 LED 顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經成為城市信息現(xiàn)代化建設的標志。 11 顯示顏色、亮度和視角 基礎半導體工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動了發(fā)光二極管制造材料以及制作工藝的改進，在顏色與亮度方面都有了質的飛躍，高亮度、藍色及純綠色發(fā)光二極管已產業(yè)化并得到應用。為使顯示效果更符合人眼的視覺 特性，出現(xiàn)了非線性級差調灰技術，即在低亮度區(qū)級差小，增加級數(shù)， 逐步到高亮度區(qū)時增大級差，形成視覺效果上的 “ 級差一致性 ” 。如果只是用一個固定的正向電壓驅動 LED，可能會產生變化范圍較大的正向電流，例如用 驅動 6 只 LED，相應的正向電流差別較大： 10mA~44mA，取決于具體的 LED 特性曲線。通用 IC 設計的驅動電路在室內外單色、雙基色顯示屏方 面應用成熟，目前仍然是主流的驅動電路。近年，國外的 IC 制造商相繼推出一些用于 LED顯示的專用 IC 驅動芯片，如 TI公司推出的 LED Driver 等，這類芯片對原來通用驅動 IC的集成度進行了提高，使顯示屏的驅動電路設計簡捷方便，功能上也有所提高，但同時成本 也相應增加。但是，也應該看到，我國各個 LED制造商設計開發(fā)的LED 專用驅動 IC 基本上是自用，批量規(guī)模不夠，導致產品的開放性差，另外，過分追求一些實際意義不大的功能的設計，從價值成本方 面分析也不盡合理。在電腦終端的信息數(shù)據(jù)通過 “ 通訊協(xié)議 ” 與單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，達到電腦智能終端控制電子產品的 “ 電子自動化 ” 的目的。另外，隨著計算機網絡技術的發(fā)展， LED 顯示屏在網絡環(huán)境下的使用情況越來越多，在多媒體、多種顯示設備組成的信息顯示系統(tǒng)中，采用智能化網絡控制，聯(lián)網控制多屏技術也在實際中得到應用。并且在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)多屏 信息合并單屏信息保存后傳輸?shù)墓δ?。具體組織安排如下： 第 2章：系統(tǒng)分析與設計 第 3章 ：硬件設計與實現(xiàn) 第 4章：系統(tǒng)調試 第 5章：在完成系統(tǒng)分析、系統(tǒng)設計的工作后，對整體工作進行總結。漢字庫結構作了統(tǒng)一規(guī)定如圖所示： 15 二 級 漢 字 （ 3 0 0 8 個 ）一 級 漢 字 （ 3 7 5 5 個 ）擴 展 A S C I I 碼 和 保 留 區(qū)字 母 、 數(shù) 字 、 圖 符 和 記 號 區(qū)位 碼區(qū) 碼0071 69 49 4第 一 字 節(jié) （ 區(qū) 號 ） 圖 國標（ GB231280） 漢字字符集 即將字庫分成 94個區(qū)，每個區(qū)有 94個漢字（以位作區(qū)別），每一個漢字在漢字庫中有確定的區(qū)和位編號（用兩個字節(jié)），這就是所謂的區(qū)位碼（區(qū)位碼的第一個字節(jié)表示區(qū)號，第二個字節(jié)表示位號，因而只要知道了區(qū)位碼，就可知道該漢字在字庫中的地址，每個漢字在字庫中是以點陣字模形式存儲的，如一般采用 1616 點陣形式，每個點用一個二進制位表示，存 1的點， 當顯示時，可以在屏上顯示一個亮點。據(jù)此可以描繪出 “ 豪 ” 字的位（ bit）信息。所謂漢字的點陣碼，就是漢字點陣字形的代碼。依次類推， 2424點陣和 3232 點陣的漢字 則依次要用 72 個字節(jié)和 128 個字節(jié)存放一個漢字，構成它在字庫中的字模信息。當系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)越遷到不穩(wěn)定的高能態(tài) 。而當給 PN 結加以正向電壓時，導帶中的電子 17 則可越過 PN 結的勢壘進入到 P 區(qū)一側。 1 21 21KR1+ 5 VLED 發(fā)光電路LED 符號+ ( a ) ( b ) 圖 LED顯示原 理 LED發(fā)光時一般電流為 3 至 30mA 左右 LED 有一定的穩(wěn)壓作用點亮時 LED 的正負之間的電壓為 左右 LED 加入電壓時必須限流否則會損壞 LED 根據(jù)發(fā)光亮度的需要 LED 的限流電阻可為 1K 至 3K3 之間這時流過幾毫安的電流當需要較高亮度的顯示時可加入較大的電流例如使用 +5V 供電串接 100R 的限流電阻則在 100R 的電阻上有 3V 的壓降因為 LED 壓降約為 2V 則電流約為 30 至 50mALED 點陣由數(shù)個 LED 按一定規(guī)律排列而成。該點陣為共陽極紅綠雙基色的點陣模塊（白的為綠色，黑的表示紅色）。系統(tǒng)顯示點陣采用 88 雙基色顯示單元，按照每行 2個字，共計 16 行的方式來組織的 2256 LED 象素的顯示屏，因此能夠顯示 2個 1616 點陣漢字。當對于 n個 LED器件進行掃描驅動時，假定切換電路在切換過程中沒有時間延遲，且每 個 LED的導通時間是相等的，則占空比為1/n。單塊條屏由控制電路和驅動顯示電路組成。 RS232串口通信的設計 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。它是在 1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。即：邏輯 “1” ， 5— 15V；邏輯 “0” +5 — +15V。所以采用 DB9的 9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。型號為 22AWG的四芯電纜。 RS232C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒 50、 7 100、 150、 300、600、 1200、 2400、 4800、 9600、 19200波特。 MCS51 單片機具有擴展性強，功能強大，價格較低等優(yōu)點，因此，采 用 Atmel公司的 AT89S52 單片機。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。掉電保護方式下， RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 P1口低 2位與列驅動器相連，送出列信號； P0口低四位與行驅動器相連，送出行選信號； ～ 用來發(fā)送控制信號。 P0 口是一個 8位漏極開路的雙向 I/O 口。在這種模式下， P0具有內部上拉電阻。在實際應用中，往往需要調節(jié) LED器件的發(fā)光強度，通常我們是通過調節(jié)流經 LED器件的電流的平均時間來實現(xiàn)的。首先，脈沖電流幅值的選擇，當脈沖驅動的平均值與直流驅動的電流值相等時，我們人眼的感覺是相同的，也就是說兩者的發(fā)光強度相當。 圖 行掃描列控制原理及波形圖 (2)掃描驅動 掃描驅動是通過數(shù)字邏輯電路，使若 干 LED 器件輪流導通，用以節(jié)省控制驅動電路。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器件是否應該點亮，某一列的 LED 器件是否應該點亮，由所謂的列控制電路來負責。當掃描到 H2行時， L1 列的電位就應該為低。靜態(tài)顯示每一個像素需要一套驅動電路，如果顯示屏為 nm個像素屏，則需要 nm 套驅動電路 。在實際的 LED大屏幕顯示中，很少有采用靜態(tài)驅動的。數(shù)據(jù)串行傳輸?shù)乃俣缺容^慢，但它可以大大簡化傳輸線路，對于大屏幕來說，采用串行傳輸方式比較合適。即在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時，準備下一行的列數(shù)據(jù)，這就需要列數(shù)據(jù)的顯示具有鎖存功能?？刂齐娐坟撠熡行虻倪x通各行，在選通每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準備好。 25 單 片機 系 統(tǒng)行 掃描 電路 及控 制列 顯 示 數(shù) 據(jù)行 驅動列 驅 動1 6 X 3 2 點 陣R S 2 3 2電 源 圖 系統(tǒng)結構框圖 控制電路采用單片機，主要負責與上位機的通訊、控制存儲顯 示數(shù)據(jù)模塊、安排控制信號的定時與順序、控制驅動 LED 顯示點陣的電路等。最終確定了顯示系統(tǒng)的 結構，并且畫出了結構框圖，更具結構框圖，進行下面的設計和器件的選型。 (2) 數(shù)據(jù)鎖存模塊 用 74HC595附帶輸出鎖存端子的 8 位移位寄存器。 (5) 傳輸數(shù)據(jù)的保存 通過 EPROM 89S52 單片機的存儲，固化保存待顯示信息。單片機系統(tǒng) 包括電源電路，晶振電路和復位電路。 圖 復位電路 27 振蕩電路采用無源的晶振 ，石英晶片所以能做振蕩電路（諧振）是基于它的壓電效應。一般的晶振振蕩電路都是在一個反相放大器（注意是放大器不是反相器）的兩端接入晶振，再有兩個電容分別接到晶振的兩端，每個電容的另一端再接到地，這兩個電容串聯(lián)的容量值就應該等于負載電容，請注意一般 IC的引腳都有等效輸入電容，這個不能忽略。系統(tǒng)采用美國電子工業(yè)協(xié)會頒布的 RS232C 串行總線。 MAX232旁邊的需加四個電容，他們的作用是倍壓的 (升壓的 )，也就是說和芯片一起共同作用把電壓從 +5 伏變到 +10伏，負的變到 10。因此在實際的應用在應用中的顯示屏幾 乎不采用這種設計，而采用另外一種稱為動態(tài)掃描的的顯示方法。 采用掃描方式進行顯示時，每行又一個驅動器，各行的同名列共用一個列驅動器。顯然采用并行方式時，從控制電路到列驅動器的線路數(shù)量大，相應的硬件數(shù)目多。顯示時要把每一行中各列的數(shù)據(jù)都傳送到相應的列驅動器上去，這就存在一個顯示數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。具體就 1616 地點陣來說，把所有地同一列地發(fā)光二極管的陰極連接在一起（共陽的接法），先送出對應第 1行發(fā)光二極管的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮一定時間，然后熄滅；再送出第 2行的數(shù)據(jù)并鎖存，然后選通第一行使其燃亮相同的時間，然后熄滅； ?? 第 16行之后，又重新點亮第一行，反復輪回。 1616 的點陣共有 256個發(fā)光二極管，顯然單片機沒有那么多端口，如果我們采用鎖存器來擴展端口，按 8位的鎖存器來計算，1616 的點陣需要 256/8＝ 32個鎖存器。接口電路的基本原理如下圖： 28 圖 單片機與上位機通信接線圖 MAX232 是電平轉換電路， 232 電平的高電平是 15 伏到 3伏，低電平是 +3 伏到 +15伏， TTL 電平的高電平的理想值是 +5 伏，低電平是 0 伏。 圖 晶振電路 串口通信的設計 串行通信是能把二進制數(shù)據(jù)能夠按位傳送的通信，且 所需傳輸線極少， 8051 內部除了含有 4 個并行 I/O 接口外，還有一個串行 I/O 接口。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。復位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時提供復位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號為可靠起見電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭分 合過程中引起的抖動而影響復位圖 所示的 RC復位電路可以實現(xiàn)上述基本功能。 單片機系統(tǒng)的設計 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。 (4) 整體電路 顯示數(shù)據(jù)輸出電路主要功能是進行逐行掃描和將串行數(shù)據(jù)依次輸出到 LED 顯示單元模塊。由于待顯示信息的字模提取通過軟件模塊完成，所以硬件系統(tǒng)不再增設字庫存儲模塊。各種控制信號用來使顯示屏正常工作，包括行選通信號、列數(shù)據(jù)移位信號、列數(shù)據(jù)輸出鎖存器打入信