【正文】 顯示屏?；景l(fā)光點(diǎn)非行情類 LED 顯示屏中，室內(nèi) LED 顯示屏按采用的 LED 單點(diǎn)直徑可分為 Φ3mm 、 、 Φ5mm 、 Φ8mm 、和 Φ10mm 等顯示 屏；室外 LED 顯示屏按采用的象素直徑可分為 Φ16mm 、 Φ19mm 、 Φ22mm 和 Φ26mm 等 LED 顯示屏。 ② 單元屏幕尺寸，控制較 靈活，可方便控制顯示面積。 ④ 不能連續(xù) 24 小時(shí)工作 (若必須 7/24 連續(xù)工作，需選擇專業(yè)控制室投影機(jī)，造價(jià)高 )。其中控制系統(tǒng)是核心，目前世界上流行的拼接控制系統(tǒng)主要有三種類型：硬件拼接系統(tǒng)、軟件拼接系統(tǒng)、軟件與硬件相結(jié)合的拼接系統(tǒng)。 LED 顯示屏的研究背景及意義 在現(xiàn)代信息化社會(huì)的高速發(fā)展過程中，最具意義的莫過于大屏幕顯示已經(jīng)從公共信息展示等 商業(yè)應(yīng)用開始向消費(fèi)類多媒體應(yīng)用滲透。它以其超大畫面、超強(qiáng)視覺、靈活多變的顯示方式等獨(dú)居一格的優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。 LED 顯示屏的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段： (1) 1990 年以前 LED 顯示屏的成長(zhǎng)時(shí)期。進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)，信息技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域不斷突破， LED 顯示屏在 LED 材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。進(jìn)入新世紀(jì)，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，中國(guó)加入 WTO、北京申奧成功等，成為L(zhǎng)ED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)， LED 顯示屏必將得到飛躍發(fā)展 [1]。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn) LED 顯示屏的市場(chǎng)占有率近 100%，國(guó)外同類產(chǎn)品基本沒有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中心、京九 鐵路、北京西客站、首都 機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國(guó)內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批 LED顯示屏科技隊(duì)伍，在全國(guó) LED 顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù) 6000 人中，科技人員有 2800多人，將近 50%。上海證券交易所、深圳證券交易所及全國(guó)上萬家證券、金融營(yíng)業(yè)機(jī)構(gòu)廣泛使用了 LED 顯示屏。以 LED 顯示屏為主體的信息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運(yùn)樞紐的自動(dòng)化系統(tǒng)，北京站、北京西站、南昌站、大連港等國(guó)內(nèi)重要火車站和港口都安裝了國(guó)內(nèi)廠家提供的產(chǎn)品和系 統(tǒng)。智能交通系統(tǒng)（ ITS）的興起，在城市交通、高速公路等領(lǐng)域， LED 顯示屏作為可變情報(bào)板、限速標(biāo)志等，替代國(guó)外同類產(chǎn)品，得到普遍采用。遍布全國(guó)的服務(wù)領(lǐng)域均有國(guó)產(chǎn) LED 顯示屏在信息顯示方面發(fā)揮作用。 1996 年原電子部委托藍(lán)通公司制定《 LED 顯示屏通用規(guī)范》， 1998 年 1 月正式作為電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，使 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作開始走向規(guī)范 。高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色 LED 產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件。全彩色 LED 顯示屏的廣泛應(yīng)用會(huì)是 LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。 ● 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化 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。 ●顯示屏幕 ：顯示屏的控制電路接收來自計(jì)算機(jī)的顯示信號(hào)，驅(qū)動(dòng) LED 發(fā)光產(chǎn)生畫面，并通過增加功放、音箱輸出聲音。 (2)顯示點(diǎn)陣采用超高亮度 LED 發(fā)光管 (紅、綠雙基色 )， 256 級(jí)灰度，顏色變化組合 65536 種，色彩豐富逼真，并支持 VGA 24 位真彩色顯示模式。編排存于控制主機(jī)或服務(wù)器硬盤 ,節(jié) 目 播放順序與時(shí)間 ,實(shí)現(xiàn)一體化交替播放 ,并可相互疊加。 所有硬件電路全部選用進(jìn)口元器件，品質(zhì)高，可靠性好。 (3) 精心設(shè)計(jì)的通信接口技術(shù)：通信距離可達(dá) 1000 米。極大地提高了系統(tǒng)通信的可靠性。 (5) 可視性好：產(chǎn)品采用進(jìn)口 LED 晶片，構(gòu)成的顯示屏具有高亮度、色彩鮮艷、視角大、壽命長(zhǎng)（ 100,000 小時(shí)）穩(wěn)定性高、 響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。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)將會(huì)越來越深入， 其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣。目前 LED 顯示屏從顏色上能滿足室內(nèi)外不同環(huán)境下 的單色、雙基色、全彩色顯示要求，四元素的紅色 LED 器件及高亮度藍(lán)色、純綠色在室外顯示屏中 得到普遍應(yīng)用。目前 LED 顯示屏灰度控制一般都在 256 級(jí)，通過采用非線性調(diào)灰技術(shù)，顯示屏的顯示效果比較理想。為 保證可靠性，驅(qū)動(dòng) LED 的電流必須低于 LED額定值的要求，典型最大值一般為 30mA，但是，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)所允許的額定電流會(huì)降低，例如，當(dāng)溫度達(dá)到 50℃ 時(shí)電流需限制在 20mA 以內(nèi)。近年恒流驅(qū)動(dòng) IC 的發(fā)展較快并受 12 到重視和廣泛應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)外 LED顯示屏制造商紛紛投入力量，研制開發(fā)設(shè)計(jì)適合自己產(chǎn)品發(fā)展需要的大規(guī)?；虺笠?guī)模專用 LED驅(qū)動(dòng)電路。 系統(tǒng)控制技術(shù) 顯示屏的控制系統(tǒng)包括了輸入 接口電路、信號(hào)的控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路、輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其中為業(yè)內(nèi)關(guān)注并研究開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括：串行傳輸與并行傳輸、動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存、輸入接口技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。根據(jù)對(duì)信息傳輸顯示的實(shí)時(shí)性， LED 顯示屏的通信傳輸控制有通信傳輸和視頻傳輸。 論文主要研究?jī)?nèi)容及組織 (1) 問題的提出： 用于圖文顯示的 LED顯示屏，如果只顯示一些圖形、文字，而對(duì)圖象、動(dòng)畫以及信息的實(shí)時(shí)顯示要求不高，而且信息的內(nèi)容和屏與屏切換相對(duì)比較穩(wěn)定，不需要固定計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)服務(wù)，只需要在控制顯示屏的單片機(jī)中加入存儲(chǔ)塊，實(shí)現(xiàn)信息的保存功能。通過對(duì)點(diǎn)陣模塊和控制電路的分析，確定 LED 顯示屏的部件構(gòu)成；通過對(duì)單片機(jī)及智能控制模塊的分析，確定 LED 顯示屏的組成結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn) LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)。 14 2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 漢字顯示原理 在 PC機(jī)的文本文件中，漢字是以機(jī)內(nèi)碼的形式存儲(chǔ)的，每個(gè)漢字占用兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，為了和 ASCII碼區(qū)別，范圍從十六進(jìn)制的 0A1H 開始（小于 80H的為 ASCII碼）；將機(jī)內(nèi)碼每個(gè)字節(jié)的最高位屏蔽掉，再以十六進(jìn)制的形式顯示出來，則為國(guó)標(biāo)碼；將機(jī)內(nèi)碼的每個(gè)字節(jié)各減去 0A0H再以十進(jìn)制顯示出來，即為該漢字的區(qū)位碼。存 0 的點(diǎn)，則在屏上不顯示，這樣就把存某字的 1616 點(diǎn)陣信息直接用來在顯示器上，按上述原則顯示則將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的漢字。采用行掃描的方式，每八位（ bit）為一個(gè)字節(jié)，這里采用十六進(jìn)制表示，這樣就得 到了字模數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)在介質(zhì)中的全部漢字的點(diǎn)陣碼又稱為字庫。要顯示或打印輸出一個(gè)漢字時(shí)，計(jì)算機(jī)漢字系統(tǒng)根據(jù)該漢字的機(jī)內(nèi)碼找出其字模信息在字庫中的位置，再取出其字模信息作為字形在屏幕上顯示或在打印機(jī)上打印輸出。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)，能量差以光的形式釋放數(shù)來，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。于是在 PN 結(jié)附近稍偏于 P區(qū)一邊的地方，處于高能態(tài)的電子與空穴相遇后便產(chǎn)生發(fā)光復(fù)合。 LED顯示屏以發(fā)光二極管為像素 ，由 LED點(diǎn)陣顯示單元拼接而成。 圖 雙基色 88 LED 點(diǎn)陣外觀 18 圖 雙基色 88 LED 點(diǎn)陣原理圖 其中 8個(gè) LED 的正極接在一起一共有 88 共 64個(gè) LED組成 LED 的正極 1 至 8 條線循環(huán)加入正電壓這 8 個(gè)正電壓在一定的時(shí)間內(nèi)只有一條有效的其余都無效 8 條線是逐個(gè)加入正電壓 8 個(gè)為一個(gè)周期一般每個(gè)周期為 10ms 至 20ms 左右稱之為掃描周期利用人眼的視覺暫留人們會(huì)看到 8路 LED 都會(huì)點(diǎn)亮但其實(shí)只有一路是點(diǎn)亮的當(dāng)每條掃描線即LED 正極加入電壓時(shí)如果在負(fù)極也加入負(fù)電壓則相應(yīng)的 LED 會(huì)被點(diǎn)亮掃描電路就是利用這個(gè)原理通個(gè) 8條正極及 8條負(fù)極控制 64個(gè) LED的點(diǎn)亮及熄滅現(xiàn)在我們較常用到 3232的 LED矩陣控制 1024個(gè) LED 因?yàn)槊總€(gè) LED 是亮的時(shí)間只有 1/32 故在 LED 點(diǎn)亮?xí)r可以加入較大的電流 100R 的電阻可以得到 30至 50mA的電流 LED 有了 1/32 的時(shí)間是不點(diǎn)亮的故可以得到較長(zhǎng)的使用壽命?？刂齐娐凡捎脛?dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng) LED 器件，每?jī)尚幸粋€(gè)控制器，控制完成整個(gè)顯示電路的行列驅(qū)動(dòng)。此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流幅值應(yīng)該等于相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)電流的 n倍，才能達(dá)到與相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)一樣的效果，且驅(qū)動(dòng)電流幅值不能超過該器件允許的最大脈沖幅值，所以對(duì)于本系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)的 LED顯示屏， n值取為 16，能夠滿足亮度要求。控制電路負(fù)責(zé)與上位機(jī)通信，可根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近選用 RS232或RS485標(biāo)準(zhǔn)總線接口。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。它的全名是 “ 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（ DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ” 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè) 25個(gè)腳的 DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi) 20 容加以規(guī)定，還對(duì)各種信 號(hào)的電平加以規(guī)定。噪聲容限為 2V。 (4) 傳輸 電纜長(zhǎng)度 由 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于 4%的情況下，傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為 50英尺，其實(shí)這個(gè) 4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有 99%的用戶是按碼元畸變 1020%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過 50英尺，美國(guó) DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?10%而得出附表 2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 EIA（ Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。 RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有 2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用 150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為 15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。 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(chǔ)器。 AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門 狗定時(shí)器， 2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。 由于該型號(hào)單片機(jī)內(nèi)部集成了 8KB的 FLASH程序存儲(chǔ)器，并且采用 CMOS 工藝，功耗低，工作速度較快。 P0、 P1和 P2的其它口空著，有必要時(shí)可以擴(kuò)展系統(tǒng)的 ROM和 RAM。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè) TTL 邏 輯電平。在 flash 編程時(shí)， P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。常見的 LED器件的驅(qū)動(dòng)方式有：直流驅(qū)動(dòng)、脈沖驅(qū)動(dòng)和掃描驅(qū)動(dòng)，本設(shè)計(jì)中使用的驅(qū)動(dòng)方式為掃描驅(qū)動(dòng)。如圖 示，平均電流 Ia是瞬時(shí)電流 I的時(shí)間積分，對(duì)于矩形波來說，有如下表達(dá)式： 01TaI idtt? ? () onaFtIIT? 其中 ontT 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 aI 與直流驅(qū)動(dòng)電 流 Io相同，就需要使它的脈沖電流幅值滿足 0Faon onTTI I Itt?? () 圖 LED的脈沖驅(qū)動(dòng) 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/t倍。LED 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)。本論文采用按行掃描按列控制的方式。 根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式的不同， LED大屏幕顯示方式可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)掃描顯示兩種。動(dòng)態(tài)掃描顯示則采用多路復(fù)用技術(shù)，如果是 P路復(fù)用的話，則每 P個(gè)像素需一套驅(qū)動(dòng)電路， nm 個(gè)像素僅需 nm/p 套驅(qū)動(dòng)電路。 顯示數(shù)據(jù)通常以字節(jié)的形式順序存放在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中。 采用串行傳輸?shù)姆椒ǎ刂齐娐房梢灾挥靡桓盘?hào)線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動(dòng)器，與此同時(shí)，列驅(qū)動(dòng)器中每一列都把當(dāng)前數(shù)據(jù)傳向后一列，并從前一列接收新數(shù)據(jù)，一直到一行的各列數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)轿缓螅?能并行地進(jìn)行顯示。本行已準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)打入并行鎖存器進(jìn)行顯示時(shí)，串并移位寄存器就可以準(zhǔn)備下一行的列數(shù)據(jù)，而不會(huì)影響本行的顯示。這一行上的 LED 發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。驅(qū)動(dòng)電路用來驅(qū)動(dòng) LED 顯示點(diǎn)陣的電路。 26 3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 硬件模塊主要完成 LED 顯示屏的驅(qū)動(dòng)任務(wù)，通過與上位機(jī)間的通訊接收文件信息并保存，通過行列驅(qū)動(dòng)器控制完成 LED 點(diǎn)陣的驅(qū)動(dòng)。 (3) LED 器件的驅(qū)動(dòng) 過 控制電路采用動(dòng)態(tài)掃描的方式。通過單片機(jī)串口，與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，為了減少工作量，電源電路可以直接采用 5V電源，沒有另行設(shè)計(jì)。晶振是晶體振蕩器的簡(jiǎn)稱，在電氣上它可以等效成一個(gè)電容和一個(gè)電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個(gè)電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個(gè)網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)諧振點(diǎn)，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振。一般的晶振的負(fù)載電容為 15p或 ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個(gè) 22p或者 30p的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。由于上位機(jī) RS232C 串行口的邏輯電平和單片機(jī)串行口的 TTL 電平完全不兼容，因此必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 其中 MAX232 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖所示： 圖 MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 29 顯示方案的確定 從理論上說，不論顯示圖形還使顯示文字，只要控制與組成的這些圖形或文字的各個(gè)點(diǎn)所在位置相應(yīng)的 LED器件發(fā)光，就可以得到我們想要的顯示結(jié)果，這種同時(shí)控制各個(gè)發(fā)光點(diǎn)亮滅的方法稱為靜態(tài)驅(qū)動(dòng)顯示方式。 動(dòng)態(tài)掃描的意思簡(jiǎn)單地說就是逐行輪流點(diǎn)亮，這樣掃描驅(qū)動(dòng)電路就可以實(shí)現(xiàn)多行（比如 16行）地同名列共用一套驅(qū)動(dòng)器。顯示數(shù)據(jù)通常存儲(chǔ)在單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，按每位 8個(gè)字節(jié)的形式順序排放。