【文章內(nèi)容簡介】 比較理想。實際上、受數(shù)據(jù)、圖像的信號源的制約，單純追求大數(shù)量級的灰度控制，在使用中的實際價值是值得商討的。 、驅(qū)動電路 LED 正向?qū)妷旱牡湫椭?～ ，驅(qū)動電流為 20mA。如果 是用一個固定的正向電壓驅(qū)動 LED，可能會產(chǎn)生變化范圍較大的正向電流，例如用 7 驅(qū)動 6 只 LED，相應(yīng)的正向電流差別較大： 10mA～ 44mA， 取決于具體的 LED 特性曲線。為保證可靠性，驅(qū)動 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，當環(huán)境溫度升高時所允許的額定電流會降低，例如，當溫度達到 50℃時電流需限制在 20mA 以內(nèi)。在實際運用中，負載常采用通過串并連形成的 LED 陣列，這會使輸出電流隨輸入電壓和環(huán)境溫度等因素而發(fā)生的變化更加顯著，并且陣列形式或LED 個數(shù)變化，限流電阻也應(yīng)該相應(yīng)變化。 LED 顯示屏廣泛使用的驅(qū)動電路是基于通用型集成電路來設(shè)計的，原理比較簡單，價格便宜，產(chǎn)品的技術(shù)開放性比較強。通用 IC設(shè)計的驅(qū)動電路在室內(nèi) 外單色、雙基色顯示屏方面應(yīng)用成熟，目前仍然是主流的驅(qū)動電路。近年恒流驅(qū)動 IC 的發(fā)展較快并受到重視和廣泛應(yīng)用。恒流驅(qū)動技術(shù)根據(jù) LED 器件的發(fā)光與驅(qū)動電流高度相關(guān)的特點，大大提高了 LED 顯示的均勻性，同時，減少了顯示驅(qū)動電路的阻容元件，降低了故障點，使 LED 顯示屏更可靠、亮麗。 LED 專用驅(qū)動IC 簡化了顯示屏系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜程度，在一定程度上增強了顯示屏的功能，提高了整體的穩(wěn)定性，具有積極的意義。 、系統(tǒng)控制技術(shù)控制系統(tǒng)是為了達到實現(xiàn)用 “計算機 ”來控制 “LED電子顯示屏 ”而專門設(shè)計的。顯示屏的控制系統(tǒng) 包括了輸入接口電路、信號的控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化 。 、通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制對于信息的發(fā)送方式：一種是用 232 通訊，利用計算機串行口 COM1～ COM4 通訊，此方式通訊速度較慢，且距離不能太遠，只有 30 米左右；另一種是采用在計算機上加插一塊通訊卡的 422 通訊方式，此方式通訊速度快，且距離遠，可達 1000 米左右。發(fā)送功能涉及到上端與下端方面的通訊。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(chǎn)品的 “電子自動化 ”的目的。根據(jù)對信息傳輸顯示的實時性， LED 顯示屏的通信傳輸 控制有通信傳輸和視頻傳輸。視頻傳輸方式則是把 LED 顯示屏與多媒體技術(shù)結(jié)合起來，實現(xiàn)了在LED 顯示屏上實時顯示計算機監(jiān)視器上的內(nèi)容，也可播放錄像及電視節(jié)目，一般用于播放實時信息的顯示屏都采用視頻控制方式。具體傳輸是采用成對的專用長線傳輸接口電路。另外，隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， LED 顯示屏在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的使用情況越來越多，在多媒體、多種顯示設(shè)備組成的信息顯示系統(tǒng)中，采用智能化網(wǎng)絡(luò)控制，聯(lián)網(wǎng)控制多屏技術(shù)也在實際中得到應(yīng)用。 8 LED 顯示屏相關(guān)定義： LED：發(fā)光二極管 light emitting diode。 LED 顯示屏： LED panel 由 LED 器件組成的顯示屏幕 。 顯示單元： display unit 由電路及安裝結(jié)構(gòu)確定的并具有顯示功能的組成 LED 顯示屏的最小單元 。 CRT 同步顯示：電腦顯示器大多采用 CRT 顯象管，因此電腦顯示器有時也稱為CRT 顯示器。 CRT 同步顯示是指 LED 顯示屏的顯示內(nèi)容能實時、同步地反映電腦 CRT顯示器上的顯示內(nèi)容 。 全彩色 LED 顯示屏： allcolor LED panel 由紅、綠 、 藍三基色 LED 器件組成并可調(diào)出多種色彩的 LED 顯示屏。 論文結(jié) 構(gòu) 本論文共分 七 章，緒論部分提出了課題的相關(guān)背景以及研究目的、意義等，同時大致介紹了本文所作的主要工作。 第一章、緒論介紹了目前我 國 LED 的發(fā)展 情況以及對 LED 的一些慨念進行了介紹 。 第二章、 方案比較與論證 。 第三章、 LED 顯示屏系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 。 第四章、 LED 顯示屏系統(tǒng)程序的設(shè)計 。 第五章 、 LED 封裝結(jié)構(gòu)及其技術(shù) 。 第 六 章、 調(diào)試及性能分析。 第七章 總結(jié)與思考。 9 第 二 章 方案比較與論證 方案 1 MCS51 系列單片機具有 4 個并行口 ,其中 P0 口是一個通用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出口 ,P2口是數(shù)據(jù) /地址復(fù)用的通道口 ,在訪問外部存儲器時 ,送出高 8 位地址 ,P3 口具有第二功能 ,常用做控制信號 ,P1 口是用戶可以使用的輸入 /輸出口。由此可見 ,單片機并行 I/O 口數(shù)量是有限的 ,有時并行口需作其他更重要的用途。一般情況下 ,不可能用多個并行 I/O 口專門驅(qū)動顯示電路。 [5][6] 為此 ,我們設(shè)計了一種用 89C51 單片機串行通信口和 I/O 擴展芯片來驅(qū)動 LED 顯示器的電路。采用 8 位串 行輸 出的移位寄存器 74HC595 芯片擴展一個并行口 ,74HC595 的輸入信號來自單片機的串 行 口 線 TX 和RX,74HC595 的并行輸出信號送 LED 顯示器的字段碼。為了對 16 個LED 顯示器進行字位選擇 ,采用 74LS154譯碼器 ,其輸入為 、 、 等 4 個信號線 ,輸出 16 個地址信號線 ,分別選通 16 根 控制LED 顯示器 行線 之一 ,循環(huán)點亮各個 LED 顯示器。選用 89C51 單片機 ,其串行口接移位寄存器 74HC595,將 89C51 串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)輸入并在其并行口線上輸出 ,從而驅(qū)動 LED 數(shù)碼管。 89C51 的并行口線 、 、 、 接 4～ 16 譯碼器 74LS154,將單片機輸出的地址信號譯碼后動態(tài)驅(qū) 動相應(yīng)的 LED。由于 74LS154 電流驅(qū)動能力較小 ,因此采用末級驅(qū)動三極管作為字位驅(qū)動。將 16 只 LED 的字段位連在一起 ,它們的公共端由 74LS154 分時選通 ,這樣任何一個時刻 ,只有 1 位 LED 在點亮 ,即動態(tài)掃描顯示方式。 如圖 :[5][6] 單片機 列驅(qū)動器 電源 行驅(qū)動器 LED 顯示點陣 圖 顯示屏電路框圖 10 方案 2 顯示的硬件電路可分為兩大部分： LED 顯示面板和顯示電路兩部分， LED 顯示面板由 4 塊點陣模塊組成的 1664 點陣通用智能顯示單元，單個顯示單元全屏可以顯示 4 個 1616 點陣漢字或符號，若制作生產(chǎn)一定尺寸的 LED 圖文顯示屏系統(tǒng)， 只要用若干智能顯示單元，采用 “搭積木 ”的方法即可實現(xiàn)。系統(tǒng)中各智能顯示單元之間采用串行通信聯(lián)系，從而使得整個系統(tǒng)的工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一。顯示電路由 2 個 16 針排線口， 2 個74H245 三態(tài)總線驅(qū)動器， 1 個 74HC04D 六反相器， 2 個 74H138 三八譯碼器以及 8 個 74HC595 移位鎖存器組成。除此之外，還設(shè)計了控制電路，它用于和上位機通訊并按照上位機的要求發(fā)送指令和數(shù)據(jù)給顯示電路。顯示電路部分與控制電路部分通過 16 針排線將單片機的 處理后的 數(shù)據(jù)傳輸?shù)?LED 顯示電路， 16 針排線 口 （ 2）用 于多個顯示屏幕的級聯(lián)，它的連線和 16 針排線口（ 1）基本一樣，但是要注意其 R 端連接的是從左至右的第 8 個 74H595 的 DS 端，在級聯(lián)的時候它將與下一塊顯示屏的 16 針排線（ 1）口相連接。 CLK 為時鐘信號端， STR 為行鎖存端， R 為數(shù)據(jù)端， G (GND),LOE 為行點亮使能端， A、 B、 C、 D 為行選端。 方案的選擇與論證 對于 LED 點陣顯示屏來說，由于有成百上千個獨立的發(fā)光點需要驅(qū)動，所以我們采用數(shù)據(jù)串行傳輸方式，由 4/16 譯碼器輸出到一個射極跟隨器的輸入端產(chǎn)生一個行地址，輸 出為低電平來控制所有顯示的行，所有同一行的發(fā)光二極管處于有效狀態(tài)。同時使用一條數(shù)組傳送指令將列數(shù)據(jù)傳送過來。就是說，當 16 行中的某一個三極管的基極加低電平時（平時是高電平），這個三極管就處于要導(dǎo)通的狀態(tài)。那么在 128 列中，哪一列是低電平，哪一列的 LED 發(fā)光二極管就導(dǎo)通發(fā)光，這樣就完成了一行的顯示。顯示亮度是通過改變 LED 發(fā)光與不發(fā)光時間的比值來控制的。利用人眼的視覺惰性，用脈寬調(diào)制方法來實現(xiàn)灰度控制，也就是周期性改變光脈沖寬度（即占空比）。通過改變 LED 發(fā)光與不發(fā)光時間的比值，就可以改變 LED 對于人視覺的亮度。通過對兩種方案的比較與對比，了解到最適合的為方案一。 11 LED 點陣顯示 屏 原理 分析 （ 1） 通過對原理圖的了解，可以看出 LED 電子顯示屏的設(shè)計來源于 89C51 的控制。LED 陣顯示屏通常由若干塊 LED 點陣顯示模塊組成。例如顯示一個漢字的 1616 顯示屏由四塊 88 的點陣顯示模塊組成。每個單色點陣顯示模塊又由 64 個 LED 組成。而紅，綠雙色點陣模塊由 64 個紅色 LED 和 64 個綠色 LED 組成。通常為了硬件連接上的方便， LED 點陣顯示是行列交叉掃描形式，即要一點亮必須讓 其所在的行和列都被掃描到。 單片機采用時 AT89C51 或其兼容系列的芯片，采用 24MHz 或更高頻率的晶振，以獲得較高的刷新頻率，使顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅(qū)動相連，用來傳送顯示數(shù)據(jù)。 1616 點陣顯示硬件原理圖框圖如圖 所示。 [7] （ 2） 采用串行傳輸?shù)姆椒?，控制電路可以只用一根信號線，將列數(shù)據(jù)一位一位傳往列驅(qū)動器，在硬件方面無疑是十分經(jīng)濟的。但是，串行傳輸過程較長，數(shù)據(jù)按順序一位一位地輸出給列驅(qū)動器，只有當一行的各列數(shù)據(jù)都已傳輸?shù)轿恢?，這一行的各列才能并行地進行顯示。這樣對于一行的顯示過程就 可以分解成列數(shù)據(jù)準備和列數(shù)據(jù)顯示兩個部分。對于串行傳輸方式來說，列數(shù)據(jù)準備時間可能相當長，在行掃描周期確定的情況下，留給行顯示的時間就太少了，以致影響到 LED 的亮度。 （ 3） 該點陣 LED 顯示屏，顯示漢字和相應(yīng)漢字或字符點陣，并向驅(qū)動電路鐘各種常見字符等信息，可廣泛應(yīng)用于發(fā)送行列選通信號；顯示驅(qū)動電路負各種場所。具有結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、字型美觀、圖案清晰。采用高性能單片機控制，性能穩(wěn)定，可靠性高，具有掉電保護功能，可完全脫機運行，可以顯示約 2 000 個文字。經(jīng)過一條 RS－ 232 串口線與電腦連接更換 信息，操作簡單，使用方便。 [8] （ 4） 由 M 行 N 列組成的 MN 圖文顯示屏其 LED 發(fā)光器件數(shù)量相當大，不宜使用靜態(tài)顯示驅(qū)動電路，而采用多行的同名列共用一套列驅(qū)動器?？刂齐娐坟撠?zé)有序的圖 LED 顯示屏原理框圖 12 選通各行，在選定每一行之前還要把該行各列的數(shù)據(jù)準備好。這一行上的 LED 發(fā)光器件就可以根據(jù)列數(shù)據(jù)進行顯示。這種時序控制電路，可以由布線邏輯完成，但考慮顯示數(shù)據(jù)的存儲和設(shè)計的靈活性及通用性，一般都采用單片機實現(xiàn)。 LED 圖文顯示屏軟件系統(tǒng)的功能是實現(xiàn)需要聯(lián)機動態(tài)顯示和更新部分或全部 LED 圖文顯示屏系統(tǒng)顯示內(nèi)容。動態(tài)顯 示只是對文字顯示來說的。在應(yīng)用軟件的支持下，錄入的文字實時的由計算機下載給主控制器，并實時進行顯示；更新顯示內(nèi)容時，計算機將錄入的文字或圖形數(shù)據(jù)下載給主控器，并存入存儲器中。錄入完畢移去計算機后，將顯示更新后的內(nèi)容；也可由計算機下達命令，顯示固化的內(nèi)容。 13 第三章 LED顯示屏 系統(tǒng)硬件 電路的設(shè)計 LED 顯示屏總體電路設(shè)計 單片機采用 89C51或其兼容系列的芯片 ,采用 24MHz或更高頻率的晶振 ,以獲得較高的刷新頻率 ,使顯示更穩(wěn)定。單片機的串口與列驅(qū)動相連，用來送顯 示數(shù)據(jù)。 P1 品低 4位與行驅(qū)動器相連，送出行選信號； ～ 口則用來發(fā)送控制信號。 P0 和 P2 空著，在有必要時可以擴展系統(tǒng)的 ROM 和 RAM。通過對方案的分析，結(jié)合具體的要求， 1616點陣屏的硬件原理圖如圖 所示。 圖 LED 顯示屏原理圖 14 LED 顯示部分電路 該部分以 88 的 LED 顯示屏（ 64 個發(fā)光二極管）為基本單元 ,通過排列組成矩陣的形式起排列方式是把陽極都接在同一根線上組成共陽極的 88 矩陣顯示屏最小單元 ,然后通過導(dǎo)線連接成 1616 的顯示屏 ,通過行驅(qū)動器和列驅(qū)動器驅(qū)動該顯示屏組成1616 的顯示屏。 其結(jié)構(gòu)框圖 (如圖 所示 )屏體的主要部分是顯示點陣，還有行列驅(qū)動電路。系統(tǒng)顯示點陣采用 88 單色顯示單元，按照每行 24 個字，共計 16 行的方式來組織的384192 LED 象素的顯示屏，因此能夠顯示 168 個 1616 點陣漢字。控制電路采用動態(tài)掃描驅(qū)動方式驅(qū)動 LED 器件，每兩行一個控制器，控制完成整個顯示電路的行列驅(qū)動。 LED 特性及動態(tài)掃描原理從 LED 器件的發(fā)光機理可以知道，當向 LED 器件施加正向電壓時，通過器件的正向電流使其發(fā)光。因此 LED 的驅(qū)動就是如何使它的 PN 結(jié)處于正偏置。此時的驅(qū)動電流幅值應(yīng)該等于相當直流驅(qū)動電流的 n 倍，才能達到與相當直流驅(qū)動一樣的效果，且驅(qū)動電流幅值不能超過該器件允許的最大脈沖幅值，所以對于本系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)的 LED 顯示屏