【文章內(nèi)容簡介】 、64級、256級灰度。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(diào)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”。目前LED顯示屏灰度控制一般都在256級，通過采用非線性調(diào)灰技術，顯示屏的顯示效果比較理想。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榷的。 驅動電路 ~，驅動電流為 20mA。如果只是用一個固定的正向電壓驅動LED，可能會產(chǎn)生變化范圍較大的正向電流， 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。為保證可靠性，驅動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，限流電阻也應該相應變化。LED顯示屏廣泛使用的驅動電路是基于通用型集成電路來設計的，原理比較簡單，價格便宜，產(chǎn)品的技術開放性比較強。通用IC設計的驅動電路在室內(nèi)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。近年恒流驅動IC的發(fā)展較快并受到重視和廣泛應用。恒流驅動技術根據(jù)LED器件的發(fā)光與驅動電流高度相關的特點，大大提高了LED顯示的均勻性，同時，減少了顯示驅動電路的阻容元件，降低了故障點，使LED顯示屏更可靠、亮麗。LED顯示屏專用的IC在國內(nèi)外一直受到關注。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。 國內(nèi)外LED顯示屏制造商紛紛投入力量，研制開發(fā)設計適合自己產(chǎn)品發(fā)展需要的大規(guī)?；虺笠?guī)模專用LED驅動電路。這類專用IC相對復雜，功能較強。LED專用驅動IC簡化了顯示屏系統(tǒng)設計的復雜程度，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。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(chǎn)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。 系統(tǒng)控制技術 顯示屏的控制系統(tǒng)包括了輸入接口電路、信號的控制、轉換和數(shù)字化處理電路、輸出接口電路等，涉及的具體技術很多，其中為業(yè)內(nèi)關注并研究開發(fā)和應用的關鍵技術包括：串行傳輸與并行傳輸、動態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存、輸入接口技術、自動檢測、遠程控制技術等。 通信傳輸和網(wǎng)絡控制 對于信息的發(fā)送方式：一種是用RS232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 RS422 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結合起來，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)絡技術的發(fā)展，LED顯示屏在網(wǎng)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(wǎng)絡控制，聯(lián)網(wǎng)控制多屏技術也在實際中得到應用。(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，而對圖象、動畫以及信息的實時顯示要求不高，而且信息的內(nèi)容和屏與屏切換相對比較穩(wěn)定，不需要固定計算機實時服務，只需要在控制顯示屏的單片機中加入存儲塊，實現(xiàn)信息的保存功能。(2) 論文的主要研究內(nèi)容：在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)字模的提取與保存，無需在單片機中加入漢字庫。通過串口采用串行通訊方式，完成信息的傳輸。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堋Ｍㄟ^對點陣模塊和控制電路的分析，確定 LED 顯示屏的部件構成；通過對單片機及智能控制模塊的分析，確定LED顯示屏的組成結構和驅動方式，實現(xiàn)LED顯示屏的驅動。(3) 本設計預期達到的目的本設計采用雙基色的LED點陣模塊，利用驅動電路，通過單片機對其進行控制，可以顯示動畫效果，通過改變刷新頻率，改變顯示屏的灰度，還可以實現(xiàn)與上位機的通信。(4) 論文的組織通過對軟件系統(tǒng)的簡要分析，在論文中將對其進行詳細的研究與設計。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(diào)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。2 系統(tǒng)分析與設計 漢字顯示原理在PC機的文本文件中，漢字是以機內(nèi)碼的形式存儲的，每個漢字占用兩個字節(jié)長度，為了和ASCII碼區(qū)別，范圍從十六進制的0A1H 開始（小于80H的為ASCII碼）；將機內(nèi)碼每個字節(jié)的最高位屏蔽掉，再以十六進制的形式顯示出來，則為國標碼；將機內(nèi)碼的每個字節(jié)各減去0A0H再以十進制顯示出來，即為該漢字的區(qū)位碼。例如“國” 所示：：“國”字的機內(nèi)碼、國標碼和區(qū)位碼類別數(shù)值高位字節(jié)低位字節(jié)機內(nèi)碼B9FAH1011100111111010國標碼397AH0011100111111010區(qū)位碼195AH0001100101011010即區(qū)位碼=機內(nèi)碼—0A0AOH, 就“國”字而言,其區(qū)位碼和機內(nèi)碼的關系為：195AH（區(qū)位碼）＝0B9FAH （機內(nèi)碼）—0A0A0H根據(jù)對漢字使用頻率程度的研究，可把漢字分成高頻字（約100個）常用字（約3000 個），次常用字（約4000字），罕見字（約8000 個）和死字（約45000 個），即正常使用的漢字達15000 個。我國1981年公布了《通訊用漢字字符集(基本集)及其交換碼標準GB231280 方案，把高頻字、常用字和次常用字集合成漢字基本字符集（共6763 個），在該字符集中按漢字使用的頻度，又將其分為一級漢字3755個（按拼音排序）、二級漢字3008 個（按部首排序），再加上西文字母、數(shù)字、圖形符號等700個，國家標準的漢字字符集（GB231280）在漢字操作系統(tǒng)中是以漢字庫的形式提供的。漢字庫結構作了統(tǒng)一規(guī)定如圖所示： 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。存0 的點，則在屏上不顯示，這樣就把存某字的1616點陣信息直接用來在顯示器上，按上述原則顯示則將出現(xiàn)對應的漢字。如一個“豪”字的1616點陣字模如圖所示，當用存儲單元存儲該字模信息時，將需32個字節(jié)地址，在的右邊寫出了該字模對應的字節(jié)值。 1616點陣字模圖每一個小方格代表一個點，黑色的為1，白色為0；每一個點看作為一位（bit）。據(jù)此可以描繪出“豪”字的位（bit）信息。采用行掃描的方式，每八位（bit）為一個字節(jié)，這里采用十六進制表示，這樣就得到了字模數(shù)據(jù)。漢字的顯示和輸出，普遍采用點陣方法。由于漢字數(shù)量多且字形變化大，對不同字形漢字的輸出，就有不同的點陣字形。所謂漢字的點陣碼，就是漢字點陣字形的代碼。存儲在介質中的全部漢字的點陣碼又稱為字庫。16x16點陣的漢字其點陣有16行，每一行上有16個點。如果每一個點用一個二進制位來表示，則每一行有16個二進制位，需用兩個字節(jié)來存放每一行上的16個點，并且規(guī)定其點陣中二進制位0為白點，1為黑點，這樣一個1616點陣的漢字需要用216即32個字節(jié)來存放。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。要顯示或打印輸出一個漢字時，計算機漢字系統(tǒng)根據(jù)該漢字的機內(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上打印輸出。 LED點陣驅動原理發(fā)光二極管的結構主要由PN結芯片、電極和光學系統(tǒng)構成。我們知道，發(fā)光是一種能量轉化現(xiàn)象。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)。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，能量差以光的形式釋放數(shù)來，就會產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。制作半導體發(fā)光二極管的材料是重摻雜的，熱平衡狀態(tài)下的N區(qū)有很多遷移率很高的電子，P區(qū)有較多的遷移率較低的空穴。由于PN結阻擋層的限制， 開啟一個LED在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復合。而當給PN結加以正向電壓時，導帶中的電子則可越過PN結的勢壘進入到P區(qū)一側。于是在PN結附近稍偏于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)光復合。這種發(fā)光復合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射，輻射光的波長決定于材料的禁帶寬度Eg。LED 發(fā)光二極管分為正負二個腳當正負之間加入一定的電壓時LED 會點亮。 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 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。LED顯示屏以發(fā)光二極管為像素，由LED點陣顯示單元拼接而成。最常見的LED點陣顯示單元有57,79,88結構，前兩種主要用于顯示各種西文字符，后一種常用于顯示各種漢字字符。下圖為常用的雙基色88LED點陣原理圖。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）。 雙基色88 LED點陣外觀 雙基色88 LED點陣原理圖其中8個LED 的正極接在一起一共有88共64個LED組成LED 的正極1 至8 條線循環(huán)加入正電壓這8 個正電壓在一定的時間內(nèi)只有一條有效的其余都無效8 條線是逐個加入正電壓8 個為一個周期一般每個周期為10ms 至20ms 左右稱之為掃描周期利用人眼的視覺暫留人們會看到8路LED 都會點亮但其實只有一路是點亮的當每條掃描線即LED 正極加入電壓時如果在負極也加入負電壓則相應的LED 會被點亮掃描電路就是利用這個原理通個8條正極及8條負極控制64個LED的點亮及熄滅現(xiàn)在我們較常用到3232的LED矩陣控制1024個LED 因為每個LED 是亮的時間只有1/32 故在LED 點亮時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 的時間是不點亮的故可以得到較長的使用壽命。當為雙色顯示時先排列紅色再排列綠色當紅色及綠色同時點亮時可以得到黃色信號一般的三色LED其是由紅色及綠色LED 成也稱為雙基色顯示屏[6]。屏體的主要部分是顯示點陣，還有行列驅動電路。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?？刂齐娐凡捎脛討B(tài)掃描驅動方式驅動 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動。 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。流過LED的電流i與其兩斷電壓V的關系式為： ()其發(fā)光亮度基本上正比于通過的電流強度。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。此時的驅動電流幅值應該等于相當直流驅動電流的n倍，才能達到與相當直流驅動一樣的效果，且驅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)應用于室內(nèi)的LED顯示屏，n值取為16，能夠滿足亮度要求。LED點陣顯示系統(tǒng)由計算機、RS232通訊電路、控制電路和LED點陣顯示電路構成，結構框圖如圖所示。 系統(tǒng)組成上位計算機可選擇工業(yè)控制計算機或者普通個人計算機。單塊條屏由控制電路和驅動顯示電路組成?？刂齐娐坟撠熍c上位機通信，可根據(jù)通信距離的遠近選用RS232或RS485標準總線接口。本電路采用RS232接口的3腳（TXD）和5腳（GND），計算機向控制電路發(fā)送漢字或字符內(nèi)碼；控制電路存儲該內(nèi)碼并在字庫中對應漢字或字符點陣，向驅動電路發(fā)送行列選通信號，采用動態(tài)掃描的方式；顯示驅動電路負責根據(jù)行列選通信號，向指定LED發(fā)光器件提供驅動電流?？刂撇糠忠詥纹瑱C89S52為核心，輔以外圍電路，完成串行通信、外部存儲器讀取、行列選通信號輸出等任務。 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。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。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(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設備（DTE）和