【正文】 D，因此，人們對其要求也越來越高。隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，以及LED顯示技術的不斷完善，人們對LED顯示屏的認識將越來越深入，其應用領域將會越來越廣。目前我國的普綠和高亮度純紅LED己經(jīng)基本實現(xiàn)商品化，但是，高亮度的純藍、純綠LED在我國尚屬空白。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(chǎn)品之一將有更大的發(fā)展。同時，隨著控制技術的發(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。近幾年業(yè)內的發(fā)展中，幾番價格回落調整達到基本均衡后，產(chǎn)品質量、系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競爭因素，這就對LED顯示屏的標準化和規(guī)范化有了較高的要求。(3)產(chǎn)品結構多樣化隨著信息化社會的形成，信息領域愈加廣泛，LED顯示屏的應用前景更為廣闊?？傊贚ED大屏幕材料研制方面，單色、多色LED點陣模塊產(chǎn)品已經(jīng)很成熟，目前的發(fā)展方向為全彩色LED顯示屏。 論文研究的內容以前，人們應用的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位機的開發(fā)，功能也比較單一。以前的LED大屏幕顯示系統(tǒng)用中小規(guī)模集成電路實現(xiàn)，系統(tǒng)體積較大、調試困難、不易修改。同時，采用基于ARM核的新一代32位微處理器，解決了系統(tǒng)的運行速度、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，可以存儲更多的顯示內容。顯示的內容包括實時時間、日期、漢字公告以及視頻動畫等。3）按設定的顯示效果顯示圖像(如:左右移動，上下移動，收縮顯示，雪花顯示，單字顯示等)，可以設定并顯示時間(年/月/日，時/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及行列控制信號等。2 LED顯示屏的工作原理 LED工作原理 簡述LED(Lighting Emitting Diode)即發(fā)光二極管，是一種半導體固體發(fā)光器件。LED作為一種發(fā)光器件，是大屏幕顯示系統(tǒng)的首選器件。:節(jié)能能源無污染極為環(huán)保。:光色純，光線質量高，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。:與傳統(tǒng)光源單調的發(fā)光效果相比，LED光源市低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計算機技術、網(wǎng)絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，所以亦是數(shù)字信息化產(chǎn)品，是半導體光電器件“高新尖”技術，具有在線編程，無限升級，靈活多變的特點。圖21 二極管工作原理發(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。當系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會從穩(wěn)定的低能態(tài)躍遷到不穩(wěn)定的高能態(tài)。當在PN結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)生復合，這些少數(shù)載流子在結的注入和復合中產(chǎn)生輻射而發(fā)光。 LED器件的驅動原理從LED器件的特性可知道，當向LED器件施加正向電壓時，流過器件的正向電流使其發(fā)光。具體的驅動方法可以分為直流驅動、恒流驅動、脈沖驅動和掃描驅動等。連接時令LED的陰極接電源的負極方向，陽極接正極方向。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LED的正向電流也不盡相同，導致LED器件的發(fā)光強度不同，亮度不均，而且這種方法不易調節(jié)每個LED器件的亮度，所以無法標識圖像信息。由于三極管的輸出特性具有恒流性質，所以可以采用晶體管驅動LED。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。利用人眼的視覺暫留特性，采用向比D器件重復通斷供電的方法使之點燃，就是通常所說的脈沖方式。首先，要想獲得與直流驅動方式相當?shù)陌l(fā)光強度，脈沖驅動電流的平均值h就應該與直流驅動的電流值相同。 電阻 I T Ton Toff If Iu t 脈沖電源電阻圖22 LED脈沖驅動電流其中ton/T就是占空比的一種描述，為了使脈沖驅動方式下的平均電流I，與直流驅動電流工。其次是脈沖重復頻率的問題，通過視覺暫留特性的分析，己經(jīng)知道脈沖重復頻率必須高24HZ，否則會產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。 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。在掃描驅動方式下可以按行掃描，按列控制。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。圖23所示為一個m行n列結構的LED顯示屏，當采用行掃描列控制的驅動方式時，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LED導通，還要看它的負電源是否接通，這就是列控制所要完成的工作。當掃描到H2行時，L1列的電位就應該為低。從20世紀中葉，液晶、LED、PDP等平板顯示器開始飛速地發(fā)展。可以說LED顯示技術的發(fā)展帶來了大型平板顯示技術的又一次革命。如今，LED已能發(fā)出紅色、黃色、藍色、綠色、橙色、琥珀色、藍綠雙色、紅綠雙色、黃綠色、純綠色、翠綠色、白色等各種光束。半導體技術在引發(fā)微電子革命之后，正在孕育一場新的產(chǎn)業(yè)革命——照明革命。LED有很多突出的優(yōu)點：除了壽命長、耗能低之外，LED應用非常靈活，可以做成點、線、面等各種形式的輕薄短小產(chǎn)品；環(huán)保效益好，由于光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量也沒有輻射，屬于典型的綠色照明光源，而且廢棄物可回收，沒有污染；控制極為方便，只要調整電流，就可以隨意調光，不同光色的組合變化很多，利用時序控制電路，可以達到豐富多彩的動態(tài)變化效果。LED作為城市重點建筑的夜景照明，在勾勒輪廓上可以大顯身手，能夠模擬任何色彩，能源的損耗和維護費用也大大降低。LED作成地燈，可指示方向、步行道和車道，安全可靠、經(jīng)久耐用。如果采用LED取代霓虹燈作為顯示標志，不僅可以避免殘缺不全的遺憾，而且可以隨心所欲地使用。LED已成為現(xiàn)代城市一道靚麗的風景線，廣泛應用于各種公共場合。在現(xiàn)代都市中大功率氣體放電燈、泛光照明、霓虹燈、燈箱廣告等光源所產(chǎn)生的光污染，已經(jīng)對人類、自然環(huán)境以及天文觀察造成嚴重危害。未來照明市場的爭奪戰(zhàn)已經(jīng)展開。為了適應高速增長的市場需求，我國已將LED分別列為31項國家鼓勵發(fā)展的電子產(chǎn)品和20種鼓勵外商投資的電子產(chǎn)品和技術之一。從圖像處理模塊輸出的數(shù)據(jù)信息為并行數(shù)據(jù)，它包括圖像分離的R、G、B三基色數(shù)據(jù)。在高速動態(tài)顯示時，LED的發(fā)光亮度與其在掃描周期內的發(fā)光時間成正比，所以灰度等級的實現(xiàn)由控制LED的發(fā)光時間與掃描周期的比值（即占空比）的辦法來實現(xiàn)。將每周期內LED的總發(fā)光時間依次調節(jié)為0、1S（/816）、2S（/816）……、15S/（816），這樣就將LED的發(fā)光時間分為16個等級，即實現(xiàn)了16級灰度。鎖存型鎖存型指顯示屏上每一個LED都對應于一個驅動寄存器，即驅動器不需要時分工作，每一個LED的亮度占空比均為100%。過去使用常規(guī)驅動IC，設計非常復雜而且成本較高。室外屏大多為鎖存型。在這種系統(tǒng)中，屏幕灰度信息的刷新是靠驅動寄存器時分工作實現(xiàn)的。因為驅動寄存器的時分工作，使每一個LED的亮度占空比減小，所以導致LED亮度降低。掃描型驅動電路設計比較簡單、成本低，較多應用于室內顯示屏的設計。這就要求系統(tǒng)中必須要有高速數(shù)據(jù)緩存處理電路，以防止在掃描過程中丟失數(shù)據(jù)。如圖31所示，A、B兩組幀存儲器分別交替工作于圖像高速掃描和圖像數(shù)據(jù)接收緩存兩種方式。從顯示控制模塊傳來的數(shù)據(jù)為并行數(shù)據(jù)，而LED顯示屏所需的是含有像素點灰度信息的串行數(shù)據(jù)流。由于A、B兩組存儲器交替使用，要求在接收一幀并行數(shù)據(jù)的時間內把譯碼后的16bit串行數(shù)據(jù)流送往LED屏。圖31 雙總線結構的主從掃描存儲原理 彩色顯示屏的γ校正幾乎所有的CRT顯示設備、攝影膠片和許多電子照相機的光電轉換特性都是非線性的。這種特性稱為冪律（powerlaw）轉換特性。其中，0表示黑電平，1表示顏色分量的最高電平。實際的圖像系統(tǒng)是由多個部件組成的，這些部件中可能會有幾個非線性部件。如果圖像系統(tǒng)的整個γ＝1，輸出與輸入就成線性關系。但實際情況卻不完全是這樣。但是某些圖像有時在“黑暗環(huán)境”下觀看所獲得的效果會更好，放映電影和投影幻燈片就屬于這種情況。根據(jù)這種觀點，而不是1。看電視的環(huán)境和計算機房的環(huán)境就屬于這種情況。所有CRT顯示設備都有冪律轉換特性，如果生產(chǎn)廠家不加說明。為使整個系統(tǒng)的γ值接近于使用所要求的γ值，起碼就要有一個能夠提供γ校正的非線性部件，用來補償CRT的非線性特性。最初的NTSC電視標準需要攝像機具有γ＝1/＝，現(xiàn)在采納γ＝。使用這種攝像機得到的圖像就預先做了校正，在γ＝。 過去的時代是“模擬時代”，而今已進入“數(shù)字時代”，進入計算機的電視圖像依然帶有γ＝。在什么地方做γ校正是人們所關心的問題。對于CRT，圖像亮度B與圖像信號E之間的變換為非線性，即。按，即對發(fā)送的圖像信號進行預校正。我們還可以在顯示屏數(shù)據(jù)顯示之前進行二次非線性校正，通過查表法的方法實現(xiàn)特定的數(shù)字信號處理算法，這樣可以使LED顯示屏達到更好的顯示效果，加快數(shù)據(jù)處理速度，提高圖像的刷新頻率，可以有效的防止圖像的閃爍。顯示屏均勻性的改造可以解決像素點之間由于LED本身的物理因素產(chǎn)生的光強差異，使顯示屏的整體視覺效果大幅度提高。產(chǎn)生原因LED在制造過程中由于材料厚度、組成成分和摻雜均勻性等方面的差異；由于退火和蒸發(fā)材料時不均勻性等諸因素都會嚴重影響LED的法向光強Iv、正向壓Vf和波長λ等參數(shù)。解決方法亮度不均勻性指像素間光強不勻和模塊間的亮度不勻，為了解決這兩種亮度不均勻性，在分檔、規(guī)范組裝工藝、均衡LED中電流等方面均下了不少功夫。光強均衡處理是一個比較好的辦法。將采集到的各像素的亮度分布，按某種平滑技術處理后形成一個灰度校正矩陣，要顯示的數(shù)字圖像信號用此矩陣處理后再去驅動大屏幕LED顯示屏。為適宜觀看，要求其屏體亮度隨外界環(huán)境的變化而適當調整。COMM0COMM1COMM2D0 D1 ` ` ` ` ` ` D6 D7D0圖32 LED亮度信號時序圖本次設計的LED顯示屏可以進行8個等級的亮度調節(jié)。其中，COMMO和COMMI是亮度控制信號，COMMZ是亮度數(shù)據(jù)信號。一個COMMO正脈沖內，當檢測到COMMI下降沿時，發(fā)送一位數(shù)據(jù)信息。采用脈寬調制來控制亮度，將平均電流分成8級，亮度信號是低電平有效。4 LED彩屏顯示系統(tǒng)的硬件設計 ARM芯片簡介及硬件電路設計 ARM芯片簡介ARM(Advanced RISC Machine)的縮寫。20世紀80年代后期，ARM很快開發(fā)成Acorn的臺式機產(chǎn)品，形成英國的計算機教育基礎。20世紀90年代，ARM32