【正文】 串行級(jí)聯(lián)方式來完成顯示數(shù)據(jù)在 LED 屏上的另一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)分配。 LED 顯示屏的 硬件原理 LED顯示屏由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和顯示器件組成，其中微處理器控制系統(tǒng) 是整個(gè)顯示屏的核心。系統(tǒng)顯示點(diǎn)陣采用 8X8單色顯示單元。 LED顯示屏的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 34 所示 : 圖 34 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 LED大屏幕是由眾多點(diǎn)陣模塊排列而成。為了避免列掃描的不足，可以采用行掃描方式。對(duì)于由 8xS的模塊構(gòu)成的點(diǎn)陣來說，只要 8次即可將每個(gè)模塊刷新一次，也就是將屏幕刷新一次。這個(gè)過程由硬件驅(qū)動(dòng)程序來控制和實(shí)現(xiàn)。接著，主控程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成屏幕顯示的圖形，存儲(chǔ)到顯存；再按照掃描順序與屏幕對(duì)應(yīng)關(guān)系，將顯存內(nèi)容轉(zhuǎn)換成掃描內(nèi)容 。最后掃描鎖存器中的數(shù)據(jù)，刷新屏幕。 LED 點(diǎn)陣 顯示屏 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 常規(guī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) LED顯示屏的掃描驅(qū)動(dòng)電路原理見圖 41所示。 LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 17 圖 41 掃描驅(qū)動(dòng)電路原理 由于 LED發(fā)光管沒有余輝效應(yīng)，則當(dāng) 掃描周期 T(T1+ T2)較大時(shí)，也即亮暗重復(fù)得不夠快時(shí)，人眼就有一亮一暗的感覺，稱之為閃爍 。理論 與實(shí)踐證明，當(dāng) T20ms，即重復(fù)頻率 50Hz，時(shí)，在常規(guī)的背景亮度下， LED的顯示就不會(huì)有閃爍感。如 N行 LED共用一列數(shù)據(jù)，稱其為 I/N 掃描方式，或稱 1:N掃描。當(dāng)N根行線中的某一行有效時(shí) (處于高 電平 )，則該行中的發(fā)光管亮暗全由對(duì)應(yīng)的列線確定，列線為低電平，發(fā)光管就亮，列線為高電平，發(fā)光管滅。 用 74HC595作為列數(shù)據(jù)鎖存器，用 74HC 161作為行計(jì)數(shù)器，以 74HC 164作為列譯碼驅(qū)動(dòng)器， TIP127作為行驅(qū)動(dòng)管。 點(diǎn)陣顯示屏顯示 串行方式可同時(shí)顯示 4 個(gè) 16 l6 點(diǎn)陣漢字或 8 個(gè) 16 8 點(diǎn)陣 的漢字、字符或數(shù)字。單元顯示屏可以接收控制器 (主控制電路板 )或上一級(jí)顯示單元模塊傳輸下來的數(shù)據(jù)信息和命令信息，并可將這些數(shù)據(jù)信息和命令信息不經(jīng)任何變化地再傳送到下一級(jí)顯示模塊單元中，因此顯示屏可擴(kuò)展至更多的顯示單元，用于顯示更多的內(nèi)容。但是它存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是刷新速度不夠快。此外，要實(shí)現(xiàn)文字的左右移動(dòng)和調(diào)整移動(dòng)速度等功能，都會(huì)給軟件設(shè)計(jì)帶來較多困難。運(yùn)用 16 片鎖存器 74HC573 來組成 8 組雙緩沖寄存器，驅(qū)動(dòng) LED 點(diǎn)陣的 8LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 18 組列線，用 4/16 譯碼器 74HC595 對(duì) LED 點(diǎn)陣的 16 行進(jìn)行掃描。由于并行數(shù)據(jù)傳輸速度比串行快，所以字符閃爍的問題得到較好地解決，文字左右移動(dòng)也比較容易控制。只用一個(gè)單片機(jī)控制點(diǎn)陣顯示屏可以使電路大大減化，軟件設(shè)計(jì)方面也容易實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，單片機(jī)的 CPU 內(nèi)部資源已顯不足，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)功能欠佳，達(dá)不到較 好的性能。其中一個(gè)單片機(jī)用于控制 LED 點(diǎn)陣顯示，另外一個(gè)單片機(jī)用于擴(kuò)展鍵盤、串口與上位機(jī)通信、溫度測(cè)量、時(shí)間讀取等工作。雖然硬件電路以及軟件設(shè)計(jì)方面要求相對(duì)高了一些，更涉及到主從單片機(jī)通信問題。輸入接口電路的功能是如何獲取 CRT的數(shù)據(jù)信號(hào)及與此相關(guān)的信號(hào)，如像素點(diǎn)時(shí)鐘、行、場(chǎng)同步信號(hào)等。還包括了與上位機(jī) RS232接口電路。 LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 19 圖 42 電路圖 電路主要將單片機(jī)發(fā)送來的輸出點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，通過鎖存器芯片擴(kuò)展的 I/0 口，來控制 LED 點(diǎn)陣的 64 個(gè)列線端。驅(qū)動(dòng)電路由集成電路 74HC595 構(gòu)成，它具有一個(gè) 8 位串入并出的移位寄存器和一個(gè) 8位輸 出鎖存器的結(jié)構(gòu)，而且移位寄存器和輸出鎖存器的控制是各自獨(dú)立的，可以實(shí)現(xiàn)在顯示本行各列數(shù)據(jù)的同時(shí)，傳送下一行的列數(shù)據(jù)，即達(dá)到重疊處理的目的。 移位寄存器和存儲(chǔ)器是分別的時(shí)鐘。如果兩個(gè)時(shí)鐘連在一起，則移位寄存器總是比存儲(chǔ)寄存器早一個(gè)脈沖。 圖 43 74HC595 LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 20 74HC595 各個(gè)引腳的功能： Q17 是并行數(shù)據(jù)輸出口，即儲(chǔ)寄存器的數(shù)據(jù)輸出口 Q739。三種基色具有嚴(yán)格的波長(zhǎng) ， 不同配比可組合成自然界各種各樣的光。由紅、綠、藍(lán)三基色 LED管芯按光強(qiáng)進(jìn)行配比可組成像素點(diǎn) ， 整個(gè) LED 電子顯示屏就是由多個(gè)這樣的像素點(diǎn)組成。在常規(guī)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，當(dāng)電路設(shè)計(jì)完成后，須先制作電路板，然后安裝元件，調(diào)試。很顯然，這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，成本高，且成品可靠性差，維修麻煩。 在系統(tǒng)可編程技術(shù) (In 一 SystemP rogrammable，縮寫 ISP)在用戶自己設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)中或電路板上為重構(gòu)邏輯器件編程或反復(fù)改寫的能力。系統(tǒng)可編程技術(shù)的出現(xiàn) ，從實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)了邏輯設(shè)計(jì)師們多年來夢(mèng)寐以求的“硬件設(shè)計(jì)與修改軟件化”的愿望。這不僅擴(kuò)展了器件的用途，縮短了系統(tǒng)調(diào)試周期，而且根除了對(duì)器件單獨(dú)編程的環(huán)節(jié)，省卻了器件編程設(shè)備，簡(jiǎn)化了目標(biāo)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和升級(jí)工作。在輸入之前可選擇任何一種器件，甚至可以選擇一種“虛擬器件” 。 這種器件改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法采 用可編程邏輯器件對(duì)器件進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)芯片來實(shí)現(xiàn)邏輯功能，這稱為基于芯片的設(shè)計(jì)方法 。 LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 21 第五章 LED 顯示屏的應(yīng)用 LED 顯示屏的 應(yīng)用 隨著集微電子技術(shù)，光電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，信 息技術(shù)于一體的 LED 顯示屏在各行各業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)其研究逐漸成為一個(gè)重要的課題 。并且，針對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行詳細(xì)的分析和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在理論上對(duì)其做了系統(tǒng)的論述和說明。 目前， LED 顯示屏的應(yīng)用涉及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域，主要包括 ： （ 1）證券交易、金融信息顯示。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。 首都機(jī)場(chǎng)、上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、海口美蘭機(jī)場(chǎng)、珠海機(jī)場(chǎng)、廈門高崎機(jī)場(chǎng)、深圳黃田機(jī)場(chǎng)、廣州白云機(jī)場(chǎng)及全國(guó)數(shù)十家新建和改擴(kuò)建機(jī)場(chǎng)都選用了國(guó)產(chǎn)的 LED 顯示屏產(chǎn)品。 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)。而且隨著 LED 技術(shù)的不 斷進(jìn)步，新型發(fā)光管正逐步拓展著 LED 顯示屏的應(yīng)用市場(chǎng)。并且，針對(duì)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行詳細(xì)的分析和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在理論上對(duì)其做了系統(tǒng)的論述和說明。通過行列驅(qū)動(dòng)電路完成 LED點(diǎn)陣模塊的驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在脫離計(jì)算機(jī)的模式下完成保存信息的顯示功能。 在本次設(shè)計(jì)工作中，通過對(duì) LED顯示屏技術(shù)的發(fā)展的分析與 研究，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，采用最少的資源消耗，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中得到了應(yīng)用。如果顯示屏的面積要求很大，屏幕顯示的信息量超大，那么要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量也隨之增大，如何設(shè)計(jì)出更理想的字模保存方法以及數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的壓縮算法需要進(jìn)一步的研究和探討。 LED 顯示屏的解釋術(shù)語(yǔ) LED 顯示屏術(shù)語(yǔ)解釋 色彩：將 紅色和綠色 LED放在一起作為一個(gè)像素制作的顯示屏叫雙色屏和彩色屏；將紅、綠、藍(lán)三種放在一起作為一個(gè)像素的顯示屏叫三色屏或全彩屏。室外 LED 屏的像素尺寸多為 1226 毫米。雙色像素筒一般由 3 紅 2 綠組成，三色像素筒用 2 紅 1 綠 1 藍(lán)組成?；叶鹊燃?jí)越高，顯示的圖像就越細(xì)膩，色彩也越豐富，相應(yīng)的顯示控制系統(tǒng)也越復(fù)雜。所以，彩色 LED 屏當(dāng)前都要求做成 256 級(jí)灰度的。 接口： VGA 輸入接口： VGA 接口采用非對(duì)稱分布的 15pin 連接方式，其工作原理：是將顯存內(nèi)以數(shù)字格式存儲(chǔ)的圖像（幀）信號(hào)在 RAMDAC 里經(jīng)過模擬調(diào)制成模擬高頻信號(hào)，然后再輸出到等離子成像，這樣 VGA 信號(hào)在輸入端（ LED 顯 示屏內(nèi)） ，就不必像其它視頻信號(hào)那樣還要經(jīng)過矩陣解碼電路的換算。 DV 輸入接口： DV 接口主要用于與具有數(shù)字顯示輸出功能的計(jì)算機(jī)顯卡相連接，顯示計(jì)算機(jī)的 EDB 信號(hào)， DVI（ Digital Visual Interface）數(shù)字顯示接口，是由 1998年 9 月，在 Intel 開發(fā)者論壇上成立的數(shù)字顯示工作小組（ Digital Display Working Group 簡(jiǎn)稱 DDWG），所制定的數(shù)字顯示接口 標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)視頻輸入（ RCA）接口：也稱 AV 接口，通常都是成對(duì)的白色的音頻接口和黃色的視頻接口，它通常采用 RCA（俗稱蓮花頭）進(jìn)行連接，使用時(shí)只需要將帶蓮花頭的標(biāo)準(zhǔn) AV 線纜與相應(yīng)接口連接起來即可。 AV 還具有一定生命力，但由于它本身 Y/C 混合這一不可克服的缺點(diǎn)因此無法在一些追求視覺極限的場(chǎng)合中使用。帶 SVideo 接口的顯卡和視頻設(shè)備（譬如模擬視頻采集 /編輯卡電視機(jī)和準(zhǔn)專業(yè)級(jí)監(jiān)視器電視卡 /電視盒及視頻投影設(shè)備等）當(dāng)前已經(jīng)比較普遍，同 AV 接口相比，由于它不再進(jìn)行 Y/C 混合傳輸因此也就無需再進(jìn)行亮色分離和解碼工作，而且使用各自獨(dú)立的傳輸通道在很大程度上避免了視頻設(shè)備內(nèi)信號(hào)串?dāng)_而產(chǎn)生的圖像失真，極大地提 高了圖像的清晰度，但 SVideo 仍要將兩路色差信號(hào)（ Cr Cb）混合為一路色度信號(hào) C，進(jìn)行傳輸然后再在顯示設(shè)備內(nèi)解碼為 Cb 和 Cr進(jìn)行處理，這樣多少仍會(huì)帶來一定信號(hào)損失而產(chǎn)生失真（這種失真很小但在嚴(yán)格的廣播級(jí)視頻設(shè)備下進(jìn)行測(cè)試時(shí)仍能發(fā)現(xiàn)），而且由于 Cr Cb 的混合導(dǎo)致色度信號(hào)的帶寬LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 23 也有一定的限制，所以 SVideo 雖然已經(jīng)比較優(yōu)秀但離完美還相去甚遠(yuǎn)， SVideo 雖不是最好的，但考慮到目前的市場(chǎng)狀況和綜合成本等其因素，它還是應(yīng)用最普遍的視頻接口。它通常采用 YPbPr 和 YcbCr 兩種標(biāo)識(shí)，前者表示逐行掃描色差輸出，后者表示隔行掃描色差輸出。作為 SVideo 的進(jìn)階產(chǎn)品色差輸出將 SVideo 傳輸?shù)纳刃?號(hào) C 分解為色差 Cr 和 Cb，這樣就避免了兩路色差混合解碼并再次分離的過程，也保持了色度通道的最大帶寬，只需要經(jīng)過反矩陣解碼電路就可以還原為 RGB三原色信號(hào)而成像，這就是最大限度地縮短了視頻源到顯示器成像之間的視頻信號(hào)通道，避免了因繁瑣的傳輸過程所帶來的圖像失真，所以色差輸出的接口方式是目前各種視頻輸出接口中最好的一種。 BNC 電纜有 5 個(gè)連接頭用于接收紅、綠、藍(lán)、水平同步和垂直同步信號(hào)。由 R、 G、 B 三原色信號(hào)及行同步、場(chǎng)同步五個(gè)獨(dú)立信號(hào)接頭組成。 BNC 接頭可以隔絕視頻輸入信號(hào)，使信號(hào)相互間干擾減少，且信號(hào)頻寬較普通 D— SUB 大，可達(dá)到最佳信號(hào)響應(yīng)效果。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。 RS232C 端口被用于將計(jì)算機(jī)信號(hào)輸入控制 LED 顯示屏。 壽命：通常 LED 顯示屏都在室外使用，所以要求 LED 顯示屏能適應(yīng)戶外多變的使用環(huán)境，在抗老化和無故障運(yùn)行要比其它顯示設(shè)備都要稍勝一籌，一般正常無故障的使用時(shí)間都可以達(dá)到 5000 小時(shí)以上。它是一種通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二級(jí)管的顯示方式，用來顯示文字、圖形、圖像、動(dòng)畫、行情、視頻、錄像信號(hào)等各種信息的顯示屏幕。圖文顯示屏可與計(jì)算機(jī)同步顯示漢字 、英文文體和圖形；視頻顯示屏采用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，圖文、圖像并茂，以實(shí)時(shí)、同步、清晰的信息傳播方式播放各種信息，還可顯示二維、三維動(dòng)畫、錄像、電視、 VCD 節(jié)目以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況。 LED 電子顯示屏 的設(shè)計(jì) 24 它的優(yōu)點(diǎn)：亮度高、工作電壓低、功耗小、微型化、易于集成電路匹配、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單 、壽命長(zhǎng)、耐沖擊、性能穩(wěn)定。 09 級(jí)的電子信息工程專業(yè)是一個(gè)有著積極奮進(jìn)，充分活力的集體。借此機(jī)會(huì)，我要衷心感謝我的導(dǎo)師 鄭雪嬌 老師對(duì)我的教誨、關(guān)心和幫助。本論 文是在導(dǎo)師 鄭 老師的精心指導(dǎo)下完成的。在學(xué)習(xí)中，給我提供了一個(gè)寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我能充分發(fā)揮自己的思維和創(chuàng)造能力。在研究過程中，開闊了我的視野，為以后的學(xué)習(xí)、工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下電子專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；然后還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛?了大家的支持和鼓勵(lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 最后，衷心的感謝電子通信工程系各位老師幾年來對(duì)我諄諄不諱的教導(dǎo)與培養(yǎng)，使得我順利完成學(xué)業(yè)