led显示系统设计方案（共8篇）
led显示系统设计方案 篇1
-高速公路LED屏远程集中管理
甘肃高速公路LED屏同步控制系统
设计方案
文 件 总 目 录
1、现状
2、系统实现目标
3、系统功能说明
4、系统构成
5、结构设计
6、系统软件
7、网络控制
高速公路LED屏远程集中管理3-高速公路LED屏远程集中管理
◇ 可直接与高保真音响系统相联，实现有声显示。音频系统可以达到现场声像同步的要求。
◇ 配电系统具有过压、过流、欠压、短路保护功能
系统构成
LED显示屏系统由显示系统、控制系统（含运行环境智能监控与安全保护系统、多媒体配套设备系统）、信息录入和节目制作终端等部分构成，高速公路LED屏远程集中管理5-高速公路LED屏远程集中管理
对于LED电子显示屏，我们采用的是同步远程上传，可在各站点实行SDH网络上传省中心，通过远程联网控制软件进行相应的切换控制。其原理结构图如下：
省监控中心以太网交换机甘肃省高等级SDH监控网站中心站中心站中心站中心站中心站中心双塔瓜州百花交通厅运营中心
系统软件
控制计算机选用Windows作为操作系统软件，安装卡驱动程序，根据不同规格的显示屏进行相应的设置，使所有显示内容均可在屏上显示出来；安装LED显示屏专用播放软件；安装通信控制软件，还可实施远程控制播放。
显示内容可采用二维（Animator）及三维(3DS MAX)动画软件进行动画节目的创意制作，也可通过影像设备摄制节目，经后期制作形成最终播放文件，或直接采用提供的节目。
在显示屏控制室直接开、关大屏，配电系统具有远程控制功能。 具有过流、短路、断电等多种保护功能，可自动处理各种应急情况。 具备了远程控制功能，真正实现计算机屏幕上的所见即所显。 通过编程可自动选择播出设备，实现无人条件下的播出。
高速公路LED屏远程集中管理7-高速公路LED屏远程集中管理
高速公路LED屏远程集中管理
led显示系统设计方案 篇2
LED显示屏发展至今已历20余年。从起步时显示文字内容为主, 到之后的图文并茂及动态视频, 被广泛应用在户外大型广告、舞台表演、展览展示、赛事运动等各种场合。与其他显示设备一样, LED显示屏从诞生开始, 就伴随着技术进步和升级换代, 相比其他显示设备的大尺寸、超轻薄、高分辨率, LED显示屏在近距离观看的画面颗粒感、长时间观看的舒适度等方面技术上也有很大改进;并且随着小间距高密度、低亮度显示屏等技术的快速突破, 促使LED显示屏进入室内, 与DLP拼接、LCD拼接、PDP拼接、工程投影机等一起成为室内大型显示主流方式, 越来越广泛地应用到室内多功能礼堂、会议中心和调度指挥中心。本文结合工程建设较全面地分析了某礼堂LED显示屏的设计、安装、测试及维护等注意事项。
2 项目基本情况
2.1 项目的建设需求
多功能礼堂的显示系统分为主显示屏 (以下简称“主屏”) 、辅显示屏 (以下简称“辅屏”) 和会标屏3个部分。主屏建设需求是建设大幅面、高清晰度的大屏幕, 显示多个计算机数字信号、本会场摄像、远程监视或异地会商的视频信号等, 实现摄像、讲解资料、视频会议等画面的显示, 同时还要兼顾舞台演出背景;辅屏建设需求是显示一个标清信号, 实现会议辅助内容的显示, 也可用作演出时的报幕、字幕等;会标屏则需要显示多种颜色的文字。
礼堂舞台部分宽20m、深17m、高18m, 台口处宽15m、高7.8m;舞台上方安装灯光、幕布等舞台机械装置;台口两侧耳墙距地面3m, 宽8m, 高6m。设计主屏显示面积至少72m2 (12m×6m) , 屏前是主席台会议和演出的场所, 屏后则是演员通过和维护空间, 第一排观众距屏至少17m;辅屏在耳墙上, 显示面积至少12m2 (4m×3m) 。
2.2 显示技术的确定
对于DLP拼接显示墙、LCD拼接显示墙和LED电子屏, 不管采用何种方式, 都要满足礼堂视频会议和现场演出的显示需求, 结合现场情况, 对3种显示方式进行分析比较。
1) DLP拼接显示墙
DLP拼接系统的优点是对比度高、色彩细腻、分辨率高, 拼缝小于0.25mm;缺点是显示效果受舞台灯光影响较大, 亮度和色彩会因投影设备的衰耗不同而难以均匀, 灯泡寿命短, 维护耗材费用高。
2) LCD拼接显示墙
LCD拼接单元尺寸一般为为1397mm、1524mm, 单元亮度小于1000cd/m2, 拼缝最小为2.4mm, 寿命6万小时, 优点是体轻薄、噪音低、散热少、易维护, 适合近距离观看;缺点是因单元尺寸小, 拼接大屏后拼缝多且明显。
3) LED显示屏
LED显示屏室内屏亮度大于1500cd/m2, 可以以任意面积拼接为无缝的显示墙, 色彩一致性好, 寿命10万小时, 对应用环境要求低;缺点是近距离观看颗粒明显, 如果显示面积不够大, 图像需要压缩, 影响画面显示的清晰度。
相比较3种显示技术, 对于DLP方式, 为了在17m的距离清晰地观看屏幕显示内容, 要求采用高亮度、高对比度的激光光源DLP投影进行多屏的拼接, 工程造价较高, 并且演出应用可能会产生灰尘和道具触碰, 因此DLP拼接显示墙不是理想选择;对于LCD方式, 显示视频会议图像会出现人的面部分割的不良显示效果, 同时, 对于礼堂环境在距17m处观看屏幕亮度不够高;对于LED显示方式, 由于观看距离最小是17m, 显示面积在72 m2左右, 所以LED拼接墙的缺点完全可忽略, 并且随着电子产品成本下降, 整体造价也不高, 系统有超长寿命、低应用环境, 维护容易, 适合会议电视和舞台演出。
3 影响显示屏体质量的关键技术
LED显示屏在设计屏体时, 要考虑显示内容的需要、场地空间条件、显示屏单元模组尺寸或像素大小三个重要因素[1], 同时还要确保生产工艺、技术指标等适合室内实际应用需求, 再结合整个项目的造价, 进行合理设计。
3.1 显示点距的选择
视觉颗粒感主要来自人眼有一定的分辨力, 在一定距离观看两点, 当两点紧密到一定程度时, 人眼将无法分辨。近两年随着LED显示屏制造技术的提高, 小间距LED屏体分辨率不断提升, 室内显示设计已从初始选择最小的点距规格方案提升到选择合适的点距规格方案。一般从最小视距、最佳视距、系统造价和屏幕显示分辨率等方面综合比较, 确定系统采用的显示屏规格。
表1将比较典型的显示屏规格进行对比, P5、P4、P3、P2.5、P2、P1.6的规格为室内常用规格, “P4”表示像素点距为4mm, 最小视距为人眼分辨不出像素点颗粒的距离, 但这个距离长时间观看会损伤视力, 最佳视距为观看屏幕舒适的距离, 也是最清晰的距离。
通过表1对比可以看出, P2.5、P2、P1.6三种规格, 最小视距和最佳视距非常接近大平板电视的观看要求, 整屏分辨率高达4800×2400, 在同样的屏体上可以显示更清晰的画面, 但在12m宽的屏幕上显示一个高清信号需要放大3~4倍, 显示两个高清画面需要放大2倍;同时高分辨率显示需要高性能的图像处理设备, 系统的整体造价会很高。P5、P4两种规格在12m宽的屏幕上无法同时显示两个高清画面, 不能满足高清会议电视画面显示要求。P3.1和P3两种规格即可满足同时显示两个高清画面的要求。根据显示屏幕大小, 最终选定性价比较高的P3.1作为项目主屏和辅屏的显示点距, 选定P4作为会标屏的显示点距;LED灯芯选择国内一线品牌, 如士兰、晶元、乾照、三安等。
3.2 像素封装技术
决定LED品质的一个因素是主要材料, 如芯片、支架、胶水 (环氧树脂) 、金线等, 另一个因素是封装工艺。像素封装技术关系到整个显示屏的色彩饱和度、视角等显示效果和生产成本、质量稳定性等, 是选择LED显示屏非常关键的指标之一。
LED室内主流封装技术主要有表贴、直插模式。表贴是指将封装好的发光管粘贴在电路板上, 然后进行集成电路焊接工艺加工成屏体。它散热性好、色彩均匀, 整个显示屏可以正面维护, 大大减小了维护成本和难度;同时, 在封装过程中进行填充金属化合物, 混色效果好, 发光柔和, 更适合室内应用。直插模块是将发光管封装成长方型, 然后把红绿兰3个管拼在一起做成一个像素点模块, 直接安插在PCB板上焊接, 工艺相对简单、成本较低, 坏点率高, 主要应用于户外显示屏。
室内屏的像素结构有表贴三合一和表贴三拼一 (分离表贴) 两种方式。三合一表贴是指红绿蓝3个发光点封装合成在同一个发光管里面, 近看是一点, 放大看就是3个发光点分离的一条线, 对生产环节的材料和工艺要求高, 主要用于小间距、高密度高端LED显示屏的生产。三并一表贴 (分离表贴) 是指红绿蓝3个发光点是分开封装的, 封装后排列成1个像素点, 再封装1个面罩保护, 能防尘、防划, 并能保护发光晶片。三并一是分离表贴, 三点分开供电, 功耗小, 且可实现单灯维修, 成本较低。一般来说, 为了提升室内屏的显示效果, 选用表贴三合一、黑灯技术、金线封装;比较大型的封装品牌有台湾亿光、大族激光、佛山国星、深圳路升、浙江英特来、重庆四联等。
3.3 LED控制电路的设计
LED控制部分是决定显示效果的核心部分, 控制电路内置高性能单片微型控制芯片。控制器通过内部控制程序向LED驱动芯片发送控制信号和数据, LED驱动芯片接收到信号后, 产生相应的动作, 从而对每一路红、绿、蓝LED发光芯片实现单独控制[1]。
3.3.1 驱动系统
LED驱动部分的功能是接收颜色数据并驱动LED显示屏按该数据所表示的亮度值显示, 通常有恒流、稳压、恒压-恒流3种方式。恒流驱动电路输出的电流是恒定的, 输出的直流电压随负载阻值变化而变化, 整个电路不怕负载短路, 但严禁负载完全开路。稳压电路输出固定电压, 输出电流随负载的增减而变化, 整个电路不怕负载开路, 但严禁负载完全短路。先恒压再恒流方式是最理想的驱动电路, 既要检测LED电流, 又要控制LED电压, 有利于提高LED寿命, 减小功耗, 一般用于高档LED产品中。
3.3.2 控制系统
LED的显示效果取决于通过它的电流与电压的大小、时间等, 所以控制系统主要是控制LED的电源输出。目前, PWM (脉冲调制) 控制方式设计的LED电源, 转换效率高达80%~90%, 且输出电压或电流十分稳定[1], 属于高可靠性电源。PWM可以控制LED开和关的时间比例, 通过将时间比例划分为若干等级, 使LED显示出相应数量的灰度等级 (灰阶) 。三基色的灰度等级的乘积, 是显示屏理论上可以再现的颜色数量, 一般为256级, 颜色数达到16.7M, 就可显示24位真彩色的信息。一般PWM的频率大于100Hz, 否则在观看时会有显示的闪烁和扫描线。现在灰度等级为10位的大屏, 刷新频率大多为800~1000 Hz[2], LED行业最高刷新率为6800Hz。在摄像机正常取景及转动下, LED屏体画面显示稳定无闪烁, 而且在最高刷新率下灰阶过度顺滑, 没有串色。
3.3.3 驱动系统与控制系统的组合
LED作为电路的负载, 与驱动系统、控制系统的电路连接关系到整个显示屏的稳定性, 一般有串联、并联、混联3种方式。串联方式是可靠性不高的连接方式, 常用于低端产品中, 在稳压驱动电路中, 当某一颗LED发生短路时, 分配在其他LED的电压将升高, 容易造成更多损坏。并联方式适用于电源电压较低的产品, 恒流驱动电路中, 当某一颗LED断开时, 分配在其他LED的电流将增大, 容易损坏电路上所有的LED。目前为了提高产品的可靠性, 一般采用混联方式, 串、并联的LED数量平均分配, 分组并联, 再将每组串联在一起, 这样分配在一串LED上的电压相同, 通过每一颗LED的电流也基本相同, LED亮度一致, 同时最好在恒流输出中增加LED温度负反馈, 防止LED温度过高。
整个显示屏由多个模组单元拼接而成, 为了保证供电和数据的可靠性, 也必须采用混联方式, 实现环路备份功能, 当某一路电源出现异常故障时, 其他电源会自动进行智能均流, 从而不影响到系统的正常使用, 更有效提升系统的无故障运行时间, 减少故障维护时间。
3.4 会议摄像对屏体的特殊要求
虽然高刷新率能够保证即使在高速摄影机的拍摄下, 大屏幕仍能及时响应, 画面转换、过渡更平滑流畅;但在使用过程中会发现, 当摄像机镜头对准LED显示屏时, 偶尔会出现莫名其妙的水波一样的条纹和奇怪的色彩, 并且随着拍摄角度的变化、摄像机镜头焦距的调节, 水波纹还会发生一些变化, 十分影响直播和录制的显示效果, 这就是电视摄像数字化带来的摩尔纹现象。
如果感光元件CCD (或CMOS) 像素的空间频率与影像中 (LED) 条纹的空间频率接近, 就会产生摩尔纹。既然摩尔纹现象是由LED显示屏的固有结构产生的, 如果使摩尔纹产生的条件——LED显示屏的网格结构或摄像机CCD (CMOS) 的网格结构的其中之一消失, 理论上就可以完全消除摩尔纹干扰[3]。国内公司在LED显示屏表面叠加一层光学处理幕, 该幕由特定比例的特殊吸光材料与表面微珠透镜涂层组成, 通过光学幕的使用, 使LED屏幕从原来的网格状发光变为连续的面发光, 通过对离散的LED像素点进行放大显示, 最终在光学处理幕表面形成连续的高清晰图像, 在提高对比度的同时, 保留了较高的清晰度, 而且消除了摩尔纹现象。
4 LED显示屏室内安装设计
4.1 确定安装位置
主席台宽15m, 两边有侧台和侧幕, 设定宽12m、高6.2m的显示屏, 既不影响视频会议显示, 又不影响演出背景显示, 采用P3.1规格的产品, 可以显示1个满屏的全高清视频图像, 也可以同时无损显示4个高清视频图像。
屏体的安装位置与最佳视距、视角有直接关系。GB50464-2008《视频显示系统工程技术规范》中数据和像素中心距公式H=k·d。其中H为最大视距;k为视距系数, 一般取345;d为字符高度, 字符为16点阵汉字。根据公式计算, 理想视距H=345×16×3.125=17.25m;最小视距为=1/2理想视距=8.6m。综合两个距离, 结合主席台的应用情况、会议区摄像及电视的摆放位置, 建议第一排首长观看LED大屏幕的最佳距离为18.3m。
根据人眼的视觉特性, 人眼对垂直视角15°、水平视角30°的长方体看得最清晰, 不易疲劳。根据测算, 第一排首长距离LED屏幕为18.3m, 屏高6.2m, 屏宽12m, 垂直视角α=16°, 水平视角β为36.3°, 效果比较理想。视觉计算如图1、图2所示。
经测算, 大屏幕安装在主席台上, 屏后安装维护空间及通道5m, 屏前距主席台边沿12m, 屏体安装距地面1.35m。
4.2 安装基础设计
LED大显示屏都是由若干个箱体组成, 业界分为简易箱体和标准箱体 (也叫防水箱体, 有后盖) 。户外的屏一般都用防水箱体, 户内多用简易箱体。LED芯片封装为像素后, 按照一定规则排列在电路板上, 封装并进行防水和加固处理, 形成一个模组, 模组分辨率一般为64×48, 多个模组组合封装在一个箱体中, 就形成了箱体单元。每个箱体单元可作为独立的显示单元进行通电和数据显示测试, 以某品牌产品P3.1为例, 箱体单元的参数如下:尺寸 (W×H×D) 为0.4m×0.3m×0.1m, 分辨率为128×96, 重量为5kg (40 kg/m2) , 平整度≤0.2mm, 峰值功耗120W (1000W/m2) , 平均功耗40W (330W/m2) 。
4.2.1 电源设计
礼堂属于重要场所, 按二级负荷设计。该项目采用两路电源同时供电, 当发生电力变压器故障或线路故障时, 不致中断供电, 另一路电源能负担全部负荷。根据《视频显示系统工程技术规范》, 结合厂方设计参数, LED显示屏满负荷用电功率, 按每平方米1000W计算。主屏、辅屏和会标屏总负荷为110k W, 平均功率为36.3k W。按照LED电源功耗设计安全规范, 电源功率设计时要留有余量, 一般电源的功率=LED的功率×1.2, 则项目中LED显示屏的总功耗为132k W。
LED器件抗浪涌的能力是比较差的, 特别是抗反向电压的能力。在电源设计时, 一是要设计智能配电箱, 能够实时监测整个LED显示屏的负载运行情况, 二是在配电前端安装UPS或净化电源, 三是对电源线进行合理的规划。项目的电源配置考虑到UPS的功率因数和最佳运行效率, UPS额定功率为132/0.8=165k V·A, 电源型号为GES-NT 160k V·A模块化UPS。在地下一层配电室安装160 k V·A UPS和蓄电池柜 (后备时间0.5h) , 从总配电汇流铜排压线引接120mm24+1电缆至UPS输入输出配电柜350A空开, 直接引接至UPS输入, UPS输出引接至UPS输入输出配电柜300A空开, 下引90mm24+1电缆引接至LED大屏智能配电箱。
4.2.2 箱体安装
LED显示屏箱体有铁箱体、铝箱体和压铸铝箱体, 3种箱体应用于不同场合。压铸铝箱体主要用于高端和租赁, 其特点是:模块化, 连接简单, 无风扇自然散热, 超静音, 效果较好, 本项目采用的是压铸铝箱体。箱体安装维护支架为宽12m、高6.85m、深0.8m, 主屏箱体重量为2 976kg, 箱体维护支架重量与箱体重量大致相同, 整个屏体安装总重量为6t, 承重面积为9.6m2 (12m×0.8m) , 每平方米要承受625kg的重量, 因为舞台下面为没有支撑立柱的地下室, 所以需要在LED屏体下面安装一个12m×1.2m的承载基础, 扩大承重面积。辅屏重量为480kg, 耳墙中部有横梁, 填充部分为空心砖, 先在横梁上安装承重框架, 而后把箱体固定到框架上。
LED显示屏钢结构架体应严格按照确认后的设计图纸、《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB 50205-2001) 及其他现行施工验收规范要求进行施工, 框架、支撑架、显示屏箱体、控制器箱体等产品构件应安装牢固、结构稳定、边角过渡圆滑, 无飞边、无毛刺, 各种固定螺栓紧固, 金属构件需接地良好。在北方, 人体静电、电路静电都会给LED显示屏带来意外伤害, 要可靠地实现工作接地, 把数字电路等电位与大地相接, 建立LED显示屏系统静电荷泄放通道。
4.3 系统安装调试
LED显示屏发展到小间距、高密度TV屏, 物理像素间距已经不是制约其显示清晰度的主要因素, 不能用高显示分辨率替代清晰度。显示屏的清晰度是人眼对显示屏分辨率、均匀性、亮度、对比度等多项因素综合的主观感受, 而要达到主观感受的一致性, 首先要LED各项性能参数一致。这就要在前期元器件筛选、LED参数细分的基础上, 进行后续的精确校正。
4.3.1 屏体像素亮度、色度均匀性要求
在生产制造各环节, 对LED参数的均一性会产生不同的影响, 同时在故障板更换后, 不进行调整会出现明显的亮区;为使各种显示图像平滑、色彩还原真实、亮度均匀, 需要对特定区域特定像素进行逐点亮度、色度均匀性的调整。
4.3.2 色彩还原技术要求
目前各种LED显示技术尽管一般都采用RGB作为三基色, 但是三基色对应的色坐标是不完全相同的, 部分产品存在色彩饱和度高和色域不完整的问题, 需要严格按照色彩理论进行光强和色坐标校正, 确保显示出理想纯净的颜色, 实现显示屏的动态白平衡。
4.3.3 快速运动图像补偿技术
LED显示屏是按逐行方式进行显示的, 而摄像机视频信号采用隔行扫描方式, 在隔行向逐行转换中对静止画面和运动画面应采取不同处理方法才能既保证静止画面的清晰度, 又能去除运动画面的拖尾现象。
4.3.4 单点校正技术
单模块亮度、色度校正技术可以实现对单个模块进行亮度和色度的校正, 该技术很好地解决了屏体更换模块后, 新模块与旧模块之间的色差问题。单点校正系统会对每个显示屏单元板中的每个像素进行单独控制, 包括其亮度和颜色的控制, 以获得前所未有的均匀度, 生成最为清晰的图像。
同时, 为了提高色彩还原度, 减小图像在处理与传输过程中的衰减和失真, 选用性能可靠的图像处理器和光纤传输器也是很有必要的。
5 结束语
本文针对多功能礼堂舞台演出和高清视频会议显示需求, 从点距选定、像素封装、视距确定、电路设计、安装基础及系统调试等方面较为全面地介绍了室内LED显示屏的设计方法和注意事项, 能够提升从业人员室内LED显示屏的规划设计能力, 对于LED显示屏在室内的应用有很大的推动作用。
摘要：论文以某礼堂LED显示屏的建设为例, 分析了LED显示屏的关键参数和技术指标, 探讨了LED显示屏的选型设计、安装过程、对整个系统稳定性和可维护性的影响等多个事项, 对室内场馆显示屏的建设规划有着借鉴意义。
关键词：LED显示屏,像素
参考文献
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【2】李熹霖.谈LED大屏的刷新频率和换帧频率[J].现代显示, 2004. (41) :22-26.
led显示系统设计方案 篇3
关键词：LED点阵显示；AT89S51；动态扫描
中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01
大屏幕显示是超高亮度LED应用的另一巨大市场，包括：图形、文字、数字的单色、双色和全色显示。在表2中列出了LED显示的各种用途。传统的大屏幕有源显示一般采用白炽灯、光纤、阴极射线管等；无源显示一般采用翻牌的方法。表3列出了几种显示的性能比较。LED显示曾一直受到LED本身性能和颜色的限制。如今，超高亮度AlGaInP、TS-AlGaAs、InGaN LED已能够提供明亮的红、黄、绿、蓝各种颜色，可完全满足实现全色大屏幕显示的要求。LED显示屏可按像素尺寸装配成各种结构，小像素直径一般小于5mm，单色显示的每个像素用一个T-1（3/4）的LED灯，双色显示的每个像素为双色的T-1（3/4）的LED灯，全色显示则需要3个T-1红、绿、蓝色灯，或者装配一个多芯片的T-1（3/4）的LED灯作为一个像素。大像素则是通过把许多T-1（3/4）红、绿、蓝色LED灯组合在一起构成的。用InGaN（480nm）蓝、InGaN（515nm）绿和ALGaAs（637nm）红LED灯作为LED显示的三基色，可以提供逼真的全色性能，而且具有较大的颜色范围包括：蓝绿、绿红等，与国际电视系统委员会（NTSC）规定的电视颜色范围基本相符。
一、设计要求
（1）具有较高的工作效率和良好的可靠性；（2）成本低，功能强，社会需求大；（3）显示没有明显抖动；（4）能静态显示所需显示的汉字。
二、系统总体规划
整个系统的构成是由两部分组成。一部分是由8块8×8 LED组成的32×16的LED显示屏， 另一部分是驱动LED显示屏工作的驱动板，驱动板上有各种功能的芯片和元件。
三、设计基本方案
针对LED驱动电路工作频率高，谐波分量造成的射频干扰问题，即采用高档 EDA 软件对 PCB 进行设计，保证了设计阶段的 EMI 插入，严格按照国际标准，对每一个显示单元做了电磁屏蔽处理；单元控制板器件全部采用表贴器件， 4 层 PCB 板的大面积接地，有效解决了电磁辐射与干扰的问题。
整个系统以控制计算机为中心，控制、处理、编辑、传输、采集播放内容，不论是自己制作的动画片、广告，还是局域网及互联网传输来的信息，或是外围设备播放的内容，经过专用传输系统，显示在 LED 显示屏上。在有多个显示屏联网使用的系统中需要一台编辑电脑，作为所有显示屏时间和空间使用的总导演。整个系统由编辑计算机、显示屏体、控制机系统、信号传输系统、音视频设备、供电系统、软件、固定框架部分组成.
四、主要芯片的选型
（一）MCU芯片的选型
方案一：8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器，由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，从而造成成本较高，性价比低。
方案二：89S51芯片内部有ROM，且片内ROM全部采用Flash ROM，它能于3V的超低压工作，与MCS-51系列单片机完全兼容[3，4]。
（二）移位寄存器的选型
方案一：74LS164是一个串行输入并行输出的移位寄存器，可用于扩展并行输出口，并带有清除端。但是在本设计中，最后输出时会有重影，在74LS164输出端另加锁存器也可防止重影，不过电路太复杂。不推荐。
方案二：74HC595是硅结构的CMOS器件，兼容低电压TTL电路，遵守JEDEC标准。74HC595是由一个8位串行移位寄存器和一个带3态并行输出的8位D型锁存器所构成。该移位寄存器接收串行数据并提供串行输出，同时移位寄存器还向8 位锁存器提供并行数据。移位寄存器和锁存器具有单独的时钟输入端。该器件还有一个用于移位寄存器的异步复位端。74HC595具有输出锁存功能，可有效防止移位时LED的闪烁与重影。
（三）译码器的选型
74LS154，是在单片机系统中常用的4线-16线译码器，他的功能还比较多。译码器在单片机系统中一般起扩展IO的作用，当外设比较多，单片机的引脚不够用的时候，就可以由74ls154把4个单片机IO口扩展为16个。增强了单片机控制外设的能力。在设计中作为 LED行线的译码选择。
五、结束语
本方案设计的一个32x16的点阵LED显示屏，目测条件下LED显示屏各点亮度均匀，显示文字稳定、清晰无串扰。在本设计中用简短的程序使LED点阵显示实现了汉字的静态显示。在设计中采用的芯片有AT89S51、74HC595、74HC138和2个16*16LED点阵显示器。
参考文献：
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[10]贾东耀，汪仁煌.LED显示屏动态显示和远程监控的实现[M].国外电子元器件，2002（09）.
户外广告LED显示屏解决方案 篇4
方案目录：方案描述
功能优势
产品特点
系统方案
应用场所
应用案例
一、户外广告LED显示屏描述
如今，我们走在城市街道上，随处可见LED显示屏及LED字幕机上播映的媒体广告新闻等视频内容。广告LED显示屏正作为一
种新式的媒体宣扬手法成为广告传媒业的一支新力量。广告媒体商也逐步了解和认可了LED显示屏这个新式广告宣扬手法，其能够完成新闻信息产物跨媒体、多格局传达，给数字年代读者更多样化的信息体验。在广告媒体商的正视和LED显示屏本身优势共存的情况下，LED显示屏媒体广告在广告传媒业已经越来越重要。广告led显示屏高清晰、高亮度、色彩鲜艳、主体鲜明、设计新颖、具有形象生动、简单明快、可完成图文声像同步播映等特点。广告形象突出，容易吸引行人的注意力，并且容易记忆。此外，LED显示屏广告多是不经意间给受众以视觉刺激；并且LED显示屏广告一般发布的期限较长，对于区域性能造成印象的累积效果。早前时长60秒的中国国家形象片《中国国家形象片--人物篇》在纽约时代广场播放引起了多方媒体关注，达到巨大的宣传效果。
二、户外广告LED显示屏功能优势
1、在单个或多个商业中心、人流量大的区域，建造户外全彩LED显示屏，组成覆盖全城甚至全国的户外大屏联播网。
2、大屏，强烈的视觉冲击，超清的图面，巨大的震憾力。无不张显着强大的广告魅力！利于品牌形象的塑造和传播。众多LED显示屏都是当地的地标，其本身就是一个很好的广告。
3、繁华街道，小区等建造高清中小型LED全彩显示屏或信息屏，组成一个媒体发布网络，其传播效应更震撼、更具强制性。
4、小屏，传播渗透力强、网络化覆盖面广、直达消费终端，投资低见效快，宣传效果好。
5、自制节目、即时播放、内容丰富；不仅仅有广告，还有节目，包括专题、专栏、综艺、动画、广播剧、电视剧，节目间隙插播广告。
三、户外广告LED显示屏特点
★商业LED广告屏具有感光控制系统，根据室外环境亮度的变化自动调节显示屏亮度，节能环保，大大减少了您的运行成本；又可使观众更容易接受；
★联诚发产品推出有一套低功解决方案，可使显示屏运行时比原来节能1/3，进一步大大减少了您的运行成本；
★具有高刷新率和高灰度，使LED显示屏的画面更加逼真，满足商业用的高视觉品质的要求；
★具有亮度，颜色逐点校正功能，使LED显示屏的画面更加丰富，满足商业用的高视觉品质的要求；
★广告LED显示屏上的广告内容可随时更换，全天候为不同的客户展示不同的广告；
★具有双网线热备份功能，两台电脑同时控制一块屏，当一台电脑出现问题时，另一台电脑自动接替，确保显示屏正常工作；
★采用高效的光纤传输系统，有效减少了传输距离较远而造成信号延迟现象，保证了画面播放一致性；
★所有的显示信息均可采用远程网络化控制，只需用鼠标点击操作即可轻松更换画面信息，从而实现城市和地区的广告展示网络集群化；
★支持网络控制功能，使您能够在一个地方控制几个城市的显示屏，随时改变你要播放的内容；
★配合我们配备的多功能卡，可实现用软件定时或者手动随时开关，实现无人值守功能。
★屏体配备有环境监控系统，让您随时随地知道显示屏的运行情况。
★联诚发()不仅提供安装支架，还提供全套的LED 显示系统，这其中包括：控制系统、电源(插座)、软件、附件、安装结构图纸及其他服务。
★箱体设计的标准化，使同一箱体尺寸可适用于不同像素显示的要求，使LED广告屏安装更为方便。
★LED箱体更薄、更轻、节约了运输成本。
★防水效果好，拥有IP65的防护等级，适合在户外环境使用。
★LED显示屏内置有防雷装置，防止显示屏因被雷击中而烧毁。
★LED视频控制系统带有双备份系统，一旦发生故障，客户可以立即切换到备用系统。
★公司也为客户提供相关的维修备件，所有的备件都是模块化设计，便于售后维护。
★根据客户要求和现场环境，量身定制最合适的LED显示屏解决方案；
四、户外广告LED显示屏解决方案
五、户外广告LED显示屏应用场所
广泛应用于商场购物中心、广场公园、楼宇大厦、地标建筑、车站、码头、机场、地铁、商业小区、金融场所、证券市场和其他公共场所；
六、传媒广告LED显示屏案例
1、楼宇LED广告显示屏：与建筑本身完美结合，给原有设计锦上添花；更广的视角，传播范围更广，受众更多；
2、车载LED广告显示屏：广告传播不受地点限制，移动传播，受众更广,到指定场所做广告宣传，传播方式新颖，树立传播主体的良好形象；
3、灯箱LED广告显示屏：动态广告，视觉冲击力好，远视强，内容广
LED点阵显示屏设计报告 篇5
开发性实验结题报告
学
院：
电子工程学院
班
级：光信
姓
名：
学
号：
班
级：光信
姓
名：
学
号：
班
级：光信
姓
名：
学
号：
2014年X月X日
1632点阵LED电子显示屏
摘要：
本设计是一16×32点阵LED电子显示屏的设计。
整机以美国ATMEL
公司生产的40脚单片机AT89C52为核心，介绍了以它为控制系统的LED点阵电子显示屏的动态设计和开发过程。通过该芯片控制两个行驱动器74HC573和四个列驱动器74HC573来驱动显示屏显示。该电子显示屏可以显示各种文字或单色图像，全屏采用8块8×8点阵LED显示模块来组成16×32点阵显示模式。文中详细介绍了LED点阵显示的硬件设计思路、硬件电路各个部分的功能及原理、相应软件的程序设计，以及使用说明等。
单片机控制系统程序采用单片机C语言进行编辑，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。LED显示以其组构方式灵活、显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉等特点得到广泛的应用。
关键词：AT89C51单片机；LED；点阵显示；动态显示；C语言。
一
绪论
LED显示屏是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕。它具有发光效率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点。并广泛的应用于公交汽车，码头，商店，学校和银行等公共场合的信息发布和广告宣传。LED显示屏经历了从单色，双色图文显示屏到现在的全彩色视频显示屏的发展过程，自20世纪八十年代开始，LED显示屏的应用领域已经遍布交通、电信、教育、证券、广告宣传等各方面。
LED点阵显示屏概述
LED点阵显示屏的构成型式有多种，其中典型的有两种。一种把所需展示的广告信息烧写固化到EPROM芯片内，能进行固定内容的多幅汉字显示，称为单显示型；另一种在机内设置了字库、程序库，具有程序编制能力，能进行内容可变的多幅汉字显示，称可编程序型。
目前，国内的LED点阵显示屏大部分是单显示型，其显示的内容相对较少，显示花样较单一。一般在产品出厂时，显示内容就已写入显示屏控制系统中的EPROM芯片内，当需要更换显示内容时就非常困难，这样使该类型的显示屏使用范围受到了限制。
国内的另一种LED显示屏——可编程序型LED显示屏，虽然增加了显示屏系统的编程能力，显示内容和显示花样都有所增加，但也存在着更换显示内容不便的缺点。随着社会经济的迅速发展，如今的广告牌都存在着显示内容丰富、信息量大、信息更换速度快等特点。因此传统的LED显示屏控制系统已经越来越不能满足现代广告宣传业的需要。而利用PC机通信技术控制LED显示屏，则具有显示内容丰富，信息更换灵活等优点。
LED显示屏控制技术状况
显示屏的控制系统包括输入接口电路、信号控制、转换和数字化处理电路及输出接口电路等，涉及的具体技术很多，其关键技术包括串行传输与并行传输技术、动态扫描与静态锁存技术、自动检测及远程控制技术等。
二
系统总体设计方案
需要实现的功能
设计一个室内用16×32点阵LED图文显示屏，要求在目测条件下LED显示屏各点亮度均匀、充足，可显示图形和文字，显示图形或文字应稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止、移入移出等显示方式。
LED显示特点
从理论上说，不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光的数据中相应的位填1，否则填0。当然，根据控制电路的安排，相反的定义同样是可行的。这样依照所需显示的图形文字，按显示屏的各行各列逐点填写显示数据，就可以构成一个显示数据文件。
显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模。组成一个字的点阵，其大小也可以有16×16、24×24、32×32、48×48等不同规格。汉字的点阵结构相应的显示数据是用16进制格式以字节为单位表示的。
用点阵方式构成图形或文字，是非常灵活的，可以根据需要任意组合和变化，只要设计好合适的数据文件，就可以得到满意的显示效果。因而采用点阵式图文显示屏显示经常需要变化的信息，是非常有效的。点阵显示方式适应信息变化的优点，是以点阵显示器的价格和其复杂的控制电路为代价的。点阵显示器在整个显示单元的所有位置上都布置了LED器件，而像数码管一类的显示器件只在需要发光的七段位置上布置LED器件，其它位置是空白的。因此，点阵显示器在相同面积情况下，价格要贵些。但是，数码管可显示的信息有限，只有0～9或单个的英文字符，由于组合形成的字符不多，所以其显示数据和控制电路都比较简单。点阵显示器则不然，它要对点阵上全部LED进行控制，并能生成所有可能显示的图形文字，其显示数据和控制电路自然要复杂得多。
设计方案论证：
3.1显示模式方案
为了吸引观众增强显示效果，可以有多种显示模式，最简单的显示模式是静态显示。这里所说的“静态显示模式”不同于静态驱动方式。与静态显示模式相对应，就有各种动态显示模式，它们所显示的图文都是能够动的。按照图文运动的特点又可以分为闪烁、平移、旋转、缩放等多种显示模式。产生不同显示模式的方法，并不意味着一定要重新编写显示数据，可以通过一定的算法从原来的显示数据直接生成。例如，按顺序调整行号，可以使显示图文产生上下平移；而顺序调整列显示数据的位置，就可以达到左右平移的目的；同时调整行列顺序，就能得到对角线平移的效果。其它模式的数据刷新，也可找到相应的算法。不过当算法太复杂，太浪费时间的话，也可以考虑预先生成刷新数据，存储备用。刷新的时间控制，要考虑运动图形文字的显示效果。刷新太慢，动感不显著；刷新太快了，中间过程看不清。一般刷新周期可控制在几十毫秒范围之内。
动态扫描的意思简单地说就是逐行轮流点亮，这样扫描驱动电路就可以实现多行（比如16行）的同名列共用一套列驱动器，每行有一个行驱动器，具体就16×32的点阵来说，把所有同一行的发光管的阳极连在一起，把所有同一列的发光管的阴极连在一起（共阳的接法），由行译码器给出的行选通信号，从第一行开始，按顺序依次对各行进行扫描(把该行与电源的一端接通)。
另一方面，根据各列锁存的数据，确定相应的列驱动器是否将该列与电源的另一端接通。接通的列，就在该行该列燃亮相应的LED；未接通的列所对应的LED熄灭。当一行的扫描持续时间结束后，该行燃亮的LED也就熄灭；下一行又以同样的方法进行显示。全部各行都扫过一遍之后(一个扫描周期)，又从第一行开始下一个周期的扫描。只要一个扫描轮回的速度足够快（每秒24次以上），由于人眼的视觉暂留现象，就不容易感觉出闪烁现象，就能看到显示屏上稳定的图形了。而且动态扫描方式功耗低，硬件成本低，每个LED都不是连续工作，因而还有利于延长LED的使用寿命。
3．2
数据传输方案
采用扫描方式进行显示时，显示数据通常存储在单片机的存储器中，按8位一个字节的形式顺序排放。显示时要把一行中各列的数据都传送到相应的列驱动器上去，这就存在一个显示数据传输方式的问题。从控制电路到列驱动器的数据传输可以采用并行方式或串行方式。显然，采用并行方式时，从控制电路到列驱动器的线路数量大，相应的硬件数目多。当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。
采用串行传输的方法，控制电路可以只用一根信号线，将列数据一位一位传往列驱动器，在硬件方面无疑是十分经济的。但是，串行传输过程较长，数据要经过并行到串行和串行到并行两次变换。首先，单片机从存储器中读出的8位并行数据要通过并串变换，按顺序一位一位地输出给列驱动器。与此同时，列驱动器中每一列都把当前数据传向后一列，并从前一列接收新数据，一直到全部列数据都传输完为止。只有当一行的各列数据都已传输到位之后，这一行的各列才能并行地进行显示。这样，对于一行的显示过程就可以分解列数据准备（传输）和列数据显示两个部分。对于串行传输方式来说，列数据准备时间可能相当长，在行扫描周期确定的情况下，留给行显示的时间就太少了，以至影响到LED的亮度。
解决串行传输中列数据准备和列数据显示的时间矛盾问题，可以采用重叠处理的方法。即在显示本行各列数据的同时，准备下一行的列数据。为了达到重叠处理的目的，列数据的显示就需要具有锁存功能。
经过上述分析，可以归纳出列驱动器电路应具备的主要功能。对于列数据准备来说，它应能实现串入并出的移位功能；对于列数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备好的数据打入并行锁存器进行显示时，串并移位寄存器就可以准备下一行的列数据，而不会影响本行的显示。图2-1为显示屏电路实现的结构框图。
单片机
列驱动器
四个74HC573
两个74HC573
列
LED显示点阵
16x32
电源
显示屏电路框图
三
硬件系统设计
元器件的选择
元件编号
规格参数
LED
16x32点阵
PCB板
20cm*20cm环氧板
U1~
U6
74HC573
U7
AT89C52
U8，U9
74HC02
R1~R33
330欧姆
C1、C2
22pF
晶振
1个
可行性分析：作品选用52做核心，相对于其他芯片52读取也很方便，价格低廉。选取138以及02选通74HC573做行、列驱动器。之所以选取138以及02是因为用138及02选通573是因为，当138选通573时其他573被默认关闭，这给软件编写提供了很大便利。用573而不用595做驱动是因为对573熟悉，对以前学过的硬件有一个复习巩固的作用。没有用2803做驱动是因为573提供的电压完全可以提供16x32LED灯的两端电压。
芯片简介
(1)AT89C52
AT89C52是美国ATMEL公司生产的8位Flash
ROM单片机。其最突出的优点是片内ROM为Flash
ROM，可擦写1000次以上，应用并不复杂的通用ROM写入器就能方便的擦写，读取也很方便，价格低廉，具有在片程序ROM二级保密系统。因此可灵活应用于各种控制领域。AT89C52包含以下一些功能部件：
（1）一个8位CPU；
（2）一个片内振荡器和时钟电路；
（3）4KB
Flash
ROM；
（4）128B
内RAM；
（5）可寻址64KB的外ROM和外RAM控制电路；
（6）两个16位定时/计数器；
（7）21个特殊功能寄存器；
（8）4个8位并行I/O口；
AT89C52单片机一般采用双列直插DIP封装，共40个引脚，图3-3为其引脚排列图。40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制各I/O引脚。
电源
Vcc——芯片电源，接+5V；GND——接地端。
时钟
XTAL1、XTAL2——晶体振荡电路反相输入端和输出端。
单片机系统外围电路
(2)74HC573
编程时，先将使能端置1，此时输出数据和输入数据一致；为了将输出的数据锁定，防止误操作，可将使能端清0，此时，输出端保持原有值，不再变化。（1，使能置1；
2，数据输入到锁存器输入端（输出=输入）；
3，使能置0（输
出恒定=先前输入）；（达到锁存功能））
74HC系列的数字集成电路，当5V供电时，输出高电平接近5V，带负载后，能输出4.95V左右。
从你图上看，这里需要573输出高电平段码，138输出位码，进行动态显示。但是图上有错，为了LED安全使用，在573的输出端与7LED连接之间，应串联300Ω电阻。
附加:
锁存器的作用
锁存器(Latch)是一种对脉冲电平敏感的存储单元电路，它们可以在特定输入脉冲电平作用下改变状态。锁存，就是把信号暂存以维持某种电平状态。锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制其与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个
I/O
口既能输出也能输入的问题。
（3）74HC02
74HC02
概述
74HC02是一款高速CMOS器件，74HC02遵循JEDEC标准no.7A。74HC02引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。
74HC02实现了4路2输入或非门功能。
74HC02
特性
·
输入电平
o
74HC02
CMOS电平
·
ESD保护
o
HBM
JESD22-A114E超过2000
V
o
MM
JESD22-A115-A超过200
V
·
可选多种封装类型
·
温度范围
o
-40～+85
℃
o
-40～+125
℃
（4）74HC138
CD74HC138，CD74HC238和CD74HCT138，CD74HCT238是高速硅栅CMOS解码器，适合内存地址解码或数据路由应用。74HC138
作用原理于高性能的存贮译码或要求传输延迟时间短的数据传输系统,在高性能存贮器系统中,用这种译码器可以提高译码系统的效率。将快速赋能电路用于高速存贮器时,译码器的延迟时间和存贮器的赋能时间通常小于存贮器的典型存取时间,这就是说由肖特基钳位的系统译码器所引起的有效系统延迟可以忽略不计。HC138
按照三位二进制输入码和赋能输入条件,从8
个输出端中译出一个
低电平输出。两个低电平有效的赋能输入端和一个高电平有效的赋能输入端减少了扩展所需要的外接门或倒相器,扩展成24
线译码器不需外接门;扩展成32
线译码器,只需要接一个外接倒相器。在解调器应用中,赋能输入端可用作数据输入端。
行、列驱动电路
行、列驱动电路由集成电路74HC573构成，它具有一个8位串行输入/输出或者并行输出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，可以实现在显示本行各列数据的同时，传送下一行的列数据，即达到重叠处理的目的。
74HC系列的数字集成电路，当5V供电时，输出高电平接近5V，带负载后，能输出4.95V左右。
从你图上看，这里需要573输出高电平段码，138输出位码，进行动态显示。但是图上有错，为了LED安全使用，在573的输出端与7LED连接之间，应串联300Ω电阻。
行由两个573分别控制，列由四个573控制。行给高电平，列给低电平实现
点阵控制。
LED显示屏电路
LED显示屏是将发光二极管按行按列布置的，驱动时也就按行按列驱动。在扫描驱动方式下可以按行扫描按列控制，当然也可以按列扫描按行控制。LED显示屏现多采用多块8×8点阵显示单元拼接而成。本文就是使用8块SBM1388型号的实验模块组成16×32点阵，以满足汉字显示的要求。8×8
LED点阵是最基本的点阵显示模块，理解了8×8
LED点阵的工作原理就可以基本掌握LED点阵显示技术。8×8点阵LED结构如图3-10所示，其等效电路如图3-11所示：
图3-10
8×8点阵LED结构图
从图中（本图的LED阵列采用共阳的接法）可以看出，8×8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上。要实现显示图形或字体，只需考虑其显示方式，通过编程控制各显示点对应LED阳极和阴极端的电平，就可以有效的控制各显示点的亮灭。当采用按行扫描按列控制的驱动方式时，LED显示屏8行的同名列共用一套列驱动器。行驱动器一行的行线连接到电源的一端，列驱动器一列的列线连接到电源的另一端。应用时还应在各条行线或列线上接上限流电阻。扫描中控制电路将行线的1到
8轮流接通高电位，使连接到各该行的全部LED器件接通正电源，但具体那一个LED导通，还要看它的负电源是否接通，这就是列控制的任务了。当对应的某一列置0电平，则相应的二极管就亮；反之则不亮。例如：如果想使屏幕左上角LED点亮，左下角LED熄灭的话，在扫描到第一行时，第一列的电位就应该为低，而扫描到第八行时第一列的电位就应该为高。这样行线上只管一行一行的轮流导通，列线上进行通断控制，实现了行扫描列控制的驱动方式。
四
系统软件设计
在单片机系统中，硬件是系统的基础，软件则是在硬件的基础上对其合理的调配和使用，从而完成应用系统所要完成的任务。软件的设计是设计控制系统的应用程序。其任务是在总体设计和硬件设计的基础上，确定程序结构，分配内RAM资源，划分功能模块，然后进行主程序和各模块程序的设计，最后连接起来成为一个完整的应用程序。
在进行系统总体设计时，曾经规划过软件结构，但由于硬件系统尚未仔细确定，软件结构框图十分粗糙，当硬件设计接口扩展及各功能模块与CPU连接关系确定后，就能够具体明确对软件设计的要求。本设计的LED显示屏软件的主要功能是向屏体提供显示数据，并产生各种控制信号，使屏幕按设计的要求显示。根据软件分层次设计的原理，可把显示屏的软件系统分成两大层：第一层是底层的显示驱动程序，第二层是上层的系统应用程序。显示驱动程序负责向屏体送显示数据，并负责产生行扫描信号和其它控制信号，配合完成LED显示屏的扫描显示工作。显示驱动程序由定时器T0中断程序实现。系统应用程序完成系统环境设置（初始化）、显示效果处理等工作，由主程序来实现。
编程思路
根据以上硬件电路和单片机控制原理，编程思路为：
a先对相关变量进行初始化。
b调用显示程序
c装载汉字的第一行数据，并显示出来。
d依次显示汉字的第二行至第十六行。
e结束
程序见附录1
流程图：
调用显示程序序
扫描第1行并显示
显示汉字
延时
扫描第2行并显示
依次扫描3,4….16行
结束
开始
五
调试及性能分析
一个单片机系统经过总体设计，完成了硬件和软件设计开发。元器件安装后，在系统的程序存储器中写入编制好的应用程序，系统即可运行。但编制好的程序或焊接好的线路不能按预计的那样正常工作是常见的事，多少会出现一些硬件、软件上的错误。这就需要通过调试来发现错误并加以改正。调试可分为硬件调试和软件调试。在允许的条件下，根据本设计系统的需求性首先采用在PC机上用模拟开发软件进行检测和调试，然后进行硬件的组装与调试。
软件调试
软件调试采用脱机调试的方法，即完全用仿真器软件在PC机上对目标电路原理图和程序进行检测和调试。调试过程中单片机相应输入端由通用键盘和鼠标设定，运行状态、各寄存器状态、端口状态等都可以在CRT指定的窗口区域显示出来，以确定程序运行有无错误。调试可按下列步骤进行：
目标程序纠错
该阶段工作通常在目标程序编辑时就完成。一般来说，仿真器软件能给用户输入的程序指令纠错，包括书写格式、标号未定义或多重定义、转移地址溢出等错误。
整体程序综合调试
即把各子程序整体连起来进入到综合电路调试，看是否能实现预计的功能显示。在这阶段若发生故障，可以考虑各子程序在运行时是否破坏现场，数据缓冲单元是否发生冲突，标志位的建立和清除在设计上是否失误，堆栈是否溢出，输入输出状态是否正常等。
硬件调试
单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的，许多硬件故障在软件调试时才能发现，但通常要先排除系统中明显的硬件故障。调试工作可以分为四步：
目测检查
根据硬件逻辑设计图，仔细检查样机线路是否连接正确，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求，必要时可用万用表检测线路通断情况。
电源调试
样机的第一次通电测试很重要，若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。调试的方法有两种：一种是断开样机稳压电源的输出端检查空载时电源工作情况；另一种是拔下样机上的主要集成芯片，检查电源的负载能力（用假负载）。确保电源无故障并性能符合设计要求。
通电检查
在确保电源良好前提下，接通电源。最好在电源与其余电路之间串接一个电流表。若接通后电流很大，必须立即切断电源。电源大得超出正常范围，说明电路中有短路或故障。通电检查的主要目的是看系统是否存在短路或由元器件损坏、装配错误引起的电流异常。
检查相应芯片的逻辑关系
加电后检查各芯片插座上相关引脚的电位，仔细测量相应的输入输出电平是否正常。单片机系统大都是数字逻辑电路，使用电平检查法可首先查出逻辑设计是否正确，选用器件和连接关系是否符合要求等。
根据实践证明，这个方案设计的16×32点阵LED图文显示屏，结构合理，成本较低，且较容易扩展成更大的显示屏；显示屏各点亮度均匀、充足；显示图形或文字稳定、清晰无串扰；可用静止、移入移出等多种显示方式显示图形或文字。
心得：
以上仅对LED显示屏的结构和驱动、显示电路原理作一详细介绍和分析。LED点阵的应用很广，对于不同的应用环境和应用要求，可以有各种各样的应用方式，在这里就不做详尽叙述。由于自己知识水平的局限和时间的仓促，设计中或还存在着一些不足，我真诚的接受老师们的批评和指正。
从课题选择、方案论证到具体设计，每一步对我来说无疑是巨大的尝试和挑战，我不断地给自己提出新的问题，然后去论证、推翻，不懂就请教学长，再接着提出新的问题，在这个往复的过程中，我这篇稚嫩的设计日趋完善。每一次改进我都收获良多，虽然我的设计作品不是很成熟，而且借鉴了前人的很多资料，但我仍然心里有一种莫大的幸福感，因为我实实在在地走过了一个完整的设计所应该走的每一个过程，并且享受了每一个过程，更重要的是这个设计中我加入了自己鲜活的思想，而且在调试中积累了很多经验。
在做这次的设计过程中使我学到了很多，加深了对数子电路的理解，验证了所学理论知识，提高了基本的解决实际问题的能力，并增加了对电子设计方面的兴趣。更重要的是我体会到不论做什么事都要真真正正用心去做，才会使自己更好的成长，没有学习就不可能有实践的能力，实践才是最终的目的，没有实践就不会有自己的突破和创新，希望这次的经历能让我在以后的工作和生活中不断成长与进步。
在这里要特别感谢我们的学长，谢谢他们的悉心指导！
参考文献：马家辰.MCS-51单片机原理及接口技术.哈尔滨工业大学出版社，1997
胡汉才.单片机原理与应用.清华大学出版社
邱丽芳.单片机原理与应用
[M].北京:人民邮电出版社,2007
附录1
#include
#define
uchar
unsigned
char
#define
uint
unsigned
int
uchar
code
atable[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}
;
uchar
code
btable[]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
void
delay(uint
i)
//延时1ms
{
uint
x,y;
for(x=i;x>0;x--)
for(y=115;y>0;y--);
}
void
clear()
//清屏
{
P2=0xa0;P0=0xff;
P2=0xc0;P0=0xff;
P2=0x00;P0=0xff;
P2=0x20;P0=0xff;
P2=0x40;P0=0xff;
P2=0x60;P0=0xff;
}
void
main(void)
{
uint
x;
clear();
WR
=
0;
while(1)
{
P2=0xa0;
P0=atable[0];
P2=0xe0;
P0=btable[0];
P2=0x60;
P0=0xf7;
P2=0x40;
P0=0x7f;
P2=0xc0;
P0=0xff;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//扫描第1行
P2=0xa0;
P0=atable[1];
P2=0xe0;
P0=btable[1];
P2=0x60;
P0=0xfb;
P2=0x40;
P0=0x07;
P2=0xc0;
P0=0xfe;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//2
P2=0xa0;
P0=atable[2];
P2=0xe0;
P0=btable[2];
P2=0x60;
P0=0xfd;
P2=0x40;
P0=0x7f;
P2=0xc0;
P0=0xff;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//3
P2=0xa0;
P0=atable[3];
P2=0xe0;
P0=btable[3];
P2=0x60;
P0=0xfe;
P2=0x40;
P0=0x7f;
P2=0xc0;
P0=0xff;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//4
P2=0xa0;
P0=atable[4];
P2=0xe0;
P0=btable[4];
P2=0x60;
P0=0xff;
P2=0x40;
P0=0x07;
P2=0xc0;
P0=0x01;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//5
P2=0xa0;
P0=atable[5];
P2=0xe0;
P0=btable[5];
P2=0x60;
P0=0xff;
P2=0x40;
P0=0x7f;
P2=0xc0;
P0=0x7f;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//6
P2=0xa0;
P0=atable[6];
P2=0xe0;
P0=btable[6];
P2=0x60;
P0=0xff;
P2=0x40;
P0=0x7f;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0x93;
delay(2);
//7
P2=0xa0;
P0=atable[7];
P2=0xe0;
P0=btable[7];
P2=0x60;
P0=0x80;
P2=0x40;
P0=0x07;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0x6d;
delay(2);
//8
P2=0xa0;
P0=atable[8];
P2=0xe0;
P0=btable[8];
P2=0x60;
P0=0xbf;
P2=0x40;
P0=0xff;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0x7d;
delay(2);
//9
P2=0xa0;
P0=atable[9];
P2=0xe0;
P0=btable[9];
P2=0x60;
P0=0xbf;
P2=0x40;
P0=0xff;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0xbb;
delay(2);
//10
P2=0xa0;
P0=atable[10];
P2=0xe0;
P0=btable[10];
P2=0x60;
P0=0x80;
P2=0x40;
P0=0x27;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0xd7;
delay(2);
//11
P2=0xa0;
P0=atable[11];
P2=0xe0;
P0=btable[11];
P2=0x60;
P0=0xfe;
P2=0x40;
P0=0xdb;
P2=0xc0;
P0=0xbe;
P2=0x00;
P0=0xef;
delay(2);
//12
P2=0xa0;
P0=atable[12];
P2=0xe0;
P0=btable[12];
P2=0x60;
P0=0xfe;
P2=0x40;
P0=0xfb;
P2=0xc0;
P0=0xbe;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//13
P2=0xa0;
P0=atable[13];
P2=0xe0;
P0=btable[13];
P2=0x60;
P0=0x80;
P2=0x40;
P0=0x77;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//14
P2=0xa0;
P0=atable[14];
P2=0xe0;
P0=btable[14];
P2=0x60;
P0=0xff;
P2=0x40;
P0=0xaf;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//15
P2=0xa0;
P0=atable[15];
P2=0xe0;
P0=btable[15];
P2=0x60;
P0=0xff;
P2=0x40;
P0=0xdf;
P2=0xc0;
P0=0xbf;
P2=0x00;
P0=0xff;
delay(2);
//16
}
led显示系统设计方案 篇6
姓名：王立学号：***44
LED8x8点阵显示设计说明报告
一、设计任务
1.设计要求
利用一块点阵数码板，按编程者要求实现任意符号的显示。2.此次设计研究的主要内容及应解决的问题
此次设计研究的主要内容是设计一个符号显示牌：通过程序控制符号显示牌，使符号显示牌，在无按键按下时，显示数字“0-9”，当第一次按下按键时，显示字母“μ”，当第二次按下按键时显示汉字“公”。应解决的问题：单片机P1口的输出电流不足以驱动二极管，需要加驱动，本次研究中以S8050作为驱动，同时在S8050NPN晶体管基极加4.7K的电阻。实验前要弄清晶体管三个引脚代表的极性，以免符号显示牌不亮导致而设计失败。
二、总体设计方案
2.1 硬件电路组成
本产品采用以89C51单片机为核心芯片的电路来实现，主要由89C51芯片、晶振电路、三极管驱动电路、按键控制电路、8×8 LED点阵5部分组成，电路框图如图1所示。其中，89C51是一种带4kB闪烁可编程可擦除只读存储器(Falsh Programmable and Erasable Read OnlyMemory，FPEROM)的低电压、高性能CMOS型8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，工业标准的MCS一51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，能够进行1 000次写／擦循环，数据保留时间为10年。他是一种高效微控制器，为很多嵌人式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。因此，在智能化电子设计与制作过程中经常用到89C51芯片。时钟电路由89C51的18，19脚的时钟端(XTAI 1及XTAL2)以及12 MHz晶振X、电容C2、C3组成，采用片内振荡方式。复位电路采用简易的上电复位电路，主要由电阻R，R2，电容C，开关K 组成，分别接至89C51的RST复位输人端。LED点阵显示屏采用8x8共64个象素的点阵，可通过万用表检测发光二极管的方法测试判断出该点阵的引脚分布。我们把行列总线接在单片机的I/O口，然后把上面分析到的扫描代码送入总线，就可以得到显示的字符了。我们在实际应用中是将LED点阵的8条列线通过驱动电路接在P1口，8条行线通过限流电阻接在P0口。单片机89C51按照设定的程序在P1和P0接口输出与内部字符对应的代码电平送至LED点阵的行列线(高电平驱动)，从而选中相应的象素LED发光，并利用人眼的视觉暂留特性合成整个字符的显示。再改变取表地址实现字符的滚动显示。硬件电路组成框图如图2-1所示。
图2-1 硬件电路组成框图
2.2 系统各单元电路设计 2.2.1 89C51单片机最小系统
最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。图2-2为89C51单片机的最小系统。图2-2 单片机最小系统
2.2.2 按键控制电路
单片机开始工作时，P2.0是高电平。当按键按下时，检测到一个低电平信号，改变P0口输出信号，控制8×8 LED点阵显示屏显示不同字符。
图2-3 按键控制电路
2.2.3 三极管驱动电路
扫描驱动电路的功能主要是有P1口输出高电平使三极管发射结导通，发射结输出足够大的电流使二极管导通。
图2-4 三极管驱动电路 2.2.4 8×8 LED点阵介绍 图（4）为8×8点阵LED外观及引脚图，只要其对应的X、Y轴顺向偏压，即可使LED发亮。例如如果想使左上角LED点亮，则电子模块中的0口为1，A口为0即可。应用时限流电阻可以放在横轴或列轴。
图2-5 8×8点阵LED外观及引脚
(1)把“单片机系统”区域中的P0端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“A~H”端口上；
(2)把“单片机系统”区域中的P1端口用8芯排芯连接到“点阵模块”区域中的“0~7”端口上；
为了方便于单片机连接，我们在焊接的过程中特意将0～7接口排列出来作为列，将A～H接口作为行，这样我们就可以直接将AT89C51单片机的P0口与0~7接口一次连接，将AT89C51单片机的P1口与A~H接口一次连接。要使LED发亮即使给予数字端高电平，字母端给予低电平，就能使二极管发亮。
2.3 字符的点阵显示原理及字库代码获取方法
我们以UCDOS中文宋体字库为例，每一个字由8行8列的点阵组成显示。我们可以把每一个点理解为一个象素，而把每一个字的字形理解为一幅图像。事实上这个汉字屏不仅可以显示汉字，也可以显示在64象素范围内的任何图形。如查用8位的AT89C51单片机控制，如图所示
图2-6 8×8点阵等效电路
为了弄清楚汉字的点阵组成规律，首先通过列扫描方法获取汉字的代码。首先将8行分成4位的上、下两部分，把发光的象素位编为0不发光的象素位为1的十六进制代码。这样就把要显示的“公”字编为如下代码：
0x7f,0xbf,0xc1,0xdf,0xdf,0xdf,0xc1,0xdf
由这个原理可以看出，无论显示何种字体或图像，都可以用这个方法来分析出他的扫描代码从而显示在屏幕上。上述方法虽然能够让我们弄清楚字符点阵代码的获取过程。字符点阵显示一般有点扫描、行扫描和列扫描3种。为了符合视觉暂留要求，点扫描方法的扫描频率必须大于16×64—1024 Hz，周期小于1 ms即可。行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于16×8—128 Hz，周期小于7．8 ms即可。
三、程序设计
3.1程序流程图
开始初始化依次显示0~9是否按键NoYes依次显示0~9显示字符μ是否按键NoYes显示字符μ显示汉字公是否按键NoYes显示汉字公
图3-1 主程序流程图
3.2程序设计
根据上述所说的程序流程图，设计程序如附录1。
四、调试及性能分析
4.1系统调试 4.1.1软件调试
首先根据各单元电路模块，利用Proteus软件将总的硬件原理图绘制好，设计好各模块要使用的I/O口，如：8×8点阵LED显示屏时候插反，先检测下，无硬件错误后，再进行程序编程。
利用C语言的编程方式，将系统要求的基本功能，以及创新功能根据程序流程图编写出来，用Keil软件调试无误后，生成Hex文件。
双击Proteus中的AT89C51芯片，将Keil生成的Hex加载到芯片内，进行仿真，经调试后所编写的程序能够完美实现系统所需的各种功能。
4.1.2硬件调试
硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。具体步骤及测试结果如下：(1)检查电源与地线是否全部连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线是否完全连接，对未连接的进行修复。
(2)参照原理图，检查各个器件之间的连接是否连接正确，是否存在虚焊，经测试，各连接不存在问题。
(3)以上两项检查并修复完后，给该硬件电路上电，电源指示灯点亮。
(4)将烧录好程序的最小单片机系统接入各模块后，各模块能过正常工作，如：数码管正常发光。
4.2设计分析
将烧录好程序的最小单片机系统与各模块连接好后，8×8点阵LED显示屏显示初始值。按键一次之后，显示屏显示滚动字符μ，再按键一次，显示屏显示汉字“公”。
经软件调试和硬件调试后，所设计的系统完美实现了所需的控制要求和创新要求。
附录1：程序清单
#include
for(y=110;y>0;y--);} void main(){ key=1;num=0;while(1){
if(num==0)
{
for(j=0;j<10;j++)
{
if(key==0)
{
delay(10);
if(key==0)
{
num=1;
公 // //1 //2 //3 //4 //5 //6 //7 //8
while(!key);
}
}
if(num!=0)
break;
for(k=0;k<30;k++)
{
scan=0x01;
for(i=0;i<8;i++)
{
P0=table[j][i];
P1=scan;
delay(2);
scan<<=1;
}
} } } if(num==1){
for(j=0;j<8;j++)
//8组数据
{
if(key==0)
{
delay(10);
if(key==0)
{
num=2;
while(!key);
}
}
if(num!=1)
break;
for(k=0;k<10;k++)
{
scan=0x01;
//初始扫描信号
for(i=8;i>0;i--)
//扫描周期
{
if(i>j)P0=table1[8+(j-i)];
else P0=table1[j-i];
P1=scan;
delay(2);
scan<<=1;
}
}
}
}
if(num==2)
{
if(key==0)
{
delay(10);
if(key==0)
{
num=0;
while(!key);
}
}
scan=0x01;
for(i=0;i<8;i++)
{
P0=table2[count++];
if(count==8)count=0;
P1=scan;
delay(2);
scan<<=1;
}
}
} }
附录2：点阵的放置与接线方法：
led显示系统设计方案 篇7
众所周知,视觉是人类感知世界的最重要的方式,而现实生活中的所有物质形态都是以三维空间而客观存在。三维显示能真正地再现客观世界的立体空间,提供更符合人们观察习惯的交流方式,有助于人们在综合运用各种深度暗示之后,通过大脑的计算感知而获得真实、丰富、可靠的视觉体验,对社会的发展以及在科技、经济等方面的发展具有重要的作用。
目前,三维显示大致可以分为四类:体视三维显示、全息三维显示、透视三维显示和体三维显示[1],其显示的原理和特点如表1所示。
本文通过旋转24×16二维LED阵列实现了具有69 120个体像素,空间尺寸为Ø94.4 mm×66.8 mm柱体内的三维显示,文中论述了系统的整体结构、显示原理及其各组成部分的实现方法。最后并以显示“茶壶”为例,对此体三维显示系统进行了分析和讨论。
1 LED体三维显示系统设计
1.1 整体方案
由于人眼具有视觉暂留的特性,即人类视觉对亮度改变的跟踪会由于意识处理延迟而滞后[6]。基于此特性,利用电机驱动置于对称转轴两侧的发光二极管阵列,使之高速旋转,周期性地扫出一个柱体空间。同时,寻址驱动控制电路根据需要调制不同时刻LED阵列的发光状态,这样通过快速显示一幅幅二维图像截面序列来实现三维显示。由于人眼视觉暂留时间约为50～100 ms,当电机转速超过10 r/s时,人便不会有闪烁的感觉,而是看到三维的立体图像。根据此原理可设计如图1所示的LED体三维显示系统。
利用计算机生成三维数据再通过数据传输电路把数据传输到旋转驱动板上面的存储器中,并且由角度编码器来测试电机的旋转角度并把信号送给FPGA,然后由FPGA根据采集的角度编码器输出信号驱动LED屏显示并按时刷新LED显示屏。同时,整个旋转驱动板在电机的驱动下快速的旋转,快速显示一幅幅二维截面图像来实现三维显示。
1.2 三维数据生成
利用Matlab软件的强大功能,首先可以通过imread()、imfinfo()、meshgrid()、meshc()和surf()等语句来实现具有灰度值的三维图像,假设获得的三维图像角坐标为P(X0,Y0,Z0)。
令LED阵列旋转所得的圆柱空间中LED灯的柱坐标为F(r,θ,z),根据柱坐标与直角坐标的转换关系,求得空间LED灯的三维直角坐标E(X1,Y1,Z1)可表示如下:
其中r,θ,z均为整数,且有:-12<r≤12,0<θ≤360,0<z≤16。
最后,令D(X2,Y2,Z2)=P(X0,Y0,Z0)∩ E(X1,Y1,Z1)求出该显示的LED灯的三维直角坐标,以此作为三维数据的信息源。
从Matlab 6.0版本开始,Mathworks公司在软件中增加了设备控制箱(Instrument control toolbox),提供对RS-232/RS-485通信标准的串口通信的正式支持[7]。因此本系统使用该工具箱的serial类及fopen、fwrite等函数,通过RS-232串口并利用数据传输电路把获得的三维图像数据传输到LED驱动电路板上。
1.3 数据传输电路
三维图像数据利用设备控制箱通过RS-232串口后,再利用红外编解码技术把数据传到旋转的LED驱动板上,其整个数据传输的通讯结构图如图2所示。
在单片机串口模块中选用电平转换芯片MAX232芯片实现TTL电平与RS-232电平的双向转换,从而把三维图像数据传送到单片机的串行接收端口RXD上,然后单片机再通过其发送端口TXD把数据送出。图中的调制与红外发射模块通过由NE555芯片构成的多谐振荡电路调制成38 kHz的载波信号,最后利用红外发射管TSAL6238以光脉冲的形式向外发送。为了保证红外接收数据的准确性,NE555产生的振荡频率要尽可能接近38 kHz,所以在选择电阻电容时要选用精密的元件并保证电源电压的稳定性。
数据传输电路中的红外接收解调模块选择Vishay公司的TSOP1738,其内部电路功能已包括把接收到的载波频率为38 kHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号,并由前放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后,通过带通滤波器进行滤波,滤波后的信号由解调电路进行解调。最后,由输出级电路进行反向放大输出[8]。
所以,选用此红外接收模块只要把其数据输出直接送到FPGA处理即可。经实验测定,利用此红外传输电路传输数据,速率最高可达1 kB/s。
1.4 角度编码器与电机模块电路
本系统立体显示是通过快速显示旋转空间中的一系列二维截面来实现的,把LED屏旋转一周分成180个截面,即每转2° 要刷新一次显示屏。为了准确刷新显示屏,本系统选用角度编码器来识别显示屏转过的角度,角度编码器通过测试电机旋转发出脉冲可识别电机的旋转角度。本系统选用的角度编码器型号为ZSP3806-022G-360B-5-24E。此编码器旋转一周可输出360个脉冲信号。这样电机每转2°,角度编码器便可发出2个脉冲信号,LED显示屏控制系统通过计数采集的角度编码器输出脉冲数来控制刷新LED屏。
同时,利用角度编码器的输出脉冲再通过单片机的处理可测出电机的旋转速度,并可送到数码管显示。此外,单片机可对测得的电机速度进行判断,判断其是否超出一定的范围,如超出范围可通知由单片机控制的报警电路报警。其电机模块电路图如图3所示。
电路中所用的电机为无源电机,所以需要电机的驱动电路,考虑电机在加负载时速度会减慢,设计电机的速度可调,其调节范围为0～4 200 r/min。电路中电机与角度编码器套在一起,其转速v(r/s)与角度编码器的输出脉冲频率f(Hz)具有如下关系:
通过此对应关系利用单片机可测出电机的旋转速度并可送到数码管显示。同时利用设计的报警器可达到对电机旋转速度的监控。
1.5 LED寻址驱动电路
LED寻址驱动控制电路主要是利用FPGA芯片EP1C3来控制LED的专门驱动芯片BHL2000,并且EP1C3根据采集的角度编码器的输出脉冲数按时读取存储器中的三维图像数据,然后传送给BHL2000,从而来驱动LED屏的列显示。同时,FPGA又将行扫描信号输出经后级放大来驱动LED屏的行显示,其具体的原理框图如图4所示。
由于LED屏在旋转的过程中会造成亮度损失,所以FPGA的行扫描信号输出需经过74HC245和UDN2981的放大,这样行信号输出最大电流可达到500 mA。此外,BHL2000属于灌电流型器件且每个数据输出端电流可达到80 mA,可直接驱动LED显示。驱动电路中的存储器选择STC62WV5128,其容量为512 k×8 bit,而本系统一幅三维图像的数据量为67.5 k×8 bit,所以选择STC62WV5128是足够的。
值得说明的是,EP1C3对BHL2000的写数据是在BHL2000写入时钟WR的驱动下,数据从Din0-Din7输入,在内部移位寄存器中串行移位16次后,由级联口SHO0-SHO7移出。同时BHL2000行、场控制信号HS、VS确定数据在存储器中的存储位置,最多可存8×16×32个字节。此外,BHL2000的输出行、场控制信号HCLK和CLR确定取数位置,在读出时钟CLK控制下进行灰度调制,输出脉宽信号O0-O15,从而驱动LED显示屏[9]。
2 软件设计
设计的主要原理是在逐行扫描信号的驱动下,在每次行扫描信号来临时,送出8位的列数据,电机每旋转2° 的时间内,FPGA一直扫描同一幅切面图像数据,然后每旋转两度后就刷新扫描另一幅切面图像数据,值得注意的是,每一行扫描信号后面要加一个消隐信号,即再显示下一行数据时要把前一行LED灯关掉,否则会产生串扰,图5所示即为加消隐信号后的16个行扫描信号。
3 分析与讨论
本文根据人眼所具有的视觉暂留特性及LED高速发光特性实现了一套基于旋转24×16二维LED屏,具有69 120个体像素,空间尺寸为Ø94.4mm×66.8 mm的体三维显示系统。从对此系统中的三维数据获取、数据的无线传输、电机旋转角度值的获取以及LED屏的寻址驱动电路等模块的分析和讨论来看,本系统具有可行性高、技术实现容易、系统简单和便于控制等特点。图6所示为根据本系统显示的“茶壶”,从图中可以看出显示的三维效果。
当然,从图中也可以看出本系统的LED阵列尺寸还比较小,LED灯排列还不够密,其横向和纵向间距为4.2 mm。此外,本系统也存在数据传输速度限制、不能实时显示以及亮度均匀性控制等问题,但这同时也为以后实现更高质量的三维显示提供了努力的方向。体三维显示也将在包括科学可视化、虚拟现实、数字娱乐、空中交通控制、核磁共振成像、三维流体分析在内的很多领域有着广泛的应用前景。
参考文献
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led显示系统设计方案 篇8
【关键词】LED；点阵；智能式；89C51单片机
0.概述
LED大屏幕显示系统是一种集计算机科学技术、通信技术、影像技术和电子技术等科技含量高产品。大屏幕智能显示屏使用计算机控制技术，将光、电融合为一体的大屏幕智能显示屏已经应用到许多行业和领域，具有良好的前景。
此设计在LED大屏幕显示系统的基础上，开发研制的智能式LED电子显示屏，具有以下特点：
（1）对屏幕的温度进行实时监控、检测、控制，并通过LED显示屏显示出来。DS1820测量的温度范围是-55℃-+125℃，分辨率为0.5℃，测量误差很小。
（2）能产生高精度的时钟信号。系统使用的时钟芯片DS12887能提供恒定的时间和精准的定时功能，也可进行报警中断。
（3）本系统集时间、图形、汉字、温度等内容为一体，显示内容多，而且可以进行智能化控制，实现了人机对话。
1.总体设计
总体设计主要分为两大部分：系统硬件设计部分和软件设计部分。
1.1系统硬件设计
该系统主要是由控制系统、温度采集系统、时钟产生、显示驱动电路等四部分组成，系统方框图见图1所示。
图1 系统方框图
1.1.1系统控制
此控制系统是由AT89C51、2764、74LS154、74HC595、74LS373、7279A、MAX232等芯片组成。
显示缓冲区采用2764。在显示缓冲区RAM中，取出相应显示数据或图形信息，进行信息的动态显示。保证了单片机控制系统运行的可靠性。
MAX232被用作进行串行通讯，它与上位机（即计算机）进行直接通讯，实时接收计算机发送来的控制信息和显示数据。
键盘电路选用智能控制芯片HD7279A，它通过串行方式与主机接口连接，占用的数据线少，节省了主机端口，而且它的附加器件很少，编程较容易。
1.1.2温度采集
本系统采用单线多点温度采集电路进行温度检测，采用Dallas公司生产的数字温度传感器，具有独特的单线接口，可将温度直接转变为数字量读出。采用该数字温度传感器进行设计能够省去A/D转换电路、放大电路，具有很高的性价比。
1.1.3时钟产生
在MCS-51系列单片机中，通过两个记数定时器能够实现时钟系统，由于它的计时精度一般，为了得到高精度时钟控制，我们选用功能更强大，价格较便宜，编程简单的实时时钟芯片DS12887。
1.1.4显示驱动
本系统采用逐行扫描列驱动的方式，74HC595是串行输入并行输出的移位寄存器。每块芯片可以锁存驱动八个发光二极管。驱动电路采用三极管放大电路，驱动电路如图2。
图2 驱动电路
1.2软件部分
此系统扫描方式采用动态扫描，每屏能显示八个汉字、温度信息、图像和时间等。
一开机首先进行单片机的初始化，DS1820进行温度转换，设置数据缓冲区、串行口的工作方式，允许进行串行通讯，预备从串行口接收待显示数据。
在显示子程序中，单片机对将要显示的汉字进行编号，查找到显示汉字的首地址，然后传输32个字节，完成一个汉字的显示过程。通过循環方式可以显示所有需要显示的汉字。温度信息的显示、时钟信息的显示均采用同一原理。
在常用显示技术中，大多是将所需要显示的字符、符号以及汉字等以点阵的形式存放在系统的程序存储器中，需要显示时再从程序存储器中调用。这种显示方法存在很大的缺点，如果显示的汉字内容比较多的时候，每一个汉字就需要32个字节，不但程序存储器的容量不够大，而且就输入每个汉字的点阵码，也是一件非常繁琐的事情。此外，在软件上设计起来也是非常麻烦。
采用逐行扫描的方式显示汉字，需要循环扫描每一个字的时间要长，只有这样才能让人们看清楚每一个汉字，在显示汉字时才会稳定的感觉。
2.实际制作中的一些难题
最初由于驱动电路设计不够合理，使得点亮LED时，驱动电流太小，每一个LED发光二极管的亮度极低，看不清楚显示的汉字。这主要是由于LED的发光亮度基本上正比于电流强度，而多数LED发光二极管的电流范围在5mA～20mA之间，因此，我们改动了驱动电路，增大了驱动电流，使发光二极管达到理想的亮度。
在本系统中，为了使LED发光二极管达到最佳的亮度，我们通过实验进行了实验值与理论值的对比，以使其达到最佳亮度。对于发光二极管的实际发光电流一般在5mA～20mA左右，但是在用三极管进行驱动的时候，使用一个滑动变阻器进行电流测试，当变阻器的阻值在40Ω左右时，用万压表测量电流，检测显示电流竟达到48mA，但是二极管仍然没有被烧坏。这是因为在动态显示时，尽管电流很大，但是每次导通的时间都很短，所以二极管在短时间内不会被烧坏。这样电流加大后，亮度大大提高。
由于LED的响应时间很短，在采用动态驱动时就必须考虑时间问题。由于没有余辉时间可利用，只有提高扫描频率来适应人的视觉特性。一般说来，发光二极管在每秒钟内能够亮25次以上，人眼就不会感觉到有闪烁，这时的画面给人的感觉是稳定的。在本系统里，每一个发光二极管每秒钟能够亮50次。
3.结束语
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