超长LED显示屏

2024-06-09

超长LED显示屏（精选7篇）

超长LED显示屏篇1

0 引言

当前现实生活中，LED显示屏在城市亮化、广告、信息发布等方面的应用有目共睹，已然成为城市中一道亮丽的风景。LED显示屏的物理尺寸形状多样，都是由各种尺寸单元板级联构成，随着技术的发展和应用需求，如何实时控制超长LED显示屏成为一个越来越引起注目的研究课题。对超长LED显示屏的实时控制要解决两个问题：一是提高LED显示屏单元板上串行移位脉冲速度；二是在修改数据时不影响显示屏正常显示。控制系统的通常做法是采用ARM+FPGA+大容量并行RAM电路结构，同时将并行RAM的读信号作为LED显示屏单元板上串行移位寄存器的串行移位脉冲。并行RAM基本结构是“地址线+数据线+读/写信号+片选”，想要达到移位一次显示数据需要并行RAM：地址加1和读显示数据。存储器RAM内保存的是显示数据，既要写入修改数据，又要不断地读出数据至LED显示屏，这2个操作非常频繁并且不能同时操作。解决这个矛盾的传统做法是在行数据输出间隔时间内预留一部分时间用于修改显示数据，这样势必会影响驱动LED显示屏的长度。基于SPI接口的串行RAM的操作时序，可以方便地将上述两个步骤合为一个步骤，提高了显示数据的输出速度，增加了驱动LED显示屏的长度。同时，串行RAM引脚少，电路布线少，降低了系统设计的复杂性，简化了双RAM设计的难度。

23LC1024是Microchip（美国微芯科技公司）2012年8月推出的串行SRAM芯片，该芯片通过4路SPI(SQI）协议可实现高达80 Mb/s的读/写速度，足以满足LED显示屏数据移位时钟的需要。本文在研究分析该芯片特点的基础上，提出一种显示数据以DMA方式高速输出、同步刷新及异步修改的超长LED显示屏控制系统。下面分几步对该控制系统的设计理念、电路设计及实测结果进行介绍。

1 串行SRAM芯片23LC1024工作时序

23LC1024芯片有8个引脚，引脚定义见图1。

通过设置可以使该芯片工作于传统的SPI模式、SDI（双SPI）模式或SQI(4路SPI）模式。图2为23LC1024工作于SQI模式的单字节读/写时序，读/写时序表明：除了命令字和读操作时有两个空周期不同外，所有读/写操作均在主机SCK脉冲驱动下完成。23LC1024的数据输入（写）发生在主机SCK时钟上升沿，而数据的输出（读）发生在主机SCK时钟的下降沿。

图3为23LC1024连续多字节读/写时序，其中C1,C0分别为命令字高、低半个字节，例如：读命令字0x03其C1=0x0,C0=0x3。24位地址A5～A0、数据H0,L0均对应8位字节的高、低半个字节（4位）。23LC1024串行RAM的SQI字节读/写时序看似烦琐，但却解决了一个根本问题：在片选、命令字、读/写地址给定的条件下，每送一个SCK脉冲完成一次半字节（4位）数据读/写，如果2片23LC1024“并联”使用，可等效8位并行RAM的读/写，4片、8片“并联”使用可等效16,32位并行RAM的读/写。对“并联”后的23LC1024读/写只需一个步骤，就是主机输出一个SCK脉冲。当输出数据的长度达到（LED显示的水平方向点数）1 024,2 048,4 096或更长时，前面送命令、地址所花的时间均可忽略不计。如果输出数据的SCK脉冲由ARM芯片的SPI＿SCK采用DMA信号产生，其显示数据的平均输出速率快且不占用CPU处理时间，这正是本文超长LED显示屏控制系统的设计理念。

2 控制系统硬件电路

在对超长屏实时控制时，由于保存在RAM中的显示数据不断送至LED显示屏，RAM被长时间占用，留给CPU修改RAM数据的时间不足。本文提出双RAM系统，RAM1与MCU连接，在显示数据不修改的情况下，RAM2保存有和RAM1一致的数据，采用DMA方式将RAM2的显示数据送至LED显示屏。在显示内容变化时，修改RAM1中的数据，然后将RAM1的数据送至LED显示屏，同时也数据同步备份至RAM2。根据这个思路，控制系统硬件电路有两组RAM、用于切换的逻辑转换电路和驱动电路，电路如图4所示。

将U1和U3拼成8位的串行RAM1,U2和U4拼成8位的串行RAM2。通过对RAM1,RAM2,U5,U6引脚的逻辑控制，控制系统可以使RAM1和RAM2处在不同状态，达到预设的功能。

当U5关断时，RAM1,RAM2的数据口和控制引脚完全隔离，没有冲突，MCU可以单独对RAM1和RAM2进行读/写操作，如图5(a）所示。

当U5,U6关断，CPU可以读/写RAM1,RAM2，通过08接口和LED显示屏相连，如图5(b）所示。当U5选通，U6关断时，RAM1和RAM2相互连接，可以进行数据交换，如图5(c）所示。当U5选通，U6关断时，控制08接口的RCK信号和RAM1和RAM2的读/写信号，可以将RAM1的数据同时送至RAM2和LED显示屏，如图5(d）所示。在显示屏不修改的情况下，每行数据的处理流程是先按图5(a）模式分别设置RAM1和RAM2的地址，然后按图5(b）所示输出显示数据。由于RAM2至LED显示屏的数据是采用DMA方式输出，不需要占用CPU，所以CPU的主要任务是修改RAM1中的显示数据。RAM2显示完一串数据后，如果RAM1中的显示数据有修改，则需要按图5(d）输出显示数据，在行数据输出时，也是先设置RAM1和RAM2的地址，再读RAM1，将数据输出至LED显示屏和RAM2，行数据输出时序如图6所示。

一串数据结束后，再切换到图5(b）模式工作，直至新的修改内容出现。

3 应用实例及测试结果

由于教学科研需要建一个以Φ3.75,1 16扫描3 712×256双色LED实时控制显示屏，LED显示屏体采用464块64×32双色单元板级联，主要用于表示各种设备的运行状态。图7为其电路原理框图。

该系统核心采用1片LQFP144脚的ARM芯片STM23F103ZE，使用PF0～15、PG0～15两个16位端口（4个8位口）作RAM1的命令、地址及数据口，用PE0～7口给RAM2旁路送命令字和地址，用PD口的I/O做片选、时钟及245选通控制线，DMA时钟由PA5(SPI1＿SCK）提供。08接口的245驱动、通信及FLASH存储部分鉴于篇幅限制省略。通过分析图7应用实例电路可以得到以下几点结论：

(1）使用SQI串行RAM，使连续顺序输出数据的速度大幅提高。

(2）最大限度地降低CPU在输送数据中所占用的时间，CPU主要用于数据接收和修改。

(3)SQI串行RAM命令、地址及数据复用4条I/O线，使占用CPU的I/O口数量减少。

(4）当LED显示屏垂直方向扩展时只需增加数据口和模块数量，系统扩展非常方便。

(5）该控制系统更新速度快，特别适用于实时控制的LED显示屏。

(6）与并行RAM相比，随机访问时需要拼凑命令字、地址及数据，读/写速度较慢。

硬件控制系统经两次改进已经定型，在调试过程中发现系统软件也有很多地方可以优化。例如在如图7时序刷新时RAM1,RAM2除读/写控制字低4位和空操作不同外，其余部分完全一致，所以图7时序可改进为读/写控制字低4位和空周期RAM1,RAM2异步操作，其余部分RAM1,RAM2同步操作。除DMA传输外，RAM1,RAM2送读/写控制字、地址及空操作部分所占用的时间为7.27μs，对于1 000μs的行扫描时间可以忽略不计，实验发现最后的输出速度主要是受LED单元板最大速度的限制，一般至少要将ARM的SPI＿SCK时钟4分频后才可正常显示。所以本控制系统在1 16扫描的情况下，输出的屏长理论上可达到16 384点，屏的高度只会影响数据修改的速度，没有多大关系。

经测试后，显示屏显示正常，没有抖动情况，使用逻辑分析仪测试其刷新率，如图8(a）所示，信号A的电平宽度代表显示一行所需要的时间，其宽度为1.000 11 ms，显示一帧的时间为16×1.000 11 ms=16 ms，所以LED显示屏的刷新率为1 16 ms=62.5 Hz，满足正常显示要求。分析一行数据输出的SCK信号，如图8(b）所示，信号前序部分为RAM1、RAM2送读/写控制字、地址及空操作部分，所占用的时间为7.27μs，后续部分为3 712个SCK周期信号，所用时间为412μs,SCK电平变换时间仅为55 ns。根据SCK时钟输出速度，8 192个SCK周期的时间为8 192×55×2 ns=0.911 ms，该时间小于1行所需时间宽度；因此，控制卡控制LED显示屏的长度可以达到8 192点。

4 结语

在控制系统研制过程中发现，传统的SPI总线串行FLASH产品非常多，而串行RAM却很少，SQI串行RAM产品只有Microchip在产，其他只有ON Semiconductor与23LC1024同类产品N01S830HA仅见于新品目录，如果有8,16线串行RAM芯片用于控制系统设计将大大提升单块控制卡控制LED显示屏区域的大小，本文虽以控制双色LED屏为例，实际只加一个接口转换板就可驱动全彩LED屏。控制系统中RAM1、RAM2也可看成一个大容量的“双端口RAM”，正常时分别工作，刷新时同步工作。关于该控制系统改进有待进一步研究与实验。

超长LED显示屏篇2

关键词：电磁环境,超长,LED显示屏

LED显示屏融合了微电子技术、计算机技术、信息处理技术,其动态范围广、亮度高、寿命长、工作稳定可靠,广泛应用于商业传媒、信息传播、新闻发布等,发展前景非常广阔,并正朝着高耐气候性、高发光密度、高发光均匀性及全色化方向发展。

本文介绍的超长LED显示屏,长8.3 m,高0.9 m,对信息的同步性、稳定性要求高,置于一个大型的视频设备实验室中,实验室有几十台敞开式的精密视频实验设备,还有大量的精密测量仪器,包括数字示波器、信号发生器、交流毫伏表、频谱分析仪等,电磁环境异常复杂。实验证明,如果不采取适当的措施,此超长的LED显示屏点亮时会对实验室的电子仪器设备带来明显的干扰,如在显示屏与实验装置距离0.5 m测试,视频实验设备的屏幕会强烈晃动,行电流在0.1～0.9 A之间变动,示波器及交流毫伏表都感应出明显的干扰信号。同时,尽管不是很明显,实验装置的电磁辐射对显示屏工作的稳定性也有影响。

电磁兼容性(EMC)是指系统在电磁环境中能够正常工作且不对该环境中的设备构成不能承受的电磁干扰的能力。国家EMC标准要求,显示屏的电磁辐射应满足GB/T19954.1—2005的要求,抗扰度应满足GB/T19954.2—2005的要求,显示屏在3C认证中,认证机构大都采用GB9254标准[1],该标准要求A级设备的主要限值为:30～230 MHz 40 dB(μV/m)10 m;230～1 000 MHz 47 dB(μV/m)10 m。如果在系统设计中未考虑EMC的要求,则不可能符合3C标准的要求。

本显示屏长8.3 m(含连接边框),属于超长显示屏,存在数据延迟的问题,如显示屏水平方向需要32块单元模组,每块单元模组串接了8块移位锁存器74HC595。74HC595单个芯片的延迟时间为20 ns,则信号在显示屏单元板中沿水平方向的延迟时间为8×32块×20 ns=5.12 μs[2]。因此,为了满足系统的动态要求,在系统的设计中,需要注意选择高性能的器件,适当改变LED显示屏单元板排列的方式,通过软硬结合的方法提高控制系统性能。

1 系统的总体设计

1.1 系统硬件结构设计

本系统设计重点解决两个问题,一个是超长显示屏信息的同步性问题,另一个是复杂电磁环境下的EMC问题。超长LED显示屏数据输出速度慢,实验表明,如控制系统采用89C51单片机作为微处理器,在系统的刷新率、同步性及控制的灵活性方面很难达到要求。本系统的控制卡以NXP公司的ARM7芯片LPC2220FBD144为核心,该芯片指令和数据共用一条32位总线,采用3级流水线,内嵌256 kbyte的高速闪烁存储器,其指令最短周期可以达到17 ns,芯片处理能力强并且速度快、功耗低、资源配置灵活,非常适用于处理显示屏数据。系统扩展ISSI公司的IS62L内存和M29W160EB存储器,M29W160EB是16 Mbit的闪存,共有35个存储器块,系统数据输出以DMA方式完成,实现了超长LED显示屏的高速刷新。

系统使用了120块显示屏单元,拼接成24×5的结构,显示屏单元每块长31.8 cm,高15.8 cm,整个显示屏长为7.6 m,高为0.8 m。为了满足此超长显示屏的高同步性要求,采用了2块控制卡,一块同步卡,其示意图如图1所示。

文献[2]介绍了一种超长LED显示屏的驱动方式,其特点是将显示屏2和控制卡2作为一个整体,以中心为原点旋转180°,然后将控制卡1、控制卡2及同步控制卡合并为一个控制卡,如图2所示。这样控制卡的位置与显示屏1和显示屏2的连接距离均为0,消除了在频率大于1 MHz时,长距离线间电容对信号衰减的影响,只要妥当处理水平移动时的数据组织和数据输出方式,就能最大限度地保证超长LED显示屏数据的双向高速输出。这种驱动方式也非常适应于本系统,但基于简洁性及成本的考虑,本系统并未采用。

1.2 系统安装及EMC设计

显示屏置于一个复杂的电磁干扰环境下,在其放置的实验室中,有几十台电路板敞开式的视频实验设备,有大功率的三相电源及大量的测试仪器设备,电磁干扰的频谱很复杂,覆盖了工频、射频及微波。此复杂的电磁环境对显示屏数据的传输及正常显示有一定的影响,但是影响并不明显,因为显示屏具有高速刷新的能力,其抗干扰的能力比较强。但是显示屏本身的电磁辐射对实验室仪器设备的干扰很大,其箱体的电磁辐射主要集中在30～1 000 MHz频段,在30～400 MHz特别明显。实测证明,显示屏的电磁辐射主要来自于具有高速IC芯片的控制卡、扁平电缆及插接件、电源等,并且显示屏箱体内电磁辐射远大于显示屏正面的电磁辐射。

本显示屏的箱体外框使用铝合金制作,中间使用了45#钢板制成的加强筋,背面使用铝塑板密封,构成一个严密的屏蔽体。安装时显示屏之间的缝隙尽量小,显示屏的前面有金属网格屏蔽层,在显示屏的左右两侧留出散热孔,并安装有散热风扇。电源系统的功率因数校正器置于显示屏的右侧,这主要是基于散热及维护的便利性考虑,15个电源模块均布在显示屏的中部,每个电源模块都有金属屏蔽外壳,电源线从顶部平直拉过,使得电源支线尽量短。在控制卡、同步卡及转接卡上安装有金属屏蔽罩,信号连接线尽量短,对于确实需要的长信号线,尽量使两端的阻抗匹配,减小信号反射产生波形畸变,形成驻波而产生电磁辐射。在信号线上使用铁氧体磁环对高频共模干扰电流进行滤波,因为共模电流的存在是导致辐射过大的主要因素,铁氧体磁环的选择要结合其插入损耗随频率变化的曲线选择效果才会好[3]。

显示屏箱体的金属接缝处尽量搭接良好,使搭接电阻尽可能小,特别是箱体的后盖与箱体要尽可能连接紧密,确保整个箱体外壳和大地等电位,才能具有较好的屏蔽效果。另外,电源的传导干扰不能忽略,采用了改进的拓扑结构,在下一节讨论。

2 显示屏单元的选用

显示屏单元选用P10模组,P10模组比较成熟可靠,每块模组有16行,32列,共512个发光二极管,使用的驱动芯片有74HC595,74HC245/244,74HC138,4953等,电路框图如图3所示。

74HC245是信号功率放大芯片,显示屏是由多块单元板串接而成的,而控制信号比较弱,在信号传递过程中需要进行功率放大。74HC138是译码器,用来选择显示行,单元板上有2块74HC138,这样就可以在16行中选择1行显示。P10模组上有16片74HC595,它是8位移位锁存器,用于驱动显示列,有些模组使用TB62726代替74HC595,一片TB62726可以驱动16列;4953是行驱动管,每一显示行需要的电流比较大,要使用行驱动管,每片4953可以驱动2个显示行。

3 显示屏模组供电的拓扑设计

电磁兼容、低能耗、散热、防水等是LED显示屏设计要考虑的重要内容,大型LED显示屏耗能大,随着显示内容的变换,电流动态变化范围大,本系统使用单相电源供电。据实测,在显示屏静态显示一行文字以及满屏显示时,其供电电流在2～19 A变化。如显示屏模组由不带PFC矫正的开关电源供电,会产生严重的谐波失真,波形畸变严重,影响电网的供电质量,干扰实验室中其他仪器设备的正常工作。LED显示屏系统对供电网络的影响主要是第3次、第5次、第7次、第9次、第11次谐波电流,谐波叠加后,造成系统综合功率因素低下,通常低于0.75,远远低于国家标准的要求[4]。与本显示屏连接同一电网的敏感电子仪器众多,为了满足EMC的要求,参考文献[4]介绍了新型LED显示模组供电拓扑,设计此超长显示屏的供电体系,其原理如图4所示。

NCP1653是集成功率因数校正(PFC)芯片,采用独特的校正技术,使PFC电路的输入阻抗保持恒定,从而使PFC电路的输入电流与输入电压成正比,只需连接少量的外围器件,就能实现电路的PFC控制。PFC模块的具体电路已经比较成熟,主要由芯片NCP1653、开关器件、升压电感器、升压二极管、输出滤波电容及反馈环路组成,电路在90～260 V宽输入电压范围内得到400 V的稳定直流电压输出,功率因数接近1,谐波畸变很小。控制板及显示屏的电源模块实现DC—DC变换,可以使用基于NCP1207的开关电源实现。此供电拓扑结构通过有源功率因数校正器将DC—DC变换与电网隔离,并进行了PFC有源校正,对电网无谐波干扰,同时显示屏内部电源总线采用400 V直流电压传输,减少了传输损耗。

4 系统测试

系统经过长时间的运行,在复杂的电磁环境下显示正常,动态特性良好,对电网无谐波干扰,对周围的精密电子仪器设备无干扰,利用电磁波辐射测试仪检测电磁泄漏,相关数据如表1所示。需要注意的是,在复杂的电磁环境下,检测出的数值是环境中综合影响的结果。

5 分析与讨论

超长LED显示屏数据输出速度慢,可以从合理组织数据和提升硬件性能两方面解决,方案一是将显示数据按输出顺序连续排列在存储器中,由控制电路将数据以DMA方式直接输出,并利用单片机的扩展功能自动产生移位时钟,结合软件优化实现显示数据的高速输出,可以实现超长显示屏高刷新频率的要求[5]。方案二是提高硬件电路的频率特性,当然可以改善动态特性,但会增加电磁干扰,改变显示屏单元板的排列方式,使用新的超长显示屏控制系统驱动方式是一种思路,但并未成熟,有关双向超长LED显示屏控制系统的数据组织和硬件实现方法等,都有待进一步研究和探索。

显示屏的显示驱动、开关电源、信号处理等电路存在大量的脉冲信号,如数据、时钟、锁存、亮度控制等信号,这种高频脉冲信号具有丰富的高次谐波,是产生电磁辐射的激励源,特别是时钟信号占空比为50%的方波,其第3,5次谐波的能量很高,是电磁辐射的重要来源。从抑制电磁辐射的角度考虑,激励源的脉冲频谱不能太宽,降低脉冲频率及不片面追求使用高速电路,对于抑制电磁辐射是有利的[6]。显示屏内部大量电缆、连接件及PCB电路板上的布线构成了辐射器,尤其在满足特定条件时辐射效率会增加。从实际的检测结果看,无论是电源电缆还是信号电缆,都会产生强烈的辐射,构成环天线辐射和单极天线辐射,特别是电源电缆产生的低频干扰不能忽视,当距离电源线小于40 mm时,电磁辐射的场强会大于2 000 V/m。信号电缆可以利用屏蔽线、添加铁氧体磁环、缩小长度加以抑制,电源电缆的辐射在必要时可以加装滤波器加以抑制。

显示屏的传导干扰主要通过电源线传播,可以通过电网把干扰传播到非常广的范围。测量表明,传导干扰的频率最高为几十兆赫兹,因为当频率升高时,导体损耗、布线电感及分布电容使传导电流大大衰减[7]。接地是抑制干扰的有效手段,从以上的测试可知,系统有无接地其电磁辐射的数值相差很大,如果系统没有接地,显示屏的边框、加强筋、电源板的屏蔽外壳都变成了发射天线,电磁泄漏很强,特别要注意的是显示屏箱体不能有突出的金属物体,这会大大增强电磁辐射。另外,显示屏电路的工作频率一般高于10 MHz,应采用多点网状的接地方式,地线应连接到最近的低阻抗地线排,地线排一般使用与机壳相连的扁粗金属导体,其感抗很小,效果比较好。

6 小结

设计与制作了一套在复杂电磁环境下工作的超长LED显示屏,系统工作稳定、正常,其动态特性、电磁干扰等指标符合设计要求,并且性价比高,对超长显示屏的实现以及其在复杂电磁环境下的电磁兼容性进行了有成效的研究。显示屏技术及电磁兼容理论不断发展,有很多相关的技术问题还有待进一步研究,如电磁兼容模型、电磁兼容预测、超长冷媒显示屏在复杂电磁环境下的应用等。

参考文献

[1]GB9254—2008,信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法[S].2008.

[2]靳桅,李骐,邬芝权.超长LED显示屏驱动方式研究[J].电视技术,2009,33(2):23-25.

[3]邱荣邦.LED显示屏电磁辐射干扰的形成与抑制[J].现代显示,2008(87):221-224.

[4]任兴业.一种新型LED显示模组供电拓扑[J].电子设计工程,2010,18(8):157-161.

[5]刘全,靳桅.超长LED显示屏控制系统的实现[J].液晶与显示,2008,23(6):744-750.

[6]陆荣庆.LED显示屏电磁兼容(EMC)探讨[C]//2008全国LED显示应用技术交流暨产业发展研讨会论文集.北京:[s.n.],2008:27-30.

LED显示屏发展综述篇3

1 LED显示屏

LED显示屏是利用若干个发光二极管构成像素点阵,通过一定的控制方式,用于显示图文或视频等各种信息的显示屏幕。

LED显示屏按使用环境分为室内LED显示屏和室外LED显示屏,室内显示屏美观、亮度适中、点密度较高,观看距离近;而室外显示屏亮度高、防护等级高、防水和抗紫外线能力强,观看距离远。

LED显示屏按照显示颜色分为单基色屏、双基色屏和三基色屏(全彩色屏),其中,单基色屏只由一种红色的LED灯组成,显示文字及简单图案为主;双基色屏由红色和绿色LED灯组成,主要显示标语,公益广告及形象宣传信息;三基色屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成,可以显示较为真实的图像。

LED显示屏按照显示功能分为LED图文显示屏和LED视频显示屏,LED图文显示屏可以显示文字、图像等静态信息。LED视频显示屏可以显示视频、动画等各种动态信息。

2 LED显示屏发展历程

LED显示屏在LED产业中发展比较早,技术也比较成熟,其发展大致经历了三个阶段:

(1) LED显示屏的成长形成时期。在八十年代后期到九十年代期间,由于受LED器件材料的限制和显示屏控制技术的发展,国内很少,但国外应用广泛,产品以红、绿双基色为主,产品成本高。

(2) LED显示屏迅速发展时期。在1990-1995年,新的LED材料和LED显示屏控制技术不断推出,出现了蓝色和绿色高亮度发光管,使得全彩色LED显示屏进入市场,这一阶段,LED显示屏行业发展迅速,成为平板显示领域的主流。

(3) LED显示屏发展稳步提高和产业格局调整完善的时期。1995年以来,相继出现中小规模企业,随之而来的就是激烈的市场竞争,产品价格随之下降,应用领域也越来越广泛,人们的目光不再停留在价格上,而是更加关注产品质量、系统的可靠性。

3 LED显示屏的发展趋势

随着信息化技术和半导体技术的发展,LED显示屏向更高亮度、全彩化、更高的可靠性、多媒体方向发展,LED显示屏已成为平板显示的主流产品,在信息显示领域,其优势也是显而易见。

3.1 标准化、规范化

随LED显示屏技术的发展,标准化和规范化是LED显示屏的发展趋势。由于市场竞争的激烈,价格不再是主要竞争因素,产品质量和系统的可靠性越来越受到人们的广泛关注,这就对LED显示屏的标准化和规范化要求更高了。

3.2 高亮度化、全彩化

随着半导体技术的发展,出现了超高亮度的蓝色及绿色LED产品,由于其成本逐年下降,随之也降低了LED全彩色显示屏产品成本,全彩色屏得以迅速推广,全彩色屏得应用在户外成为可能。同时,由于LED显示屏控制技术的不断发展,显示屏体稳定性不断提高,LED全彩色显示屏的图像效果较理想,而且图像彩色更丰富,画面更细腻。

3.3 产品结构多样化

随着信息化社会的发展,大型或超大型LED显示屏为主流产品的局面将会发生改变,小型LED显示屏会有很大的发展空间,面向信息服务领域的LED显示屏产品种类更加丰富,功能更加综合化,如停车场、餐饮、医院、售票厅等许多潜在市场需求和显示屏需求量增加,发展前景一片光明。

4 LED显示屏市场前景

LED显示屏是一种由计算机技术、信息处理技术、电子技术、光学及色度学等高新技术相结合的电子显示器。它具有亮度高、功耗低、性价比高、使用寿命长、性能稳定等特点,超大尺寸、超高亮度的全彩显示屏成为街头、商业广场、公园、高大建筑、购物中心商业广告的重要选择。

LED全彩色显示屏显示内容更生动、更清晰、更丰富,可以满足个性化需求,未来将逐步成为LE3D显示屏的主流产品。目前,LED显示屏技术已经成熟,产品质量日趋完美,价格不断降低,全彩屏正以一种前所未有的速度在普及和推广,具有非常诱人的发展前景。

5 LED显示屏未来发展方向

虽然目前的LED电子显示屏需求已经接近饱和状态,但是随着新的显示屏种类的研发,以及新的市场需求和应用环境的拓展,这对于国内LED显示屏市场明显是一个新的机遇,同时也是一个挑战;另一方面也会加剧一些中小LED显示屏厂家的转型或者淘汰,有实力的LED显示屏厂家能够凭借自己雄厚的资金力量和技术优势迅速发展起来。其实国内LED显示屏市场还处于增长趋势,其应用领域将向3D、智能化、监控市场等高端LED电子显示屏市场方向发展。

6 结语

LED显示屏凭借其独有的优势在很多领域得到广泛的应用,随着信息化技术和半导体技术的发展,使得全彩色LED显示屏在户外应用成为可能,随着全彩色LED显示屏的性价比提升,全彩显示屏拥有无可比拟的市场优势,未来LED显示屏将从传统的市场向智能化、监控市场等方向发展。

参考文献

[1]何健.学校班级LED显示屏控制系统设计[D].南昌大学.2012.12.

[2]万东.大型LED显示屏系统的设计与实现[D].天津大学.2007.12.

[3]关积珍.对LED显示屏发展的回顾与展望.现代显示.2005.7.

四字LED点阵显示屏的制作篇4

一、显示汉字原理

我们以UCDOS中文宋体“大”字库为例, 如图1所示。每一个字由16行16列的点阵组成显示。即国标汉字库中的每一个字均由256点阵来表示。我们可以把每一个点理解为一个像素, 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256像素的图片。

图2是8×8点阵的原理图。其实就是64个发光二极管, 以8×8矩阵的形式连接在一起, 要完整显示一个汉字需要256个像素点, 所以要四块8×8点阵拼起来用, 变成16×16个点。其点阵显示的原理是将51单片机的P0 P2口接点阵的16个行, 然后第0列送高电平, 单片机是低电平有效, 也就是说现在P0 P2的16个口中那个口有低电平, 其相应的LED亮, 现在还以“大”为例P0口送11011111, P2口送11111111既P0=0xdf, P2=0xff, 然后延时一段时间, 关闭第0列, 打开第1列, 既送高电平, 此时P0=0xdf, P2=0xbf, 再延时一段时间……一直到16列送完, 再重复从第0列循环。利用人眼的视觉暂留效应, 感觉显示的是稳定的汉字。

二、采用行扫描列送数方式

我们在这里采用行扫描列送数的方式 (如图3所示) , 有点阵的行线接在一起, 变成了16根行线, 扫描16根行线达到整屏扫描的效果, 硬件可以采用4线—16线译码器74LS154, 代替P0、P2的循环扫描, 由于笔者手头没有74LS154故采用两个3线——8线的译码器74LS138串接实现, 如图4所示。

行扫描共用五根线实现 (A、B、C、D和使能端G1) , 其中D为第一块138的E3和第二块138的E1并接, G1为第一块138的E2和第二块138的E2并接, (低电平有效) 。

列上我们用串口转并口的移位寄存器, 可以达到用一根线就可以实现数据的传输, 这在硬件上无疑是非常经济的。这样各行的显示就分成了两部分既数据的传输和数据显示。但是串行传输缺点就是慢, 需等待数据传送完成, 才打开相应的行, 为解决串行传输中列数据传输和显示时间的矛盾问题, 可以采用重叠的方法。即显示一行数据的同时送下一行的数据。这样硬件就需要有锁存的功能。经上述分析, 列储存器应具备两种功能:一是串入并出的移位功能, 二是具有并行锁存的功能。所以笔者采用了具有串入并出并带有锁存的移位寄存器74LS595。这样, 本行的显示数据打入锁存器显示时, 串口寄存器就开始下一行的数据的移位, 从而不会影响本行的显示时间, 大大的提高了显示的亮度。

三、硬件选择

主控芯片选择的是STC89C52单片机, 内部带有8k的储存储存空间, 采用12MHz的晶振, 提高刷新频率, 使显示更加稳定。同时采用P2^0～P2^3做行循环扫描, P2^7为译码器的使能端, P1^5为发数控制信号, TXD为移位脉冲输出端, RXD为显示数据输出端, P0、P2暂时空闲, 用于扩展系统ROM和RAM。显示原理图如图5 (仅参考并非真实电路图) 。

主要元器件的选择:行扫描芯片为两块74LS138, 移位寄存器为74LS595, 晶振为12MHz, 点阵限流电阻为470Ω (改变大小可改变屏的亮度) , 行驱动三极管为8550。

四、软件设计

软件流程图如图6所示。

软件的设计主要由主程序, 初始化子程序, 中断扫描子程序, 显示程序等组成。C语言由于具有移植性强, 可以实现复杂运算, 函数化结构, 可以直接进行位运算, 非常适合初学者学习等优点。所以本程序采用C语言编写。在KEIL 51环境下调试, PROTEUS下仿真。

部分程序解释如下:

初始化程序:

左移显示程序:

中断扫描程序:

程序仿真效果图如图7所示。

注:由于点阵的接线用了网络标号, 所以屏中出现了八条红色的竖线, 影响了仿真效果。

五、硬件的焊接与调试

显示部分采用一块带驱动电路, 主控板一块, 显示板由于线路复杂、接线多、所以采用双面布线

主控板其实就一个STC89C52的单片机, 外接最小系统 (晶振和复位) , 并引出九根线控制线。比较简单, 这里采用万能实验板制作, 如图9所示。显示结果如图10所示。

结束语

超长LED显示屏篇5

LED显示屏在当今的社会生活中随处可见, 尤其在夜晚, 环境黑暗的情况下, 显示屏除了提供显示信息功能, 还不能让人们感觉太刺眼, 影响视线或交通。白天, 随着环境亮度的增强, 显示屏的亮度也需要增强, 才能达到好的显示效果。根据这种现实情况, 需要LED显示屏能够根据周围环境亮度, 进行自身显示亮度的自动调节。下文通过简要框图及示意代码, 阐述了LED显示屏亮度自动调节功能是如何实现的。

硬件实现框图

硬件实现原理概述

光敏电阻的阻值, 随着光照的强弱而改变。因此, 可用它结合其它阻容、放大等电路, 生成调理电路, 实现对可见光强度的检测。调理电路输出的电压模拟值, 输入到ARM芯片的A/D转换接口, 经过ARM芯片 (LPC2478) 内部的A/D转换电路, 进行A/D转换。ARM芯片根据A/D转换的数值, 及亮度等级要求, 通过相应的算法, 决定PWM的占空比。ARM芯片的PWM输出, 控制LED显示屏驱动芯片的输出使能端, 不同的PWM占空比, 使得各个LED像素点在扫描周期内, 点亮与熄灭的时间不同, 点亮时间越长, 显示屏的亮度越高。从而达到根据环境亮度, 自动调整显示亮度的目的。

软件实现流程

主控ARM芯片及主要实现代码介绍

主控芯片采用NXP公司的LPC2478芯片, 亮度自动调节功能主要用了该芯片的A/D转换部分及PWM部分。程序上采取3s读取一次A/D转换结果, 比较本次结果与上一次结果是否相同, 如果相同, 说明光敏电阻的阻值没有变化, 即光强没变, 不需要调光。如果不同, 则需要根据A/D转换出来的结果, 换算成调光等级, 改变PWM占空比设置, 输出到LED显示驱动芯片输出使能端的信号占空比产生相应变化, 从而实现调光。

3s定时功能采用LPC2478内部定时器TIM2实现, 其初始化主要代码如下:

本函数根据系统频率设定TIM2的相关寄存器, 实现10ms定时功能

2、A/D模块初始化实现代码

3、读取A/D转换结果实现代码

4、PWM占空比配置实现代码

本函数可以实现LED显示屏的32级自动调光。

结束语

上述的软硬件方案, 已稳定可靠的应用于LED显示屏系统, 使显示屏能够自动根据周围环境的亮度, 进行自身显示亮度的调节, 从而在环境明暗条件下, 均能不影响人们的视线, 达到舒适的显示效果。

远程LED显示屏控制系统设计篇6

1 设计方案

本课题开发的控制系统由上下位机协作完成, 下位机采集温度信息, 采集完后向上位机发送显示信息和控制代码, 下位机由ATmega16单片机来完成;上位机由ATmega16单片机控制系统组成, 上位机接收下位机送来的显示信息, 完成对LED显示屏数据发送扫描控制。当需要对显示屏调整时, 可以通过按键对上位机传送不同的显示数据的方法来实现。

2 电路设计

2.1 显示屏电路设计

显示板是由8块8×8点阵拼成16×32显示屏;行线采用2片74HC138构成4-16译码器, 并用三极管进行扩流;列线采用4片74HC595进行驱动。显示模块第一行固定显示时钟和分钟;第二行左、中位置交替显示日期、实时温度及星期, 右边位置固定显示秒钟, 从而实现远程LED的控制。LED显示屏与单片机ATmega16的连接电路如图1所示。

2.2 无线通信电路

本系统无线收发模块采用Nordic公司推出的无线收发器芯片n RF905。n RF905单片无线收发器工作在433/868/915MHZ的ISM频段, 由一个完全集成的频率调制器一个带解调器的接收器一个功率放大器一个晶体震荡器和一个调节器组成。Shock Burst工作模式的特点是自动产生前导码CRC可以很容易通过SPI接口进行编程配置电流消耗很低, 在发射功率为+10d Bm时发射电流为30m A, 接收电流为12.5m A进入POWERDOWN模式可以很容易实现节电。

2.3 温度采集电路

DS18B20数字温度计是DALLAS公司生产的单总线器件, 具有线路简单, 体积小的特点。因此用它来组成一个测温系统, 具有线路简单, 单总线通信, 同一总线可挂很多这样的数字温度模块, 十分方便。

2.4 其他电路设计

远程LED控制系统按键设置程序与LED显示程序相配合, 按键可实现LED的字的切换、时间修改等功能。由于其按键数目较多, 因此采用矩阵键盘。本系统只用到五个按键:S1设置时间;S2设置时间时减一个单位;S3设置时间时加一个单位;S4快速确认设置;S6控制温度和日期的来回切换。S7未定义, 按键时无效。

时钟电路采用美国DALLAS公司推出的DS1302时钟芯片, 通过DS1302时钟芯片的设置, LED显示屏界面可现实年月日星期等万年历信息, 给用户提供时间信息标准。

3 软件程序设计

ICCAVR软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一, 它可以进行编写程序, 界面易学易用。本设计的主要功能是使用单片机和各种传感器完成远程LED显示屏的显示。通过ATmega16完成对DS18B20温湿度传感器的控制和数据处理, 通过LED显示屏观看显示数据。总程序流程图如图2所示。

4 结论

本设计是以ATmega16单片机为控制核心, 采用了较为先进的无线传输技术, 可以实现温度的采集和远程的监控, 通过按键也可以实现远程LED显示屏的控制。此系统也含有时钟芯片和SD卡进行实时时间显示和字模的提取, 对远程控制LED显示屏有着重要意思。

参考文献

[1]李文仲, 段朝玉.短距离无线数据通信入门与实践[M].北京:北京航天航空大学出版社, 2006.

[2]马黎.单片机控制的汉字点阵大屏幕显示[J].计算机应用研究, 1999, 13 (3) :11-16.

[3]李爱国.模块化LED电子大屏幕的设计与实现[J].计算机应用研究, 1998, 01 (3) :17-21.

户外全彩LED显示屏监控板设计篇7

监控板可以实时检测LED显示屏所处环境的温度、相对湿度,是否有烟雾等信息,并将测得参数信息上传至控制计算机,监控软件会将这些信息显示在界面上。这就使得各个灯箱的工作情况和环境参数呈现出来,便于监测和管理。

选取STC的一款单片机作为核心处理器件,该单片机带有8路的A/D通道,因为所要测量的都是模拟量,需要转换为数字量才能处理。测量温度可用热敏电阻或者DS18B20,DS18B20数字式的温度传感器,精度高。考虑到DS18B20的操作较为复杂,占用单片机较大的程序空间,而监控板要求的温度精度并不高,所以采用热敏电阻作为温度传感器件。常用的相对湿度传感器有湿敏电阻和湿敏电容等方式。用湿敏电容和555定时器组合的方式,程序上容易实现且相对稳定。烟雾传感器有光电式和离子式两种,经比较发现,离子式的烟雾传感器价格略高,但处理程序较简单,占用的程序空间较小,所以采用离子式烟雾传感器。

1 系统框图

自身带A/D转换功能的单片机可以作为处理器,再配合温度传感器、湿度传感器和烟雾传感器就可以实现对这3种环境参数的采集和测量。

2 温度采集模块

考虑到实际境况中对温度测量的精度要求不是很高而且要控制成本,选用负温度系数的热敏电阻作为温度传感器。图2反映的是该热敏电阻值与温度的对应关系。

实际电路中,采用热敏电阻和高精度电阻分压的方法,将它们的连接端接入单片机带A/D功能的引脚。该单片机有8路10位高精度A/D转换器,速度可达100 kHz[1]。因此可以省略A/D转换电路的设计,将硬件电路功能通过软件实现。当温度发生变化的时候,R44的阻值就发生变化,经过分压后,输出TEM_TEST电压信号变化,单片机A/D采样值随之发生变化。将图转换成一张表格存储在单片机的代码段里,按照得到的A/D采样值查表,用差值的方法就可以得到当前的温度值[2]。

3 相对湿度采集模块

湿度传感器选用湿敏电容,其容值随湿度的变化而变化。如图3所示。

湿度传感电路设计,如图4所示。

湿敏电容和TLC555配合使用可以完成相对湿度的测量。TLC555具有定时精度高,工作速度和可靠性高,电源电压范围宽,结构简单等特点。它内部由R-S触发器、比较器、输出级、分压器、放电电子开关几部分组成。如图4所示,C8为湿度传感器,它和R24,R36,R38,TLC555组成了非稳态的间接反馈多谐振荡器,将相对湿度转换成频率信号。输出频率范围是7 351～6 033 Hz,所对应的相对湿度为0～100%。

TLC555充、放电时间分别为

t1=C(R24+R36)ln2 (1)

t2=C R24 ln2 (2)

输出波形的频率f和占空比D的计算公式如下

$f = \frac{1}{Τ (t_{1} + t_{2})} = \frac{1}{C (2 R_{24} + R_{36}) \ln 2} (3)$