【優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）】雙基色LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、論文題目：雙基色LED顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 伴隨當(dāng)今高度發(fā)展的信息時(shí)代，涉及半導(dǎo)體技術(shù)光電器件、電子電路、集成電路、信息圖像處理、信息傳輸、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及電子產(chǎn)品制造和電子產(chǎn)品安裝工程等相關(guān)技術(shù)的 LED 顯示屏在信息領(lǐng)域顯得尤為活躍，在各行業(yè)的應(yīng)用及普及方面也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。從 LED 材料的不斷更新，灰度控制技術(shù)的發(fā)展，真彩色圖像的展現(xiàn)；到驅(qū)動(dòng)電路的靈活、高效，控制系統(tǒng)技術(shù)的提高無不體現(xiàn)了 LED 行業(yè)技術(shù)的飛躍發(fā)展。另外，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，LED 顯示屏在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的使用情況越來越多，在多媒體、多種顯示設(shè)備組成的信息顯示系統(tǒng)中，采用智能化網(wǎng)絡(luò)控制，聯(lián)網(wǎng)控制多屏技術(shù)也在

2、實(shí)際中得到應(yīng)用。現(xiàn)存顯示屏的控制系統(tǒng)包括了輸入接口電路、信號(hào)的控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路、輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其中為關(guān)注并研究開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包括：串行傳輸與并行傳輸、動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存、輸入接口技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。 本文根據(jù) LED 圖文顯示屏系統(tǒng)的具體要求，通過查閱資料，分析并歸納出具體設(shè)計(jì)方案。即系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、串行通訊的設(shè)計(jì)以及單片機(jī)的功能控制。 硬件模塊設(shè)計(jì)方面，主控制系統(tǒng)采用單片機(jī)控制方式，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)陣 LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)及信息的保存與顯示。具體包括： 第一部分：LED顯示點(diǎn)陣：主要由LED、固定板及其電路構(gòu)成。通過單片機(jī)的控制驅(qū)動(dòng)電路，

3、采用掃描方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行的同名列共用一個(gè)列驅(qū)動(dòng)器，由行譯碼器給出的行選通信號(hào)，從第一行開始，按順序依次對(duì)個(gè)行進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn) LED 的發(fā)光功能。 第二部分：主控制系統(tǒng)：采用 8051單片機(jī)控制整個(gè)硬件模塊的工作，通過控制串口完成與上位機(jī)的通訊，系統(tǒng)采用可以多次復(fù)用的 EPROM 作為它的程序和固化顯示數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，通過擴(kuò)展其存儲(chǔ)模塊完成預(yù)信息的保存。 綜上所述，基于系統(tǒng)的分析設(shè)計(jì)方案以及硬件設(shè)備的支持，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)做了深入淺出的分析，設(shè)計(jì)了軟件控制系統(tǒng)以及硬件模塊的功能點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)算法以及程序的設(shè)計(jì)。通過對(duì)固化數(shù)據(jù)顯示，可以離開對(duì)上位機(jī)的實(shí)時(shí)依賴，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況避免資源

4、的浪費(fèi)。最終實(shí)現(xiàn)并在實(shí)際中得到應(yīng)用。但是，實(shí)際應(yīng)用的要求對(duì)系統(tǒng)的分析與算法的設(shè)計(jì)起著決定性的作用。 關(guān)鍵詞：LED；點(diǎn)陣 ；字模；串行通訊 論文類型：應(yīng)用研究型 42 Subject：Research and Design for Led-field-array display system ABSTRACT With the high development of communication in our society, LED large screen include so many kinds of technique such as semiconductor t

5、echnology, electro circuit, integrate circuit, image manipulation, information transfers, computer network and electronic manufacture technology and engineering has become more and more active in the information field, and also make a great progress with application and popularization in every walk

6、 of life. From the development of the material of LED, the technique of ash-degree control, the clearly multicolor image’s displaying to the active and high efficient drive electro circuit, also the improving skill of control system are all incarnate the great progress of the LED-industry. In addi

7、tion , with the development of network LED large screen is more and more in used ,intellectualization net control and net-join control technology are also be used in practice under the multimedia and information display system composed with multi-device environment. In the basis of the LED large s

8、creen system request and consult datum, this text analysis and sum up the design project. Such as system-configuration, whole system task flow, the programmer for serial communication and the control for single chip. The hardware-model is under the single chip’s control, achieve saving the informa

9、tion and driving the LED. Including: 1, Led-field-array display: it is consist of LED, fixation and driving electro circuit. At last through the control of single chip accomplish the word and picture display. 2. Center control system: under transfer data to the hardware system SMC, save the data a

10、nd drive the led-field-array, the image displaying is come true. Through the EPROM save-model achieve saving data. According to the analysis and design of the system, arithmetic, program and support of hardware device, the system is lucubrated and the function of the software control system module a

11、nd the hardware microcontroller is design, and then finally is in used in reality. KEY WORDS: Led ,field-array, word-model, serial communication Thesis type: Application Research 目 錄 1 緒 論 1 1.1 LED 點(diǎn)陣顯示屏的性能特征 1 1.2 LED顯示屏的研究背景及意義 4 1.3 點(diǎn)陣顯示屏的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 5 1.3.1我國(guó)LED顯示屏的發(fā)展現(xiàn)狀 5 1.3.2

12、LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì) 7 1.4 LED顯示系統(tǒng)控制原理及相關(guān)技術(shù) 8 1.4.1 LED電子顯示屏控制原理 8 1.4.2 LED視頻顯示系統(tǒng)：系統(tǒng)介紹及特點(diǎn) 9 1.4.3 相關(guān)技術(shù) 10 1.5論文主要研究?jī)?nèi)容及組織 13 2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 15 2.1 漢字顯示原理 15 2.2 LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)原理 17 2.3系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)及布局 20 2.3.1 RS232串口通信的設(shè)計(jì) 20 2.3.2控制電路設(shè)計(jì) 22 2.3.3 顯示驅(qū)動(dòng)電路 23 2.4 本章小結(jié) 26 3 硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 27 3.1 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 27 3.2 串口通信的設(shè)計(jì)

13、 28 3.3 顯示方案的確定 30 3.3.1 行顯示驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì) 31 3.3.2 列驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 32 3.4 動(dòng)態(tài)掃描時(shí)間的分析 35 3.5 本章小結(jié) 36 4 硬件調(diào)試 37 5 結(jié)論 39 參考文獻(xiàn) 41 致 謝 42 附錄 43 系統(tǒng)實(shí)物圖 43 1 緒 論 LED信息顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一種顯示器件，它是傳統(tǒng)發(fā)光器件和現(xiàn)代控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它通過控制半導(dǎo)體發(fā)光二極管的顯示方式，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。LED信息顯示屏主要用于顯示各種宣傳信息，它信息含量大，可顯示文字、圖表、動(dòng)畫、圖像

14、等。近年來LED信息顯示屏在銀行、郵電、稅務(wù)、機(jī)場(chǎng)、車站、證券市場(chǎng)及醫(yī)院、海關(guān)、體育場(chǎng)等需要進(jìn)行公告、宣傳的場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。LED信息顯示屏采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有耗電省、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、視角大、可視距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,其中設(shè)備的工作狀態(tài)和生產(chǎn)過程狀態(tài)的顯示與監(jiān)控起到了非常重要的作用。對(duì)于那些需要顯示的信息量不是很大,分辨率要求不高,又需要制造成本相對(duì)比較低的場(chǎng)合,使用大屏幕LED點(diǎn)陣顯示器是比較經(jīng)濟(jì)適用的,它可以顯示字符、數(shù)字、漢字和簡(jiǎn)單圖形, 可以根據(jù)需要使用不同字號(hào),顯示亮度較高, 并且對(duì)環(huán)境條件的要求比較低。在生產(chǎn)和生活中對(duì)

15、大屏幕LED的大量需求，展示了大屏幕LED點(diǎn)陣顯示器的光明應(yīng)用前景。目前LED信息顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化的標(biāo)志。 這里我們?cè)O(shè)計(jì)一種2字的漢字信息條屏設(shè)計(jì)。實(shí)際上，會(huì)設(shè)計(jì)2個(gè)字，那么也就會(huì)觸類旁通地設(shè)計(jì)1~20個(gè)字的條屏了。該漢字信息條屏與電腦串口連接輸入文字，脫機(jī)運(yùn)行可以顯示1000個(gè)漢字或2000個(gè)ASCII碼，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在EEROM中可保存10年以上，不用備用電池，免維護(hù)?？梢栽陲@示新聞、廣告、信息發(fā)布的各種場(chǎng)所使用。 1.1 LED 點(diǎn)陣顯示屏的性能特征 LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、耗電省、

16、2、使用壽命長(zhǎng)、3、成本低、4、亮度高、5、視角大、6、可視距離遠(yuǎn)、7、規(guī)格品種多。LED顯示產(chǎn)品系列A、單色、彩色條形顯示屏、B、計(jì)算機(jī)控制數(shù)碼顯示屏、C、單色圖文顯示屏、D、三色（紅、綠、黃）圖文顯示屏、E、點(diǎn)陣和數(shù)碼混合顯示屏（證券屏）、F、雙基色（紅、綠）多媒體視頻同步顯示屏、G、三基色（紅、綠、藍(lán)）多媒體視頻同步顯示屏LED顯示屏分類方式按顯示顏色分為：?jiǎn)渭t色、單綠色、紅綠雙基色、紅綠藍(lán)三色按使用功能分為：圖文顯示屏、多媒體視頻顯示屏、行情顯示屏、條形顯示屏按使用環(huán)境分為：室內(nèi)顯示屏、室外顯示屏、半戶外顯示屏按發(fā)光點(diǎn)直徑分 為：φ3.0、φ3.7、φ4.8、φ5.0、φ8.0、ph8

17、、ph10、ph16、ph20等。 LED顯示屏技術(shù)特點(diǎn) A、效果卓越：采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，畫面穩(wěn)定，無雜點(diǎn)，圖像效果清晰，動(dòng)畫效果生動(dòng)，多樣；視頻效果流暢；B、內(nèi)容豐富：可顯示文字、圖表、圖像、動(dòng)畫、視 頻信息；C、方式靈活：可由用戶任意編排顯示模式；D、質(zhì)量保證：采用進(jìn)口發(fā)光材料、高品質(zhì)IC芯片、無噪聲大功率電源；E、信息量大：顯示的信息不受限 制；F、維修方便：模塊化設(shè)計(jì)，安裝，維護(hù)方便；使用環(huán)境：LED顯示屏按使用環(huán)境分為室內(nèi)LED顯示屏和室外LED顯示屏。顯示顏色：LED顯示屏按顯示顏色分為單基色LED顯示屏（含偽彩色LED顯示屏），雙基色LED顯示屏和全彩色（三基色）LED顯示屏。按

18、灰度級(jí)又可分為16、32、64、128、256級(jí)灰度LED顯示屏等。顯示性能：LED顯示屏按顯示性能分為文本LED顯示屏、圖文LED顯示屏，計(jì)算機(jī)視頻LED顯示屏，電視視頻LED顯示屏和行情L(zhǎng)ED顯示屏等。行情L(zhǎng)ED顯示屏一般包括證券、利率、期貨等用途的LED顯示屏?；景l(fā)光點(diǎn)非行情類LED顯示屏中，室內(nèi)LED顯示屏按采用的LED單點(diǎn)直徑可分為Φ3mm、Φ3.75mm、Φ5mm、Φ8mm、和Φ10mm等顯示 屏；室外LED顯示屏按采用的象素直徑可分為Φ16mm、Φ19mm、Φ22mm和Φ26mm等LED顯示屏。行情類LED顯示屏中按采用的數(shù)碼管尺寸可分2.0cm(0.8inch)、2.5cm(

19、1.0inch)、3.0cm(1.2inch)、4.6cmm(1.8inch)、5.8cm(2.3inch)、7.6cm(3inch)等LED顯示屏。大屏幕顯示屏業(yè)績(jī)——上海市八萬人體育場(chǎng)、上海大眾汽車公司、上海國(guó)際信托投資公司、上海房產(chǎn)交易所、寶山鋼鐵公司等大屏幕拼接顯示屏系統(tǒng) 一般用戶在需要同時(shí)觀看的信源較少時(shí)，適合選擇單機(jī)大屏幕。 點(diǎn)陣顯示屏的主要外觀及優(yōu)缺點(diǎn)： (1) 單元圖（圖1.1） 圖1.1 點(diǎn)陣單元圖 (2) 政府部門用整屏圖（圖1.1） 圖1.2 政府部門用整屏圖 優(yōu)點(diǎn)： ①顯示面積巨大，造價(jià)較低。 ②單元屏幕尺寸，控制較靈活，可方便控制顯示面積。

20、 缺點(diǎn)： ①單元屏幕尺寸越大，所需背投空間越大。 ②由于多塊屏幕拼接在一起就會(huì)有亮度，顏色的差異，需要挑選投影機(jī)及對(duì)投影機(jī)鏡頭與光學(xué)透鏡屏的光焦匹配，盡可能做到單屏中心亮度與4角亮度均勻，多塊屏幕亮度與顏色一致。 ③燈泡壽命短，約1000-6000小時(shí)，與所選投影機(jī)有關(guān)。 ④不能連續(xù)24小時(shí)工作(若必須7/24連續(xù)工作，需選擇專業(yè)控制室投影機(jī)，造價(jià)高)。 在較為復(fù)雜的監(jiān)控中，如大型郵電通信系統(tǒng)、道路交通管理、能源分配輸送、工業(yè)控制、110報(bào)警等領(lǐng)域，需全景瀏覽，統(tǒng)一指揮，就必須選擇大屏幕拼接系統(tǒng)。大屏幕拼接系統(tǒng)不再受單機(jī)分辨率和亮度的影響，例如一個(gè)2×2四個(gè)單機(jī)的拼接系統(tǒng)，單機(jī)分辨率

21、為1024×768，亮度為500lm，則拼接后的系統(tǒng) 分辨率為2048×1536，亮度為2000lm。拼接系統(tǒng)主要由三部分組成：大屏幕投影墻、投影機(jī)陣列、控制系統(tǒng)。其中控制系統(tǒng)是核心，目前世界上流行的拼接控制系統(tǒng)主要有三種類型：硬件拼接系統(tǒng)、軟件拼接系統(tǒng)、軟件與硬件相結(jié)合的拼接系統(tǒng)。硬件拼接系統(tǒng)是較早使用的一種拼接方法，可實(shí)現(xiàn)的功能有分割、分屏顯示、開窗口：即在四屏組成的底圖上，用任意一屏顯示一個(gè)獨(dú)立的畫面。由于采用硬件拼接，圖像處理完全是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，安裝操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是拼接規(guī)模小，只能四屏拼接，擴(kuò)展很不方便，不適應(yīng)多屏拼接的需要；所開窗口固定為一個(gè)屏幕大小，不可放大、縮小或移動(dòng)。軟件拼接系

22、統(tǒng)是用軟件來分割圖像，采用軟件方法拼接圖像，可十分靈活的對(duì)圖像進(jìn)行特技控制，如在任意位置開窗口；任意放大、縮小；利用鼠標(biāo)即可對(duì)所開的窗口任意拖動(dòng)，在控制臺(tái)上控制屏幕墻，如同控制自己的顯示器一樣方便。 1.2 LED顯示屏的研究背景及意義 在現(xiàn)代信息化社會(huì)的高速發(fā)展過程中，最具意義的莫過于大屏幕顯示已經(jīng)從公共信息展示等商業(yè)應(yīng)用開始向消費(fèi)類多媒體應(yīng)用滲透。隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)字化的多媒體內(nèi)容將在信息世界中占據(jù)主流，新型的大屏幕顯示設(shè)備將代替?zhèn)鹘y(tǒng)電視機(jī)成為人們享受信息和多媒體內(nèi)容的中心。 與傳統(tǒng)的顯示設(shè)備相比，正是這種未來的巨大需求讓大屏幕顯示技術(shù)成為眾人目光的焦點(diǎn)： (1) LED顯示屏

23、色彩豐富，顯示方式變化多樣（圖形、文字、三維、二維動(dòng)畫、電視畫面等）、亮度高、壽命長(zhǎng)，是信息傳播設(shè)施劃時(shí)代的產(chǎn)品。 (2) LED顯示屏是集光電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)于一體的高技術(shù)產(chǎn)品，可用來顯示文字、計(jì)算機(jī)屏幕同步的圖形。它以其超大畫面、超強(qiáng)視覺、靈活多變的顯示方式等獨(dú)居一格的優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)際上使用廣泛的顯示系統(tǒng)。 (3) LED顯示屏應(yīng)用廣泛，金融證券、銀行利率、商業(yè)廣告、文化娛樂等方面，有巨大的社會(huì)效益和豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。在其歷史的演變過程中，出現(xiàn)了多種信息傳播媒體：但就其性能看：如陰級(jí)管(crt)或石英管(dv)大型電視，成本非常昂貴，在不需要超大畫面且在室內(nèi)使

24、用時(shí)效果尚可；彩色液晶顯示同樣成本昂貴、電路復(fù)雜，面積有限，受視頻角的影響非常大，可視角度很?。挥跋笸队霸O(shè)備亮度小、清晰度差（畫面受光不均勻）；電視墻表面有分割線，視覺上有異物感，室外應(yīng)用時(shí)亮度效果差。而LED顯示屏以其受空間限制較小，并可以根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)屏的大小，具有全彩色效果，視角大，可以用于顯示文字、圖案、圖象、動(dòng)畫、視頻、錄象信號(hào)等各種信息的特點(diǎn)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。 LED顯示屏的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段： (1) 1990 年以前LED顯示屏的成長(zhǎng)時(shí)期。一方面，受LED材料器件的限制，LED 顯示屏的應(yīng)用領(lǐng)域沒有廣泛開展；另一方面，顯示屏控制技術(shù)基本上是通訊控制方式，客觀上影響

25、了顯示效果。這一時(shí)期的LED顯示屏在國(guó)外應(yīng)用較廣，國(guó)內(nèi)很少，產(chǎn)品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通訊控制，灰度等級(jí)為單點(diǎn) 4 級(jí)調(diào)灰，成本較高。 (2) 1990-1995 年，這一段是LED顯示屏迅速發(fā)展的時(shí)期。進(jìn)入九十年代，全球信息產(chǎn)業(yè)高速增長(zhǎng)，信息技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域不斷突破，LED顯示屏在LED材料和控制技術(shù)方面也不斷出現(xiàn)新的成果。藍(lán)色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進(jìn)入市場(chǎng)；電子計(jì)算機(jī)及微電子領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展，在顯示屏控制技術(shù)領(lǐng)域出現(xiàn)了視頻控制技術(shù)，顯示屏灰度等級(jí)實(shí)現(xiàn)16級(jí)灰度和64級(jí)灰度調(diào)灰，顯示屏的動(dòng)態(tài)顯示效果大大提高，產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域涉及金融證券、體育、機(jī)場(chǎng)、鐵路、車站、公路交通、商業(yè)

26、廣告、郵電電信等諸多領(lǐng)域，特別是1993年證券股票業(yè)的發(fā)展更引發(fā)了LED顯示屏市場(chǎng)的大幅增長(zhǎng)。LED顯示屏在平板顯示領(lǐng)域的主流產(chǎn)品局面基本形成，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)成為新興的高科技產(chǎn)業(yè)。 (3) 1995年以來，LED顯示屏的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)總體穩(wěn)步提高產(chǎn)業(yè)格局調(diào)整完善的時(shí)期。進(jìn)入新世紀(jì)，光電子產(chǎn)業(yè)得到廣泛的重視，中國(guó)加入WTO、北京申奧成功等，成為L(zhǎng)ED顯示屏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的契機(jī)，LED顯示屏必將得到飛躍發(fā)展[1]。 1.3 點(diǎn)陣顯示屏的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 1.3.1我國(guó)LED顯示屏的發(fā)展現(xiàn)狀 (1) 產(chǎn)業(yè)發(fā)展初具規(guī)模 我國(guó)的LED顯示屏產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾年的發(fā)展，基本形成了一批具有一定規(guī)模骨干企業(yè)。據(jù)

27、不完全統(tǒng)計(jì)，至1998年底，年度銷售總額在1000萬元以上的企業(yè)有20多家，其銷售總額達(dá)6億元左右，占行業(yè)市場(chǎng)總額的85%以上。全國(guó)從事LED顯示屏 的各類企業(yè)有100余家，從業(yè)人員近6000人，行業(yè)年度銷售總額近8億元人民幣，1996年、1997年的增長(zhǎng)速度均保持40%左右，1998年略有回 落。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，國(guó)產(chǎn)LED顯示屏的市場(chǎng)占有率近100%，國(guó)外同類產(chǎn)品基本沒有市場(chǎng)，四十三屆世乒賽主會(huì)場(chǎng)天津體育中心、京九鐵路、北京西客站、首都 機(jī)場(chǎng)、浦東機(jī)場(chǎng)等，均由國(guó)內(nèi)代表企業(yè)中標(biāo)。技術(shù)水平相對(duì)領(lǐng)先。 我國(guó)LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在規(guī)模發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)品技術(shù)推陳出新，一直保持比較先進(jìn)的水平。 90年代初即具

28、備了成熟的16級(jí)灰度256色視頻控制技術(shù)及無線遙控等國(guó)際先進(jìn)水平技術(shù)，近年在全彩色LED顯示屏、256級(jí)灰度視頻控制技術(shù)、集群無經(jīng) 線控制、多級(jí)群控技術(shù)等方面均有國(guó)內(nèi)先進(jìn)、達(dá)到國(guó)際水平的技術(shù)和產(chǎn)品出現(xiàn)；LED顯示屏控制專用大規(guī)模集成電路也已由國(guó)內(nèi)企業(yè)開發(fā)生產(chǎn)并得到應(yīng)用。LED 顯示屏產(chǎn)業(yè)培養(yǎng)形成了一批LED顯示屏科技隊(duì)伍，在全國(guó)LED顯示屏行業(yè)的從業(yè)人數(shù)6000人中，科技人員有2800多人，將近50%。LED顯示屏產(chǎn)業(yè) 正成為我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，也是平板顯示領(lǐng)域唯一立足國(guó)內(nèi)形成的民族高科技產(chǎn)業(yè)。 (2) 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

29、息顯示。這一領(lǐng)域的LED顯示屏占到了前幾年國(guó)內(nèi)LED顯示屏需求量的50%以上，目前仍為L(zhǎng)ED顯 示屏的主要需求行業(yè)。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。 ②機(jī)場(chǎng)航班動(dòng)態(tài)信息顯示。民航 機(jī)場(chǎng)建設(shè)對(duì)信息顯示的要求非常明確，LED顯示屏是航班信息顯示系統(tǒng)FIDS(Flight information Display system)的首選產(chǎn)品，首都機(jī)場(chǎng)、上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、?？诿捞m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。 ③港口、車站旅客引導(dǎo)信息顯示。以LED顯示屏為主體的信

30、息系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)、列車到發(fā)揭示系統(tǒng)、票務(wù)信息系統(tǒng)等共同構(gòu)成客運(yùn)樞紐的自動(dòng)化系統(tǒng)，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)。 ④體育場(chǎng)館信息顯示。LED顯示屏已取代了傳統(tǒng)的燈泡及CRT顯示屏，四十三屆世乒賽主場(chǎng)地天津體育中心首次采用了國(guó)產(chǎn)彩色視頻LED顯示屏，受到普遍好評(píng)，上海體育中心、大連體育場(chǎng)等許多國(guó)內(nèi)重要體育場(chǎng)館相繼采用了LED顯示屏作為信息顯示的主要手段。 ⑤道路交通信息顯示。智能交通系統(tǒng)（ITS）的興起，在城市交通、高速公路等領(lǐng)域，LED顯示屏作為可變情報(bào)板、限速標(biāo)志等，替代國(guó)外同類產(chǎn)品，得到普遍采用。 ⑥調(diào)度指揮中心信息顯示。電力調(diào)

31、度、車輛動(dòng)態(tài)跟蹤、車輛調(diào)度管理等，也在逐步采用高密度的LED顯示屏。 ⑦郵政、電信、商場(chǎng)購物中心等服務(wù)領(lǐng)域的業(yè)務(wù)宣傳及信息顯示。遍布全國(guó)的服務(wù)領(lǐng)域均有國(guó)產(chǎn)LED顯示屏在信息顯示方面發(fā)揮作用。 ⑧廣告媒體新產(chǎn)品。除單一大型戶內(nèi)、戶外顯示屏做為廣告媒體外，國(guó)內(nèi)一些城市出現(xiàn)了集群LED顯示屏廣告系統(tǒng)；列車LED顯示屏廣告發(fā)布系統(tǒng)也已在全國(guó)數(shù)十列旅客列車上得到采用并正在推廣。 (3) 行業(yè)發(fā)展正在逐步規(guī)范 1995年以前，LED顯示屏的生產(chǎn)無行業(yè)規(guī)范。1996年原電子部委托藍(lán)通公司制定《LED顯示屏通用規(guī)范》，1998年1月正式作為電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施，使 LED顯示屏產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作開始走向規(guī)

32、范。1998年初，中國(guó)光協(xié)光電器件分會(huì)加強(qiáng)了LED顯示屏行業(yè)的管理和業(yè)務(wù)，在引導(dǎo)規(guī)范行業(yè)發(fā)展、開展光電器件與 LED顯示屏產(chǎn)品技術(shù)及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)交流協(xié)調(diào)等方面積極開展工作，目前正在就標(biāo)準(zhǔn)體系和具體標(biāo)準(zhǔn)的建立組織力量進(jìn)行有關(guān)工作。隨著產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系的形成和系列標(biāo) 準(zhǔn)的實(shí)施，LED顯示屏產(chǎn)業(yè)在向健康有序的方向發(fā)展。 1.3.2 LED顯示屏的發(fā)展趨勢(shì) 現(xiàn)代信息社會(huì)中，作為人一機(jī)信息視覺傳播媒體的顯示產(chǎn)品和技術(shù)得到迅速發(fā)展，進(jìn)入二十一世紀(jì)的顯示技術(shù)將是平板顯示的時(shí)代，LED顯示屏作為平板顯示的主導(dǎo)產(chǎn)品之一無疑會(huì)有更大的發(fā)展，并有可能成為二十一世紀(jì)平板顯示的代表性主流產(chǎn)品。高亮度、全彩化藍(lán)色及純綠色LE

33、D產(chǎn)品自出現(xiàn)以來，成本逐年快速降低，已具備成熟的商業(yè)化條件?；A(chǔ)材料的產(chǎn)業(yè)化。使LED全彩色顯示產(chǎn)品成本下降，應(yīng)用加快。以全彩色戶外φ26顯示屏為例，1996年的產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格每平方米在12萬元左右，1999年已降至7－8萬人民幣/m2，LED產(chǎn)品性能的提高，使全彩色顯示屏的亮度、色彩、白平衡均達(dá)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，同時(shí)，由于全彩色 顯示屏價(jià)格性能比的優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在未來幾年的發(fā)展中，全彩色LED顯示屏在戶外廣告媒體中會(huì)越來越多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燈箱、霓紅燈、磁翻板等產(chǎn)品，體育場(chǎng)館的顯示方面全彩色LED屏更會(huì)成為主流產(chǎn)品。全彩色LED顯示屏的廣泛應(yīng)用會(huì)是LED顯示屏產(chǎn)業(yè)

34、發(fā)展的一個(gè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。 　　● 標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化 材料、技術(shù)的成熟及市場(chǎng)價(jià)格的基本均衡之后，LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化將成為L(zhǎng)ED顯示屏發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。近幾年業(yè)內(nèi)的發(fā)展，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)在傳統(tǒng)產(chǎn)品條件 下是以價(jià)格作為主要的競(jìng)爭(zhēng)手段，幾番價(jià)格回落調(diào)整達(dá)到基本均衡，產(chǎn)品質(zhì)量，系統(tǒng)的可靠性等將成為主要的競(jìng)爭(zhēng)因素，這就對(duì)LED顯示屏的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化有了 較高要求，業(yè)內(nèi)一些骨干企業(yè)已開始在企業(yè)實(shí)施ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)體系的形成，對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)有了相對(duì)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)和評(píng)判依據(jù)，生產(chǎn)條件 差、技術(shù)性不強(qiáng)、售后服務(wù)體系不完善的企業(yè)將受到市場(chǎng)的淘汰，預(yù)計(jì)今后幾年內(nèi)一批小規(guī)模LED顯示屏廠商會(huì)逐步淡出，

35、行業(yè)的發(fā)展趨于有序。 　　● 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多樣化 信息化社會(huì)的形成，信息領(lǐng)域愈加廣泛，LED顯示屏的應(yīng)用前景更為廣闊。預(yù)計(jì)大型或超大型LED顯示屏的主流產(chǎn)品局面將會(huì)發(fā)生改變，適合于服務(wù)行業(yè)特點(diǎn)和專 業(yè)性要求的小型LED顯示屏?xí)休^大提高，面向信息服務(wù)領(lǐng)域的LED顯示屏產(chǎn)品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場(chǎng)需求和應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)有所突破，如公 共交通、停車場(chǎng)、餐飲、醫(yī)院等綜合服務(wù)方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)LED顯示屏在LED顯示屏市場(chǎng)總量中將會(huì)占有多數(shù)份額。 1.4 LED顯示系統(tǒng)控制原理及相關(guān)技術(shù) 1.4.1 LED電子顯示屏控制原理 （一）系統(tǒng)組成

36、本系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)專用設(shè)備、顯示屏幕、視頻輸入端口和系統(tǒng)軟件等組成。 ● 計(jì)算機(jī)及專用設(shè)備：計(jì)算機(jī)及專用設(shè)備直接決定了系統(tǒng)的功能，可根據(jù)用戶對(duì)系統(tǒng)的不同要求選擇不同的類型。 ●顯示屏幕：顯示屏的控制電路接收來自計(jì)算機(jī)的顯示信號(hào)，驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光產(chǎn)生畫面，并通過增加功放、音箱輸出聲音。 ● 視頻輸入端口：提供視頻輸入端口，信號(hào)源可以是錄像機(jī)、影碟機(jī)、攝像機(jī)等，支持NTSC、PAL、S_Video等多種制式。 ● 系統(tǒng)軟件：提供LED播放專用軟件，powerpoint或ES98視頻播放軟件。系統(tǒng)原理圖如圖1.3所示： 圖1.3 LED電子顯示屏控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 (二)系統(tǒng)功能該系統(tǒng)具備如

37、下功能： (1)以計(jì)算機(jī)為處理控制中心，電子屏幕與電腦顯示器(VGA)窗口某一區(qū)域逐點(diǎn)對(duì)應(yīng)，顯示內(nèi)容實(shí)時(shí)同步，屏幕映射位置可調(diào)，可方便隨意地選擇顯示畫面的大小。 (2)顯示點(diǎn)陣采用超高亮度 LED發(fā)光管(紅、綠雙基色)，256級(jí)灰度，顏色變化組合65536種，色彩豐富逼真，并支持VGA 24位真彩色顯示模式。 (3)配備圖文信息及三維動(dòng)畫播放軟件，可播放高質(zhì)量的圖文信息及三維動(dòng)畫。播放軟件顯示信息的方式有覆蓋、合攏、開簾、色彩交替、放大縮小等十多種形式。 (4)使用專用節(jié)目編輯播放軟件,可通過鍵盤,鼠標(biāo)、掃描儀等不同的輸入手段編輯、增加、刪除和修改文字、圖形、圖像等信息。編排存于控制

38、主機(jī)或服務(wù)器硬盤,節(jié) 目播放順序與時(shí)間,實(shí)現(xiàn)一體化交替播放,并可相互疊加。 (5)可以接收顯示錄像機(jī)、影碟機(jī)等視頻信號(hào)。 1.4.2 LED視頻顯示系統(tǒng)：系統(tǒng)介紹及特點(diǎn) (1) 模塊化設(shè)計(jì)：電路設(shè)計(jì)按功能分成不同的模塊，每個(gè)模塊之間只需要極少的聯(lián)系，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。調(diào)試難度、維護(hù)難度大大降低，可靠性高。 所有硬件電路全部選用進(jìn)口元器件，品質(zhì)高，可靠性好。 (2) 先進(jìn)的分布式掃描技術(shù)：顯示部分的掃描采用掃描控制技術(shù)，顯示部分被分成不同的單元，獨(dú)立進(jìn)行掃描。每個(gè)單元之間的信號(hào)傳遞采用信號(hào)鎖存技術(shù)進(jìn)行同步控制。顯示的穩(wěn)定性大大增加。 (3) 精心設(shè)計(jì)的通信接口技

39、術(shù)：通信距離可達(dá)1000米?？梢钥箵簟?5KV的靜電放電沖擊。RS-422專用設(shè)計(jì)接口。極大地提高了系統(tǒng)通信的可靠性。 (4) 軟件設(shè)計(jì)新穎：WINDOWS風(fēng)格界面，設(shè)計(jì)專用軟件經(jīng)驗(yàn)豐富。軟件功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便。通用顯示屏軟件具有良好的用戶界面，清晰的菜單窗口，用戶可以根據(jù)需要，任意編排節(jié)目，既能播放錄像，也能播放動(dòng)畫文字、插播消息等。 (5) 可視性好：產(chǎn)品采用進(jìn)口LED晶片，構(gòu)成的顯示屏具有高亮度、色彩鮮艷、視角大、壽命長(zhǎng)（100,000小時(shí)）穩(wěn)定性高、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。 (6) 易于安裝：采用顯示單元板或顯示單元箱體，根據(jù)用戶要求和應(yīng)用場(chǎng)所要求任意組裝成所需要的顯示屏尺寸，并且便于維

40、護(hù)。 LED電子顯示屏系統(tǒng)簡(jiǎn)介及分類 近年來LED顯示屏市場(chǎng)得到了迅猛的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到銀行、郵電、稅務(wù)、機(jī)場(chǎng)、車站、證券市場(chǎng)及其它交易市場(chǎng)、醫(yī)院、電力、海關(guān)、體育場(chǎng)等多種需要進(jìn) 行公告、宣傳的場(chǎng)合。目前LED顯示屏作為信息傳播的一種重要手段，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，以及LED顯示技術(shù)的不斷完善，人們對(duì)LED 顯示屏的認(rèn)識(shí)將會(huì)越來越深入，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)越來越廣。 1.4.3 相關(guān)技術(shù) LED顯示屏的技術(shù)范圍包括半導(dǎo)體光電器件技術(shù)、電子電路技術(shù)、集成電路技術(shù)、信息圖像處理技術(shù)、信息傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電子產(chǎn)品制造和電子產(chǎn)品安裝工程相關(guān)技術(shù)。在LE

41、D顯示屏技術(shù)中，以下方面的技術(shù)在實(shí)踐中不斷提高并普遍受到關(guān)注和重視。 顯示顏色、亮度和視角 基礎(chǔ)半導(dǎo)體工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)了發(fā)光二極管制造材料以及制作工藝的改進(jìn)，在顏色與亮度方面都有了質(zhì)的飛躍，高亮度、藍(lán)色及純綠色發(fā)光二極管已產(chǎn)業(yè)化并得到應(yīng)用。目前LED顯示屏從顏色上能滿足室內(nèi)外不同環(huán)境下的單色、雙基色、全彩色顯示要求，四元素的紅色LED器件及高亮度藍(lán)色、純綠色在室外顯示屏中 得到普遍應(yīng)用。 在顯示屏制作上采用SMD表貼技術(shù)的LED器件，可以獲得更好的視角和亮度，目前已在高密度、全彩色室內(nèi)顯示屏中得到應(yīng)用，但相對(duì)成本比較高，隨著器件成本的降低，未來會(huì)有比較大的市場(chǎng)潛力。 灰度控制

42、技術(shù) LED顯示屏在進(jìn)行圖文顯示時(shí)，對(duì)同一基色采用級(jí)差間隔亮度，實(shí)現(xiàn)顏色的組合，一般可做到16級(jí)、64級(jí)、256級(jí)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(jí)差調(diào)灰技術(shù)，即在低亮度區(qū)級(jí)差小，增加級(jí)數(shù)，逐步到高亮度區(qū)時(shí)增大級(jí)差，形成視覺效果上的“級(jí)差一致性”。目前LED顯示屏灰度控制一般都在256級(jí)，通過采用非線性調(diào)灰技術(shù)，顯示屏的顯示效果比較理想。實(shí)際上，受數(shù)據(jù)、圖像的信號(hào)源的制約，單純追求大數(shù)量級(jí)的灰度控制，在使用中的實(shí)際價(jià)值是值得商榷的。 驅(qū)動(dòng)電路 LED正向?qū)妷旱牡湫椭?.0V~4.0V，驅(qū)動(dòng)電流為 20mA。如果只是用一個(gè)固定的正向電壓驅(qū)動(dòng)LED，可能會(huì)產(chǎn)生

43、變化范圍較大的正向電流，例如用3.4V驅(qū)動(dòng)6只 LED，相應(yīng)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(qū)動(dòng)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(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)所允許的額定電流會(huì)降低，例如，當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)電流需限制在20mA以內(nèi)。在實(shí)際運(yùn)用中，負(fù)載常采用通過串并連形成的LED陣列，這會(huì)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(gè)數(shù)變化，限流電阻也應(yīng)該相應(yīng)變化。 LED顯示屏廣泛使用的驅(qū)動(dòng)電路是基于通用型集成電路來設(shè)計(jì)的，原理比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，產(chǎn)品的技術(shù)開放性比較強(qiáng)。通用

44、IC設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路在室內(nèi)外單色、雙基色顯示屏方面應(yīng)用成熟，目前仍然是主流的驅(qū)動(dòng)電路。近年恒流驅(qū)動(dòng)IC的發(fā)展較快并受到重視和廣泛應(yīng)用。恒流驅(qū)動(dòng)技術(shù)根據(jù)LED器件的發(fā)光與驅(qū)動(dòng)電流高度相關(guān)的特點(diǎn)，大大提高了LED顯示的均勻性，同時(shí)，減少了顯示驅(qū)動(dòng)電路的阻容元件，降低了故障點(diǎn)，使LED顯示屏更可靠、亮麗。 LED顯示屏專用的IC在國(guó)內(nèi)外一直受到關(guān)注。近年，國(guó)外的IC制造商相繼推出一些用于LED顯示的專用IC驅(qū)動(dòng)芯片，如TI公司推出的LED Driver等，這類芯片對(duì)原來通用驅(qū)動(dòng)IC的集成度進(jìn)行了提高，使顯示屏的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷方便，功能上也有所提高，但同時(shí)成本也相應(yīng)增加。 國(guó)內(nèi)外LED顯示屏制造

45、商紛紛投入力量，研制開發(fā)設(shè)計(jì)適合自己產(chǎn)品發(fā)展需要的大規(guī)模或超大規(guī)模專用LED驅(qū)動(dòng)電路。這類專用IC相對(duì)復(fù)雜，功能較強(qiáng)。LED專用驅(qū)動(dòng)IC簡(jiǎn)化了顯示屏系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度，在一定程度上增強(qiáng)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(yīng)該看到，我國(guó)各個(gè) LED制造商設(shè)計(jì)開發(fā)的LED專用驅(qū)動(dòng)IC基本上是自用，批量規(guī)模不夠，導(dǎo)致產(chǎn)品的開放性差，另外，過分追求一些實(shí)際意義不大的功能的設(shè)計(jì)，從價(jià)值成本方 面分析也不盡合理。 系統(tǒng)控制技術(shù) 顯示屏的控制系統(tǒng)包括了輸入接口電路、信號(hào)的控制、轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理電路、輸出接口電路等，涉及的具體技術(shù)很多，其中為業(yè)內(nèi)關(guān)注并研究開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)包

46、括：串行傳輸與并行傳輸、動(dòng)態(tài)掃描與靜態(tài)鎖存、輸入接口技術(shù)、自動(dòng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)等。 通信傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制 對(duì)于信息的發(fā)送方式：一種是用RS232通訊，利用計(jì)算機(jī)串行口COM1～COM4通訊，此方式通訊速度較慢，且距離不能太遠(yuǎn)，只有 30米左右；另一種是采用在計(jì)算機(jī)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(yuǎn)，可達(dá) 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(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳遞，達(dá)到電腦智能終端控制電子產(chǎn)品的“電子自動(dòng)化”的目的。根據(jù)對(duì)信息傳輸顯示的實(shí)時(shí)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

47、則是把LED顯示屏與多媒體技術(shù)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了在LED 顯示屏上實(shí)時(shí)顯示計(jì)算機(jī)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(shí)時(shí)信息的顯示屏都采用視頻控制方式。具體傳輸是采用成對(duì)的專用長(zhǎng)線傳輸接口電路。另外，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，LED顯示屏在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的使用情況越來越多，在多媒體、多種顯示設(shè)備組成的信息顯示系統(tǒng)中，采用智能化網(wǎng)絡(luò)控制，聯(lián)網(wǎng)控制多屏技術(shù)也在實(shí)際中得到應(yīng)用。 1.5論文主要研究?jī)?nèi)容及組織 (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(duì)圖象、動(dòng)畫以及信息的實(shí)時(shí)顯示要求不高，而且信息的內(nèi)容和屏與屏切換相對(duì)比較穩(wěn)定，不需要固定計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)

48、服務(wù)，只需要在控制顯示屏的單片機(jī)中加入存儲(chǔ)塊，實(shí)現(xiàn)信息的保存功能。 (2) 論文的主要研究?jī)?nèi)容： 在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)字模的提取與保存，無需在單片機(jī)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(shí)現(xiàn)多屏信息合并單屏信息保存后傳輸?shù)墓δ?。通過對(duì)點(diǎn)陣模塊和控制電路的分析，確定 LED 顯示屏的部件構(gòu)成；通過對(duì)單片機(jī)及智能控制模塊的分析，確定LED顯示屏的組成結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的驅(qū)動(dòng)。 (3) 本設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的目的 本設(shè)計(jì)采用雙基色的LED點(diǎn)陣模塊，利用驅(qū)動(dòng)電路，通過單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行控制，可以顯示動(dòng)畫效果，通過改變刷新頻率，改變顯示屏的灰度，還可以實(shí)現(xiàn)與上位

49、機(jī)的通信。 (4) 論文的組織 通過對(duì)軟件系統(tǒng)的簡(jiǎn)要分析，在論文中將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的研究與設(shè)計(jì)。具體組織安排如下： 第2章：系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 第3章：硬件設(shè)計(jì)與實(shí)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(shè)計(jì)的工作后，對(duì)整體工作進(jìn)行總結(jié)。 2 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 2.1 漢字顯示原理 在PC機(jī)的文本文件中，漢字是以機(jī)內(nèi)碼的形式存儲(chǔ)的，每個(gè)漢字占用兩個(gè)字節(jié)長(zhǎng)度，為了和ASCII碼區(qū)別，范圍從十六進(jìn)制的0A1H 開始（小于80H的為ASCII碼）；將機(jī)內(nèi)碼每個(gè)字節(jié)的最高位屏蔽掉，再以十六進(jìn)制的形式顯示出來，則為國(guó)標(biāo)碼；將機(jī)內(nèi)碼的每個(gè)字節(jié)各減去0A0H再以十進(jìn)制顯示出來，即為該

50、漢字的區(qū)位碼。例如“國(guó)”字的機(jī)內(nèi)碼國(guó)標(biāo)碼和區(qū)位碼如表2.1 所示： 表2.1：“國(guó)”字的機(jī)內(nèi)碼、國(guó)標(biāo)碼和區(qū)位碼 類別 數(shù)值 高位字節(jié) 低位字節(jié) 機(jī)內(nèi)碼 B9FAH 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 國(guó)標(biāo)碼 397AH 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 區(qū)位碼 195AH 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 即區(qū)位碼=機(jī)內(nèi)碼—0A0AOH, 就“國(guó)”字而言,其區(qū)位碼和機(jī)內(nèi)碼的關(guān)系為： 19

51、5AH（區(qū)位碼）＝0B9FAH （機(jī)內(nèi)碼）—0A0A0H 根據(jù)對(duì)漢字使用頻率程度的研究，可把漢字分成高頻字（約100個(gè)）常用字（約3000 個(gè)），次常用字（約4000字），罕見字（約8000 個(gè)）和死字（約45000 個(gè)），即正常使用的漢字達(dá)15000 個(gè)。我國(guó)1981年公布了《通訊用漢字字符集(基本集)及其交換碼標(biāo)準(zhǔn)GB2312-80 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(gè)），在該字符集中按漢字使用的頻度，又將其分為一級(jí)漢字3755個(gè)（按拼音排序）、二級(jí)漢字3008 個(gè)（按部首排序），再加上西文字母、數(shù)字、圖形符號(hào)等700個(gè)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的漢字字符集（GB2312

52、-80）在漢字操作系統(tǒng)中是以漢字庫的形式提供的。漢字庫結(jié)構(gòu)作了統(tǒng)一規(guī)定如圖所示： 圖2.1 國(guó)標(biāo)（GB2312-80） 漢字字符集 即將字庫分成94個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)有94個(gè)漢字（以位作區(qū)別），每一個(gè)漢字在漢字庫中有確定的區(qū)和位編號(hào)（用兩個(gè)字節(jié)），這就是所謂的區(qū)位碼（區(qū)位碼的第一個(gè)字節(jié)表示區(qū)號(hào)，第二個(gè)字節(jié)表示位號(hào)，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(gè)漢字在字庫中是以點(diǎn)陣字模形式存儲(chǔ)的，如一般采用16×16 點(diǎn)陣形式，每個(gè)點(diǎn)用一個(gè)二進(jìn)制位表示，存1的點(diǎn)，當(dāng)顯示時(shí)，可以在屏上顯示一個(gè)亮點(diǎn)。存0 的點(diǎn)，則在屏上不顯示，這樣就把存某字的16×16點(diǎn)陣信息直接用來在顯示器上，按上述

53、原則顯示則將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的漢字。 如一個(gè)“豪”字的16×16點(diǎn)陣字模如圖所示，當(dāng)用存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)該字模信息時(shí)，將需32個(gè)字節(jié)地址，在的右邊寫出了該字模對(duì)應(yīng)的字節(jié)值。 圖2.2 16×16點(diǎn)陣字模圖 每一個(gè)小方格代表一個(gè)點(diǎn)，黑色的為1，白色為0；每一個(gè)點(diǎn)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(gè)字節(jié)，這里采用十六進(jìn)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(diǎn)陣方法。由于漢字?jǐn)?shù)量多且字形變化大，對(duì)不同字形漢字的輸出，就有不同的點(diǎn)陣字形。所謂漢字的點(diǎn)陣碼，就是漢字點(diǎn)陣字形的代碼。存儲(chǔ)在介質(zhì)中的全部漢字的點(diǎn)陣碼又稱為字

54、庫。16x16點(diǎn)陣的漢字其點(diǎn)陣有16行，每一行上有16個(gè)點(diǎn)。如果每一個(gè)點(diǎn)用一個(gè)二進(jìn)制位來表示，則每一行有16個(gè)二進(jìn)制位，需用兩個(gè)字節(jié)來存放每一行上的16個(gè)點(diǎn)，并且規(guī)定其點(diǎn)陣中二進(jìn)制位0為白點(diǎn)，1為黑點(diǎn)，這樣一個(gè)16×16點(diǎn)陣的漢字需要用2×16即32個(gè)字節(jié)來存放。依次類推，24×24點(diǎn)陣和32×32點(diǎn)陣的漢字則依次要用72個(gè)字節(jié)和128個(gè)字節(jié)存放一個(gè)漢字，構(gòu)成它在字庫中的字模信息。要顯示或打印輸出一個(gè)漢字時(shí)，計(jì)算機(jī)漢字系統(tǒng)根據(jù)該漢字的機(jī)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(jī)上打印輸出。 2.2 LED點(diǎn)陣驅(qū)動(dòng)原理 發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)主要由PN結(jié)芯片、

55、電極和光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成。我們知道，發(fā)光是一種能量轉(zhuǎn)化現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)受到外界激發(fā)后，會(huì)從穩(wěn)定的低能態(tài)越遷到不穩(wěn)定的高能態(tài);當(dāng)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(shí)，能量差以光的形式釋放數(shù)來，就會(huì)產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。制作半導(dǎo)體發(fā)光二極管的材料是重?fù)诫s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(jié)阻擋層的限制， 圖2.3 開啟一個(gè)LED 在常態(tài)下，二者不能發(fā)生自然復(fù)合。而當(dāng)給PN結(jié)加以正向電壓時(shí)，導(dǎo)帶中的電子則可越過PN結(jié)的勢(shì)壘進(jìn)入到P區(qū)一側(cè)。于是在PN結(jié)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(fù)合。這種發(fā)光復(fù)合所發(fā)出的光屬于自發(fā)輻射

56、，輻射光的波長(zhǎng)決定于材料的禁帶寬度Eg。LED 發(fā)光二極管分為正負(fù)二個(gè)腳當(dāng)正負(fù)之間加入一定的電壓時(shí)LED 會(huì)點(diǎn)亮。 圖2.4 LED顯示原理 LED發(fā)光時(shí)一般電流為3 至30mA 左右LED 有一定的穩(wěn)壓作用點(diǎn)亮?xí)rLED 的正負(fù)之間的電壓為1.8V至2.1V 左右LED 加入電壓時(shí)必須限流否則會(huì)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(shí)流過幾毫安的電流當(dāng)需要較高亮度的顯示時(shí)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?yàn)長(zhǎng)ED 壓降約為2V 則電流約為30 至50mALED 點(diǎn)陣由數(shù)個(gè)LED 按一定規(guī)

57、律排列而成。LED顯示屏以發(fā)光二極管為像素，由LED點(diǎn)陣顯示單元拼接而成。最常見的LED點(diǎn)陣顯示單元有5×7,7×9,8×8結(jié)構(gòu)，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8×8LED點(diǎn)陣原理圖。該點(diǎn)陣為共陽極紅綠雙基色的點(diǎn)陣模塊（白的為綠色，黑的表示紅色）。 圖2.5 雙基色8×8 LED點(diǎn)陣外觀 圖2.6 雙基色8×8 LED點(diǎn)陣原理圖 其中8個(gè)LED 的正極接在一起一共有8×8共64個(gè)LED組成LED 的正極1 至8 條線循環(huán)加入正電壓這8 個(gè)正電壓在一定的時(shí)間內(nèi)只有一條有效的其余都無效8 條線是逐個(gè)加入正電壓8 個(gè)為一個(gè)周期一般每

58、個(gè)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(huì)看到8路LED 都會(huì)點(diǎn)亮但其實(shí)只有一路是點(diǎn)亮的當(dāng)每條掃描線即LED 正極加入電壓時(shí)如果在負(fù)極也加入負(fù)電壓則相應(yīng)的LED 會(huì)被點(diǎn)亮掃描電路就是利用這個(gè)原理通個(gè)8條正極及8條負(fù)極控制64個(gè)LED的點(diǎn)亮及熄滅現(xiàn)在我們較常用到32×32的LED矩陣控制1024個(gè)LED 因?yàn)槊總€(gè)LED 是亮的時(shí)間只有1/32 故在LED 點(diǎn)亮?xí)r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(shí)間是不點(diǎn)亮的故可以得到較長(zhǎng)的使用壽命。當(dāng)為雙色顯示時(shí)先排列紅色再排列綠色當(dāng)紅色及綠色同時(shí)點(diǎn)亮?xí)r可以得到黃色信號(hào)一般的三色

59、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(diǎn)陣，還有行列驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)顯示點(diǎn)陣采用 8×8 雙基色顯示單元，按照每行 2個(gè)字，共計(jì)16 行的方式來組織的2×256 LED 象素的顯示屏，因此能夠顯示2個(gè)16×16 點(diǎn)陣漢字?？刂齐娐凡捎脛?dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng) LED 器件，每?jī)尚幸粋€(gè)控制器，控制完成整個(gè)顯示電路的行列驅(qū)動(dòng)。 從 LED 器件的發(fā)光機(jī)理可以知道，當(dāng)向LED器件施加正向電壓時(shí)，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(guān)系式為： (2.1) 其發(fā)光亮度基本上正

60、比于通過的電流強(qiáng)度。當(dāng)對(duì)于n個(gè)LED器件進(jìn)行掃描驅(qū)動(dòng)時(shí)，假定切換電路在切換過程中沒有時(shí)間延遲，且每個(gè)LED的導(dǎo)通時(shí)間是相等的，則占空比為1/n。此時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流幅值應(yīng)該等于相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)電流的n倍，才能達(dá)到與相當(dāng)直流驅(qū)動(dòng)一樣的效果，且驅(qū)動(dòng)電流幅值不能超過該器件允許的最大脈沖幅值，所以對(duì)于本系統(tǒng)應(yīng)用于室內(nèi)的LED顯示屏，n值取為16，能夠滿足亮度要求。 2.3系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)及布局 LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、RS-232通訊電路、控制電路和LED點(diǎn)陣顯示電路構(gòu)成，結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。 圖2.7 系統(tǒng)組成 上位計(jì)算機(jī)可選擇工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者普通個(gè)人計(jì)算機(jī)。單塊條屏由控制電路和驅(qū)動(dòng)顯示電路

61、組成?？刂齐娐坟?fù)責(zé)與上位機(jī)通信，可根據(jù)通信距離的遠(yuǎn)近選用RS-232或RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線接口。本電路采用RS-232接口的3腳（TXD）和5腳（GND），計(jì)算機(jī)向控制電路發(fā)送漢字或字符內(nèi)碼；控制電路存儲(chǔ)該內(nèi)碼并在字庫中對(duì)應(yīng)漢字或字符點(diǎn)陣，向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送行列選通信號(hào)，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式；顯示驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)根據(jù)行列選通信號(hào)，向指定LED發(fā)光器件提供驅(qū)動(dòng)電流?？刂撇糠忠詥纹瑱C(jī)89S52為核心，輔以外圍電路，完成串行通信、外部存儲(chǔ)器讀取、行列選通信號(hào)輸出等任務(wù)。 2.3.1 RS232串口通信的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)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

62、使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，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(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信 號(hào)的電平加以規(guī)定。 (1)

63、接口的信號(hào)內(nèi)容 實(shí)際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用3-9條引線。 (2) 接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯“1”，-5— -15V；邏輯“0” +5— +15V。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，高到-3V的信號(hào)作為邏輯“1” 。 (3) 接口的物理結(jié)構(gòu) RS-232-C接口連接器一般使用型號(hào)為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C接口,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào),只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)

64、”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號(hào)地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。 (4) 傳輸電纜長(zhǎng)度 由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長(zhǎng)度應(yīng)為50英尺，其實(shí)這個(gè)4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過50英尺，美國(guó)DEC公司曾規(guī)定允許碼元畸變?yōu)?0%而得出附表2 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其中1號(hào)電纜為屏蔽電纜，型號(hào)為DECP.NO.9107723 內(nèi)有三對(duì)雙絞線，每對(duì)由22# AWG 組成，其外覆以屏蔽網(wǎng)。2號(hào)電纜為不帶屏蔽的電纜。型號(hào)為DECP.NO.9105856-04是22#AWG的

65、四芯電纜。 1.RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通

66、信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。 2.3.2控制電路設(shè)計(jì) 由于設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)能獨(dú)立運(yùn)行，并能控制中文LED漢字的移位顯示，主控板應(yīng)以單片機(jī)為核心的單片機(jī)系統(tǒng)。MCS-51 單片機(jī)具有擴(kuò)展性強(qiáng)，功能強(qiáng)大，價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，因此，采用Atmel公司的AT89S52 單片機(jī)。AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash?存儲(chǔ)器。使用Atmel?公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51?產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)