led点阵显示系统设计毕业设计

led点阵显示系统设计毕业设计内容摘要：

551 8*8 64 红 全彩色 140 25 500 1。 9 160 628 绿 120 30 500 3。 8 180 468 蓝 220 50 500 1。 9 110 550 通过上表 1 可知 ,彩色 LED 点阵显示器以三变色发光二 级管作为彩色像素 ,可发出红、绿、橙（复合光）三种颜色，像素密度相当于单色点阵的 3倍，能获得近似的彩色效果，如果构成彩色智能显示屏。 典型 BFJ— OR/G 型每条行线和各条列线之间，分别接一只红色、绿色发光二级管。 发光二极管的检测 一、 普通发光二极管的检测 .用万用表检测。 利用具有 10kΩ挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的好坏。 正常时，二极管正向电阻阻值为几十至 200kΩ,反向电阻的值为 ∝。 如果正向电阻值为 0 或为 ∞，反向电阻值很小或为 0，则易损坏。 这种检测方法，不能实地看到发光管的发光情 况，因为 10kΩ挡不能向 LED 提供较大正向电流。 如果有两块指针万用表（最好同型号）可以较好地检查发光二极管的发光情况。 用一根导线将其中一块万用表的 “+”接线柱与另一块表的 “”接线柱连接。 余下的 “”笔接被测发光管的正极（ P 区），余下的 “+”笔接被测发光管的负极（ N 区）。 两块万用表均置 10Ω 挡。 正常情况下，接通后就能正常发光。 若亮度很低，甚至不发光，可将两块万用表均拨至 1Ω若，若仍很暗，甚至不发光，则说明该发光二极管性能不良或损坏。 应注意，不能一开始测量就将两块万用表置于 1Ω，以免电流过大，损 坏发光二极管。 .外接电源测量。 用 3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 9 字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。 为此可按图 10 所示连接电路即可。 如果测得 VF 在 ～ 3V之间，且发光亮度正常，可以说明发光正常。 如果测得 VF=0 或 VF≌ 3V，且不发光，说明发光管已坏。 二、 红外发光二极管的检测 由于红外发光二极管，它发射 1～ 3μm的红外光，人眼看不到。 通常单只红外发光二极管发射功率只有数 mW，不同型号的红外 LED 发光强度角分布也不相同。 红外 LED 的正向压降一般为 ～。 正 是由于其发射的红外光人眼看不见，所以利用上述可见光 LED 的检测法只能判定其 PN 结正、反向电学特性是否正常，而无法判定其发光情况正常否。 为此，最好准备一只光敏器件（如2CR、 2DR 型硅光电池）作接收器。 用万用表测光电池两端电压的变化情况。 来判断红外 LED 加上适当正向电流后是否发射红外光。 LED 显示屏相关技术 一、显示颜色、亮度和视角 基础半导体工业的迅猛发展，带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃，高亮度、蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。 首先要按照 亮度指标选择 LED或者显示模块，其次是根据选择的产品红、绿、蓝颜色的亮度来确定哪一种颜色为基准，一般是将亮度比例低的一种作为亮度基准，当基准的一种已经达到最大亮度时，调整另外一种（双色）或两种（全彩）。 显示屏幕是双色时，大多数情况下以绿色为基准，调整红色二极管的工作电流。 一般是降低工作电流，平衡颜色黄色为调整标准，这样就要减小整个显示屏幕的亮度。 显示屏的颜色调整至最佳平衡状态，则会使屏的亮度降低。 如果显示屏幕为了达到亮度要求，将每一种颜色都达到 最大的亮度，那么就失去了颜色的平衡 ,例如 :双色屏幕的黄颜色偏红 ,或者偏绿。 目前 LED显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求，四元素的 红色 LED器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。 在显示屏制作上采用 SMD表贴技术的 LED器件，可以获得更好的视角和亮度，目前已在高密度、全彩色室内显示屏中得到应用，但相对成本比较高，随着器件成本的降低，未来会有比较大的市场潜力。 二、灰度控制技术 LED显示屏在进行图文显示时，对同一基色采用级差间隔亮度，实现颜色的组合，一般可做到 16级、 64级、 256级灰度。 为使显示效果更符合人眼的视觉特性，出 现了非线性级差调灰技术，即在低亮度区级差小，增加级数，逐步到高亮度区时增大级差，形成视觉效果上的“级差一致性”。 目前 LED显示屏灰度控制一东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 10 般都在 256级，通过采用非线性调灰技术，显示屏的显示效果比较理想。 实际上、受数据、图像的信号源的制约，单纯追求大数量级的灰度控制，在使用中的实际价值是值得商讨的。 三、驱动电路 LED正向导通电压的典型值 ~，驱动电流为 20mA。 如果只是用一个固定的正向电压驱动 LED，可能会产生变化范围较大的正向电流，例如用 6只 LED，相应的正向电流差别较大： 10mA~44mA，取决于具体的 LED特性曲线。 为保证可靠性，驱动 LED的电流必须低于 LED额定值的要求，典型最大值一般为 30mA，但是，当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，例如，当温度达到 50℃时电流需限制在 20mA以内。 在实际运用中，负载常采用通过串并联形成的 LED阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著，并且阵列形式或 LED个数变化，限流电阻也应该相应变化。 LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的，原理比较简单，价格便宜，产品的技术开放性比较强。 通用 IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟，目前仍然是主流的驱动电路。 近年恒流驱动 IC 的发展较快并受到重视和广泛应用。 恒流驱动技术根据 LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点，大大提高了 LED显示的均匀性，同时，减少了显示驱动电路的阻容元件，降低了故障点，使 LED显示屏更可靠、亮丽。 LED显示屏专用的 IC一直受到关注。 一些 IC制造商相继推出一些用于 LED显示的专用 IC驱动芯片，如 TI公司推出的 LED Driver 等，这类芯片对原来通用驱动IC的集成度进行了提高，使显示屏的驱动电路设计简捷方 便，功能上也有所提高，经过研制开发设计适合发展需要的大规模或超大规模专用 LED驱动电路，这类专用 IC相对复杂，功能较强。 LED专用驱动 IC简化了显示屏系统设计的复杂程度，在一定程度上增强了显示屏的功能，提高了整体的稳定性，具有积极的意义。 屏体部分结构与功能 屏体部分主要是 LED 和行列驱动电路构成。 不论是图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在的位置相对应的 LED 器件发光。 根据屏幕所需的平面面积大小，选择一定数量的 LED。 像数码管一类的 LED 显示器件只在需要发光的七段位置上布置 LED 器件，其它位置都是空白的，因此相对价格比较便宜。 但是，由于数码管显示的信息有限，只有 09（或再扩展到 A F）几个字符，这些字符的变化是靠组合 7段 LED 的发光与否实现的。 由于段数不多，组东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 11 合形成的字符也不多。 而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，每个 LED 发光器件占据数据中的一位，通过对点阵上全部的 LED 进行控制，在需要该 LED 器件发光时数据中相应的 1，否则填 0，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，得到满意的显示效果。 由于文字的显示点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，如汉字的宋体、楷体和黑体等多种可供选择的方案；其大小也可以有 16*124*2 32*3 48*48 等不同规格。 图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。 本系统根据实际应用环境采用的是双色 LED 屏，具体设计方案将在后面加以叙述。 对于双色图文屏和多色图文屏来说，在 LED 点阵的每一个“点”上布置两个或多个不同颜色的 LED 发光器件，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。 显示的时候，各个颜色的显示点阵是 分开控制的。 事先设计好各种颜色的显示数据，显示时分别送到各自的显示点阵，即可实现预期的效果。 每一种颜色的控制方法和单色的完全相同 [3]。 在显示效果方面，完全可以通过扫描驱动方式实现可以感知的静止不动的效果 静态显示模式；通过随时间变化不断控制刷新显示数据可以实现各种动态显示模式，如闪烁、平移、旋转、缩放等，但这里对显示的数据进行的刷新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。 下图做示的为 LED 共阴极的内部电路，图中 为绿色发光二极管，为红色发光二极管。 两种二极管封 装在一起，通过对选通信号的选择控制来控制二极管的亮灭。 东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 12 271916133691224 23 21 20 18 17 15 14 1 2 4 5 7 8 10 11 图 1 LED 共阴极的内部电路 控制器结构与功能 由 M 行 N 列组成的 M*N 图文显示屏其 LED 发光器件数量相当大，不宜使用静态显示驱动电路，而采用多行的同名列共用一套列驱动器。 控制电路负责有序的选通各行，在选通每一行之前还要把该行各列的数据准备好。 这一行上的 LED发光器件就可以根据列数据进行显示。 这种时序控制电路，可以由布线逻辑完成，但考虑显示数据的存储和设计的灵活性及通用性，一般都采用单片机实现。 东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 13 图 2单片机功能框图 点阵 LED 显示器的组成原理及控制方式 字点阵显示原理 利用 16179。 16点阵可以显示 8912 个国标一、二级汉字、西文、数字和字符，常见的汉字均可用 32 个字节点阵的 16进制码表示。 若把图全部摸黑，上述 16组 编码均可改成 F，就以全亮方式显示，由此可检查屏幕上所有 LED 的质量好坏。 我们以 UCDOS 中文宋体字库为例，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 256 象素范围内的任何图形。 如查用 8位的 AT89C52 单片机控制，由于单片机的总线为 8位，一个字需要拆分为 2 个部分，如图 3所示。 图 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。 汉单片机系统 行扫描电路及控制 列扫描电路及控制 行驱动 列驱动 16*16 点阵 接口 东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 14 字可拆分为上部和下部，上部由 8179。 16 点阵 组成，下部也由 8179。 16 点阵组成。 本例通过列扫描方法首先显示左上角的第一列的上半部分，即第 0 列的 P00～ P07口，方向为 P00 到 P07，显示汉字“大”时， P05 点亮，由上往下排列，为： 灭， 灭， 灭 灭， 灭， 亮， 灭， 灭。 即二进制00000100，转换为十六进制为 04h。 上半部第一列完成后，继续扫描下半部的第一列，为了接线的方便，我们仍设计成由上往下扫描，即从 P27 向 P20 方向扫描，从图 3可以看到，这一列全部为不亮，即为 00000000，十六进制则为 00h。 依照这个方法转向第二列、第三列，„，直至第十六列的扫描，一共扫描 32个 8位，可以得出汉字“大”的扫描代码为： 04H,00H,04H,02H,04H， 02H,04H,04H 04H,08H,04H,30H,05H,0C0H,0FEH,00H 05H,80H,04H,60H,04H,10H,04H,08H 04H,04H,0CH,06H,04H,04H,00H,00H 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汉字点阵 代码的获取过程，但是依靠人工方法获取汉字代码是一件非常繁琐的事情。 为此，我们经常采用字库软件查找字符代码，软件打开后输入汉字，点“检取”，十六进制数据的汉字代码即可自动生成，把我们所需要的竖排数据复制到程序中即可，如图 4所示。 图 可见，汉字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 16179。 64=1024Hz，周期小于 1ms即可。 行扫描和列扫描方法的扫描频率必须大于 16179。 8=128Hz，周期小于 ms 即可，但是一次驱动一列或一行 (8 颗 LED)时需外加驱动电路提高电流，否则 LED 亮度东华理工大学毕业设计（论文） LED 显示屏工作原理 15。