李鵬程

（南京洛普股份有限公司，江蘇 南京 210000）

LED顯示屏技術(shù)與控制系統(tǒng)研究

李鵬程

（南京洛普股份有限公司，江蘇 南京 210000）

文章首先對(duì)LED顯示屏關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)LED顯示屏控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行論述，期望該研究能夠?qū)ED顯示屏運(yùn)行穩(wěn)定性的提升有所幫助。

LED顯示屏技術(shù)；控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

1 LED顯示屏關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 超薄技術(shù)

LED顯示屏在直下式超薄技術(shù)的支撐下，具備了尺寸規(guī)模大、低碳環(huán)保、高色彩度等方面的優(yōu)勢(shì)。超薄技術(shù)通過對(duì)導(dǎo)光板（Light Guide Plate，LGP）的微結(jié)構(gòu)處理，促使LED燈在最短距離內(nèi)達(dá)到混光要求，提高光源的輸出效率，可解決傳統(tǒng)側(cè)入式LED顯示屏背光源控制不佳的問題。同時(shí)，超薄技術(shù)在配合高功率白光LED或熒光粉LED的情況下，能夠降低顯示屏的運(yùn)行功耗。

1.2 低功耗技術(shù)

動(dòng)態(tài)背光技術(shù)的應(yīng)用是LED顯示屏技術(shù)層面上的重大突破，將動(dòng)態(tài)背光技術(shù)與圖像處理技術(shù)結(jié)合運(yùn)用，可降低LED電流或電壓，從而降低背光源功耗?，F(xiàn)階段，隨著直下式LED背光源高端產(chǎn)品的推出，不僅使得產(chǎn)品更加纖薄、更加美觀，而且還能大幅度降低LED直下式功率。

1.3 拼接技術(shù)

LED顯示屏采用了強(qiáng)大的拼接技術(shù)，形成了集成度較高的拼接墻系統(tǒng)。目前較為常見的拼接技術(shù)分為兩種，一種是投影技術(shù)，以DPL，3LCD，LCOS為主體，這種集成系統(tǒng)的拼接墻價(jià)格偏低，畫面穩(wěn)定性良好，在拼接墻產(chǎn)品中占據(jù)著重要地位。另一種是LED拼接技術(shù)，相比較投影技術(shù)而言，在LED拼接技術(shù)支撐下的拼接墻價(jià)格較高，但是卻能夠在室外環(huán)境下保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，免受風(fēng)雨日曬的影響。

1.4 高功率技術(shù)

隨著LED顯示屏技術(shù)的不斷進(jìn)步，許多生產(chǎn)廠商越來越追求薄型化、高功率的產(chǎn)品，通過降低顯示屏厚度來增強(qiáng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，顯示屏高功率運(yùn)行也成為市場(chǎng)需求的重要方向，LED顯示屏在滿足高畫質(zhì)、低成本的要求下，將高功率技術(shù)作為產(chǎn)品品質(zhì)提升的核心技術(shù)，促使LED顯示屏技術(shù)更加滿足節(jié)能環(huán)保的需要。

2 LED顯示屏控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

為對(duì)LED顯示屏進(jìn)行有效的控制，開發(fā)一款基于AT89C51單片機(jī)的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成：AT89C51單片機(jī)、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、電源以及LED顯示屏，具體如圖1所示。

以動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行顯示時(shí)，每行都有一個(gè)行驅(qū)動(dòng)器，各行當(dāng)中的同名列共用一個(gè)驅(qū)動(dòng)器，由控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的數(shù)據(jù)傳輸可通過并行或是串行的方式予以實(shí)現(xiàn)。如果采用并行的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，控制電路到列驅(qū)動(dòng)器的線數(shù)量相對(duì)較大，這樣一來勢(shì)必會(huì)造成硬件設(shè)備的數(shù)量增多，不但會(huì)增大設(shè)計(jì)難度，而且還會(huì)增加成本。因此，本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)，選用了串行的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸[1]。

圖1 LED顯示屏控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)的主要硬件包括AT89C51單片機(jī)、LED顯示屏、行驅(qū)動(dòng)器及列驅(qū)動(dòng)器等等。

2.2.1 AT89C51單片機(jī)

這是一款微處理芯片，其自帶4 KB閃爍可編程序和可擦除只讀存儲(chǔ)器，采用ATMEL技術(shù)制造，與同類產(chǎn)品相比性能極其優(yōu)異，可與MCS-51指令集合輸出管腳兼容，8位CPU與閃爍存儲(chǔ)器的組合，使該芯片成為高效微控制器，其能夠?yàn)榇罅壳度胧娇刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)方案提供支撐[2]。

2.2.2 LED顯示屏

本系統(tǒng)中的顯示部分主要包括LED點(diǎn)陣顯示屏和驅(qū)動(dòng)電路。由于AT89C51單片機(jī)上的I/O接口數(shù)量比較有限，所以無(wú)法使用單片機(jī)上的接口直接對(duì)顯示屏進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要對(duì)單片機(jī)的I/O接口進(jìn)行擴(kuò)展，以此來增強(qiáng)其輸出能力。LED點(diǎn)陣顯示屏的構(gòu)成途徑主要有以下兩種，一種是由單個(gè)發(fā)光二極管以逐點(diǎn)連接的方式構(gòu)成，另一種是選取由單個(gè)發(fā)光二極管組成的LED點(diǎn)陣子模塊構(gòu)成的相對(duì)較大的LED模塊構(gòu)成。實(shí)踐表明，上述兩種構(gòu)成方法都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，前者的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光二極管出現(xiàn)故障后，只需要進(jìn)行更換同型號(hào)的二極管便可消除故障，恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行，其維修成本相對(duì)較低，不足之處是連接電路比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度大；后者因?yàn)槭悄K化，所以連線較少，但若是某個(gè)LED發(fā)生故障，則需要將該LED所在模塊中的全部LED都進(jìn)行更換，維修成本較高。通過對(duì)比分析后，決定選用后者，同時(shí)，通過選擇點(diǎn)陣數(shù)量較小的模塊解決其維修成本高的問題。本系統(tǒng)選用的LED點(diǎn)陣顯示屏的行和列均有16個(gè)引腳，如果僅憑借AT89C51單片機(jī)的端口驅(qū)動(dòng)有一定困難，故此設(shè)計(jì)中對(duì)AT89C51單片機(jī)的端口數(shù)進(jìn)行了擴(kuò)展[3]。

2.2.3 行驅(qū)動(dòng)器

本系統(tǒng)中選用的行驅(qū)動(dòng)芯片為74HC154，它是一款變量譯碼器，輸入端和輸出端的數(shù)量分別為4個(gè)和16個(gè)，有兩個(gè)選通端，圖2為該芯片的管腳形式。

圖2 行驅(qū)動(dòng)芯片管腳形式

圖2中的E1和E2處于低電平狀態(tài)時(shí)，譯碼器會(huì)進(jìn)入到工作狀態(tài)，此時(shí)可將A0～A3的二進(jìn)制編碼在對(duì)應(yīng)輸出端以低電平的形式譯出，否則譯碼器被禁止，輸出端則會(huì)被封鎖在高電平內(nèi)。Y0～Y15該譯碼器的輸出端，當(dāng)?shù)碗娖接行r(shí)，即選通的狀態(tài)下，每輸入一個(gè)二進(jìn)制代碼都會(huì)使對(duì)應(yīng)的輸出端變?yōu)榈碗娖剑渌敵龆藶楦唠娖降臒o(wú)效信號(hào)。

2.2.4 列驅(qū)動(dòng)器

該驅(qū)動(dòng)器的引腳SER是串行數(shù)據(jù)的輸入端，引腳SRCLK輸入移位時(shí)鐘脈沖后，它的上升會(huì)沿著發(fā)生而移位，同時(shí)會(huì)將引腳SER的下一個(gè)數(shù)據(jù)打入到最低位上，移位后的數(shù)據(jù)則會(huì)出現(xiàn)在移位寄存器的輸出端上，即輸出鎖存器的輸入端。

2.3 程序調(diào)試

本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)只需在主程序中調(diào)入顯示程序即可實(shí)現(xiàn)顯示功能，不僅具備較強(qiáng)的實(shí)用性，而且還具備良好的可移植性。由于系統(tǒng)硬件與軟件存在著密不可分的聯(lián)系，通過軟件調(diào)整可發(fā)現(xiàn)硬件故障，所以可在系統(tǒng)中調(diào)入proteus仿真軟件用以調(diào)試硬件，可達(dá)到良好的調(diào)試效果。這種調(diào)試方式必須以排除硬件故障為前提，具體調(diào)試步驟包括：

2.3.1 硬件檢查

根據(jù)設(shè)計(jì)圖對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)行檢查，查看線路布設(shè)是否正確，以及采用的元器件型號(hào)、規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)要求，元器件安裝是否規(guī)范。

2.3.2 試運(yùn)行檢查

在接通電源的情況下，檢查已啟動(dòng)的漢字顯示屏是否顯示正常，若顯示屏的閃爍較為強(qiáng)烈，則要關(guān)閉顯示屏、中斷電源。造成這一現(xiàn)象的原因可能是CPU內(nèi)存不足、系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)載過大或電源電壓不穩(wěn)定，在找準(zhǔn)原因的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的解決方案。

2.3.3 芯片檢查

在接通電源的情況下，檢查各芯片相關(guān)引腳的電位，觀測(cè)芯片電平輸入輸出是否存在異常狀況。在單片機(jī)系統(tǒng)中，電路以數(shù)字邏輯電路為主，所以可采用電平檢查法對(duì)電路的邏輯關(guān)系進(jìn)行檢查，同時(shí)通過檢查結(jié)果判斷各種元器件連接是否正確。由此可以看出，通過軟件調(diào)試可檢查硬件部分是否存在運(yùn)行故障[4]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，LED顯示屏技術(shù)現(xiàn)已日趨完善，為確保LED顯示屏的運(yùn)行更加穩(wěn)定，相應(yīng)的控制系統(tǒng)應(yīng)具備良好的性能。本文在簡(jiǎn)要分析LED顯示屏關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)LED顯示屏控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了論述。該控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中應(yīng)用了性能優(yōu)異的AT89C51單片機(jī)，整個(gè)系統(tǒng)的電路非常簡(jiǎn)單，硬件也比較少，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性較高，具有一定的推廣使用價(jià)值。

[1]崔豪.基于嵌入式技術(shù)的LED顯示屏控制系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].南京：南京大學(xué)，2015.

[2]郭進(jìn).LED顯示屏無(wú)線控制系統(tǒng)[D].蘇州：蘇州大學(xué)，2014.

[3]王海梅，高敏.單片機(jī)控制的LED顯示屏控制系統(tǒng)分析與研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（2）：125-127.

[4]鄭爭(zhēng)兵，趙峰.基于FPGA的LED顯示屏控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].陜西理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015（4）：145-147.

Study on LED display technology and control system

Li Pengcheng
（Nanjing Luopu Limited by Share Ltd., Nanjing 210000, China）

The paper fi rst gives a brief analysis on the key technology of LED display, based on this, realization method of LED display control system are discussed. The study is expected to be helpful for promoting the stability of the LED display.

LED display technology; control system; design

李鵬程（1984— ），男，江蘇泰興，大專，助理工程師；研究方向：LED施工現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目管理。