沧州职业技术学院毕业论文第一章绪论LED大约是在80年代中期开始在电子显示屏中使用的。进入90年代以后，由于半导体工业的迅猛发展，带动了LED制造材料和工艺的改进，在颜色与亮度方面都有了质的飞跃。早期的LED显示屏，由于受材料和工艺的限制，视角仅有200一300左右，从而制约了LED显示屏的发展。在分辨率方而，由于受当时数字技术、集成电路技术和控制技术等技术的限制，很难作出高密度的LED显示屏。今后随着半导体工业的不断发展，无论是材料，还是加工工艺，都会不断地提高，LED显示屏在颜色、视角、亮度、密度、寿命等方面也会逐步完善，价格也会进一步降低。发光二极管(LED)，是一种把电能变成光能的特种器件，主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在PN结上加以正向电压之后，P区的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合，这些多数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。用于制造显示屏的发光二极管产品有单管、矩阵块、象素管三种规格，以满足不同使用场合的要求。LED 显示屏按其使用环境分为室内显示屏和室外显示屏。一般把显示图形或文字的LED显示屏称为图文屏。图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断，而不控制LED的发光强弱。近年来，随着高亮度发光二极管技术的发展，LED显示屏从室内走到室外，其显示内容也从没有层次的计算文字动画发展到能显示有层次的电视图像。国家信息产业部委托蓝通电子科技有限责任公司制定的LED显示屏技术条件也于1998年正式颁布实施。1995年至今，LED显示屏应用领域更为广阔。全彩色LED显示屏、256级灰度视频控制技术等方面均有国内先进、达到国际水平的技术和产品出现。LED显示屏控制专用大规模集成电路已由国内企业开发生产并得到利用。我国LED显示屏产业在规模发展的同时，产品技术推陈出新，一直保持比较先进的水平。LED显示屏产业正成为我国电子信息产业的重要组成部分。1 1第二章 LED电子显示屏的介绍2.1 LED显示屏简介LED电子显示屏是由几万-几十万个半导体发光二极管像素点均匀排列组成。利用不同的材料可以制造不同色彩的LED像素点。LED显示屏是集光电子技术、微电子技术、计算机技术、信息处理技术于一体的高技术屏幕同步的产品。它以其超大画面、超强视觉、灵活多变的显式方式等独具一格的优势，成为目前国际上使用广泛的显示系统，被应用于金融证券、银行利率、商业广告、文化娱乐等方面。用于制造显示屏的发光二极管产品有单管、矩阵块、象素管三种规格，以满足不同使用场合的要求。LED 显示屏按其使用环境分为室内显示屏和室外显示屏。一般把显示图形或文字的LED显示屏称为图文屏。图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断，而不控制LED的发光强弱。LED图文显示屏的外观可以做成条形，叫做条屏，也可以按一定高度比例做成矩形的平面图文显示屏。条与平面显示屏在显示与控制的原理上并无区别。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。2.2 LED显示屏的特点随着科学技术的发展以及制造工艺的进步，LED显示屏也在不断的进步和完善，高新技术使LED显示系统与以前相比有了更为优异的性能。当前的LED显示系统主要有以下特点：1.在局部设计上采用模块化电路设计按功能分成不同的模块，每个模块之间只需要极少的联系，极大的提高了系统的稳定性、可靠性。调试、维护难度大大降低。2.先进的分布式扫描技术显示部分的扫描采用扫描控制技术，显示部分被分成不同的单元，独立进行扫描。每个单元间的信号采用信号锁存技术进行同步控制，显示的稳定性大大增强。3.可视性好采用高性能LED驱动芯片构成的显示屏具有高亮度、色彩鲜艳、视角大，寿命长(不少于50,000小时)，稳定性高，响应速度快等特点。2.3 LED显示屏的分类 1、按颜色基色可以分为：单基色显示屏:单一颜色（红色或绿色）。 双基色显示屏：红和绿双基色、256级灰度、可以显示65536种颜色。 全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。 2、按显示器件分类 ：LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。 LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。 3、按使用场合分类 ：室内显示屏：发光点较小，一般3mm-8mm，显示面积一般几至十几平方米。 室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有防风、防雨、防水功能。 4、按发光点直径分类:室内屏：3mm、3.75mm、5mm、 室外屏：10mm、12mm、14mm、16mm、18mm、20mm、25mm、31.25mm、36mm室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。第三章LED显示屏的组成3.1 LED显示模块结构 发光二极管(LED)，是一种把电能变成光能的特种器件，主要由PN结芯片、电极和光学系统构成。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态，当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，能量差以光的形式辐射出来，就会产生发光现象。当在PN结上加以正向电压之后，P区的空穴注入至N区，N区的电子注入至P区，相互注入的电子与空穴相遇后即产生复合，这些多数载流子在结的注入和复合中产生辐射而发光。它是自发辐射发光，不需要较高的注入电流产生粒子数反转分布，也不需要光学谐振腔，发射的是非相干光。LED显示屏通常由若干LED点阵显示模块组成，用于显示的8x8单色LED显示点阵模块，每块有64个LED。为了减少引脚且便于封装，LED显示点阵模块采用阵列形式排布，即在行列线的交点处接有显示LED 。 8X8 LED点阵的外观及引脚如图1，等效电路图如图2所示。LED点阵显示模块的显示一般采用动态扫描驱动方式，每次最多只能点亮一行LED。微处理器通过和驱动器的协同工作来完成对每一个LED点阵显示模块内每个LED显示点的亮、熄灭控制操作。 图1图23.2 LED显示系统的构成LED显示屏主要包括发光二极管构成的点阵或像素阵列、驱动电路、控制系统和传输接口以及相应的应用软件构成，如图3所示。 图33.2.1 驱动电路 LED显示屏驱动电路的主要作用是接受来自控制系统的数字信号，使LED阵列按要求点亮。(1)从采用的器件来分有常规型、专用型及功能型:常规型驱动电路是采用通用的集成电路，如 74HC154,74HC595, 74LS374等作为数据装载的主要器件。这种设计，原理简单，价格便宜，且几乎不受器件来源的限制，是目前较为广泛的应用形式。专用型驱动电路，是国内一些有实力的LED显示屏制造厂家，通过先进的技术手段，研究开发出的适合自己产品的专用LED显示屏驱动IC。国外的许多IC制造商也在跟踪这个市场，纷纷推出一些新的驱动IC。这些专用型的驱动IC，有的比较简单，仅仅是提高了原来通用型驱动IC的集成度或驱动能力;有的则比较复杂，是根据自己的产品特点开发出来的。 功能型驱动集成电路是在专用型驱动IC的基础上发展起来的。它不仅可以使显示屏的功能增强，而且还大大简化了系统设计的复杂程度，提高了LED显示屏的整体稳定性，是LED显示屏驱动电路的发展趋势。(2)从实现信息刷新的原理上分，LED显示屏驱动电路又分为扫描型及锁存型两种 ：扫描型是指显示屏4行、8行、16行等n行发光二极管共用一组列驱动寄存器，通过行驱动管的分时工作，使得每行LED 的点亮时间占总时间的 1/n，只要整屏的刷新速率大于50HZ，利用人眼的视觉暂留效应，就可形成一幅完整的文字或画面。这种设计电路结构比较简单，使用元器件较少，成本较低，但由于是分时工作，使得每一行LED的点亮时间减少，使LED的亮度有所降低。这种驱动方式一般用于室内LED显示屏。锁存型驱动是指显示屏上的每一个 LED都对应于一个驱动电路，与扫描型不同，驱动寄存器无需时分工作，每个LED的亮度占空比接近 100%。锁存型驱动如采用常规型的设计方法，则所用元器件较多，成本较高，如采用专用型或功能型IC设计，则成本将大幅度降低。一般室外LED显示屏大多用锁存型驱动。3.2.2 控制系统控制系统负责接收、转换和处理各种外部信号，并以一定的规律和方式将信号传送到LED显示屏上显示。控制系统是LED显示屏中的一个至关重要的组成部分，它的性能以及所能实现的功能，也直接代表了显示屏产品的性能水平。 (1)从实现控制的方式来看，系统控制电路可分为集中式和分散式两种 :集中式控制系统是指LED显示屏仅受一个控制系统指挥，各个显示单元具有共同的数据信号，外同步信号和特别控制时基信号。采用这种方式，需要处理的整屏信息量大，工作时时钟频率较高，控制系统的设计较复杂，但易于管理，系统可靠性高，成本低。分散式控制系统是指显示屏的每一个单元都有自己的控制系统，各显示单元仅有共同的数据信号和外同步信号，而没有共同的特别控制时基信号，采用这种方式，仅需处理一个单元的信息量，其信息量和工作时钟频率都比较低，控制系统的设计也很简单，控制电缆数据量少，控制距离可较大，同时在单元的生产过程中基本上完成了整屏的调试。其结构形式大多为半移动式结构，但采用这种方式时，元器件的成本较高。(2)从显示的实时性可分为同步显示及异步显示两种：同步显示方式是指LED显示屏能同步显示计算机CRT上的信息，可将LED显示屏当作一个计算机的外接大显示器。异步显示方式常用于由单片机控制的显示系统中。在信息显示的实时性要求不高的情况下，单片机通过串口按一定的通讯协议接收来自计算机串口的信号，通过处理后，以一定的规律将数据送至显示屏显示。这类显示屏的功能比较单一，只适用于简单的文字及图形显示。(3)从显示的效果可分为无灰度级显示及多灰度级显示两类：无灰度级显示是指 LED显示屏的每像素点都只有亮与不亮两种状态，且全屏点亮的刷新时间一样长。多灰度级显示是指LED显示屏中每像素点的亮度是可控的如 16级灰度就是指每点的亮度从暗到亮可分为 16级。显然无灰度级显示屏只适用于显示文字或简单的图形，而多灰度级的显示屏就能显示丰富多彩的画面。3.2.3 显示类型LED大屏幕显示可分为静态显示和动态扫描显示两种。静态显示每一个像素需要一套驱动电路，如果显示屏为N*M个像素，则需要N*M套驱动电路;动态扫描显示则采用多路复用技术，如果是P路复用，则每P个像素需一套驱动电路，N*M个像素仅需N*M/P套驱动电路。对动态扫描显示而言，P越大，所需驱动电路就越少，成本也就越低，引线也大大减少，更有利于高密度显示屏的制造。在实际使用的LED大屏幕显示器中，很少采用静态驱动。LED点阵显示模块的显示一般采用动态扫描驱动方式，每次最多只能点亮一行LED。处理器通过和驱动器的协同工作来完成对每一个LED点阵显示模块内每个LED显示点的亮、熄灭控制操作。