基于单片机的电子显示屏设计Word格式文档下载.docx

1、第1章 LED显示屏的基本概述1.1 LED显示屏的发展历程LED诞生于1923年，罗塞夫在研究半导体时发现掺有杂质的P-N结，通电后会有光发射出来，由此研制出了发光二极管（LED：light emitting diode），但之后LED的应用一直不受重视。随着电子工业的快速发展，在60年代，显示技术得到迅速发展，人们研究出PDP激光显示等离子显示板、LED液晶显示器、发光二极管LED、等多种显示技术。由于半导体的制作和加工工艺逐步成熟和完善，发光二极管已日趋在固体显示器中占主导地位。LED之所以受到广泛重视并得到迅速发展，是因为它本身有很多优点。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性和发光密度、发

2、光均匀性、全色化发展。LED大屏幕的发展呈现如下几个发展阶段：（1） 第一代：单色LED显示屏以单红色为基色，显示文字及简单图案为主，主要用于通知、通告及客流引导系统。（2） 第二代：双基色多灰度显示屏以红色及黄绿色为基色，因没有蓝色，只能称其为伪彩色，可以显示多灰度图像及视频，目前在国内广泛应用于电信，银行，税务，医院，政府机构等场合，主要显示标语，公益广告及形象宣传信息。（3） 第三代：全彩色（full color）多灰度显示屏以红色，蓝色及黄绿色为基色，可以显示较为真实的图像，目前正在逐渐替代上一代产品。（4）第四代：真彩色（true color）多灰度显示屏以红色，蓝色及纯绿色为基色，

3、可以真实再现自然界的一切色彩（在色坐标上甚至超过了自然色彩范围）。可以显示各种视频图像及彩色广告，其艳丽的色彩，鲜亮的高亮度，细腻的对比度，在宣传广告领域应用具有极好的视觉震撼力。真彩色5mm户内大屏幕属于上述第四代产品。它具有高亮度，不受环境亮度影响，厚度薄，占用场地小，色彩鲜艳丰富，视角宽，可以在宽敞的厅堂环境应用，没有拼接图像损失。1.2 LED显示屏市场应用领域LED显示屏的应用涉及社会经济的许多领域，主要包括：证券交易、金融信息显示,机场航班、汽车站动态信息显示，港口、车站旅客引导信息显示，体育场馆信息显示，道路交通信息显示，调度指挥中心信息显示等领域。随着技术的进步、成本的降低，L

4、ED显示屏将更多的被各行业所采用。1.3 LED显示屏的分类LED显示屏的分类有好多种，有按使用环境、显示颜色、显示功能等。具体分类如表1-1所示。表1-1 LED显示屏的分类分类方式 品 种说 明使 用 环 境 室内LED显示屏 室内LED显示屏在室内环境下使用，此类显示屏亮度适中、视角大、混色距离近、重量轻、密度高，适合较近距离观看。室外LED显示屏 室外LED显示屏在室外环境下使用，此类显示屏亮度高、混色距离远、防护等级高、防水和抗紫外线能力强，适合远距离观看。显 示 颜 色 单基色LED显示屏 单基色LED显示屏由一种颜色的LED灯组成，仅可显示单一颜色，如红色、绿色、橙色等。双基色L

5、ED显示屏 双基色LED显示屏由红色和绿色LED灯组成，256级灰度的双基色显示屏可显示65,536种颜色（双色屏可显示红、绿、黄3种颜色）。全彩色LED显示屏 全彩色LED显示屏由红色、绿色和蓝色LED灯组成，可显示白平衡和16,777,216种颜色。显 示 功 能 图文LED显示屏 （异步屏）图文LED显示屏可显示文字文本、图形图片等信息内容。可联网脱机显示。视频LED显示屏（同步屏）视频LED显示屏可实时、同步地显示各种信息，如二维或三维动画、录像、电视、影碟以及现场实况等多种视频信息内容。第2章 LED显示屏的性质及原理2.1 LED显示屏的分类 2.1.1 异步屏一般由显示单元板（模

6、组）、控制卡（条屏卡）、开关电源、组成通过串口线与计算机连接，进行显示文字的更改，之后可以脱开计算机工作。图2-1是异步显示屏组成。图2-1 异步屏2.1.2 同步屏同步屏系统比较复杂，系统可大可小，一般由计算机、DVI显卡、数据发送卡、同步数据接收卡、HUB板、网线、LED显示屏等组成。系统始终需要联机计算机工作，将计算机上的图像文字显示在LED大屏幕上。图2-2就是一个同步屏系统。图2-2 同步屏2.2 LED显示屏涉及的相关概念2.2.1 像素像素是LED显示屏的最小成像单元。俗称“点”或“像素点”。图2-3是一个以红绿像素的单元板。图2-3 由2红2绿组成1个显示像素点2.2.2 显示

7、模块若干个显示像素组成的，结构上独立的组成LED显示屏的最小单元。室内屏用的是8x8的显示模块，即每个显示模块有64个像素。图2-4是一个点阵模块。图2-4 点阵模块的正反面室外屏使用的是单个的灯珠（图2-5），通常由1-3个相同或不同颜色的灯珠组成模块的一个像素点。图2-5 显示屏模块如上面左图的室外屏模组就是由2个红色灯珠组成1个显示像素点显示模组。由电路及安装结构确定的并具有显示功能的组成LED显示屏的独立单元。简单说就是为便于组装和显示，出厂的半成品通常是以显示模组形式提供的，将多个显示模块加显示驱动做在一起。室内屏俗称“单元板”；室外屏俗称“模组”，再将若干个模组加上机箱、风扇、电源

8、等构在一起成为“箱体”，多用于大型的全彩屏。室内屏单元板通常有64x32（64列32行、由32个模块组成）、64x16（64列16行、由16个模块组成）等。图2-6是一个16x32的单元板：图2-6 室内屏单元板反正面图2-7 16x8（2红）的室外屏模组加了防水结构用于全户外，如图2-7，我们可以看到塑料壳体，最右侧是它的整个结构刨图：显示板上插的是灯珠、背板上是显示驱动电路，这是分体结构的，也有的是将显示板和显示驱动电路做在一块电路板上的整体结构的，下面的两个图我们可以看到区别。面板、后壳其实是一个塑料罩壳，面板上对应灯珠位置开有孔，以使灯珠漏出头，后壳上有用于安装的螺丝孔或磁柱，使模块便

9、于组装，模块的前面灌有显示屏专用的防水胶。将单元板/模组/箱体按一定方式拼接在一起，加上控制卡/控制系统、电源和框架等就构成为LED显示屏。图2-8是LED显示屏屏体。图2-8 室外屏：显示模组+控制卡+电源2.2.3 点距点距就是2个像素点之间的距离。主要是取决于观看者的距离。通常点距的概念用于室外屏，有P6、P7.62、P8、P10、P12、P16、P20等，以毫米mm为单位。室外屏观看距离一般在30米内，采用不大于P16（16mm）的模组。点距越密，显示出来的字笔画越细腻，单位面积像素点越多，显示屏成本越贵。2.2.4扫描方式扫描方式决定了模组之间连接的形式，扫描方式有1/16、1/8、

10、1/4、1/2、静态这几种。因为LED显示屏是逐行刷新显示的，扫描方式也就决定了显示刷新的方式，如1/16就是每次刷新1行，16行为一个扫描周期，需ABCD四个信号控制；1/8就是每次刷新1行，8行为一个扫描周期，需ABC三个信号控制；其它依次类推。如果采用相同的LED灯，1/16扫的亮度要比1/8低，静态（1/1）的亮度是最高的。户内的屏一般采用1/16扫，户外和半户外的一般采用1/16或者1/8。对于放置在屏经常受到猛烈阳光照射的环境，就最好用1/4扫描。具体扫描方式如表2-1所示。表2-1 芯片的扫描方式扫描方式走线描述图示1/16（十六分之一）扫描16.0：直行走线，一路数据带16行。

11、1/8（八分之一）扫描8.0：一路数据带8行。8.1：上蛇行，一路数据带16行，8行折列。8.2：下蛇行，1/4（四分之一）扫描4.0：一路数据带4行。4.1：4.2：下蛇行，一路数据带16行，8行折列。4.3：上蛇行，一路数据带8行，8行折列。2.3 LED显示屏显示原理图2-9是以一个8x8的点阵LED结构。图2-9 X8的点阵LED结构从图上看，8X8 点阵共需要64 个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置高电平，某一列置低电平时，则相应的二极管就亮。将许多这样的模块组合在一起，就是我们通常说的单元板/模组，而驱动其显示需要显示驱动电路和诸如单片

12、机之类的智能控制芯片。通常我们的单元板/模组是带有显示驱动电路的，我们还需要带有单片机的控制卡才能将我们所需要显示的文字/图形显示在屏幕上。电路原理图示如图2-10所示：图2-10 显示屏电路图无论文字还是图形都是由点阵组成的，比如我们常用的汉字，完整的点阵由16x16、32x32等等，每个点就是一个像素点。显示原理如下:现以“巴音”为例，将红点处（点亮的像素点）定义为1，黑点处（不亮的像素点）定义为0，就可以编写成能在单片机中保存的字型格式：0x00,0x00,0x00,0x00,0x03,0x02,0x00,0x00,0x13,0x1F,0x1F,0x18,0x00,0x00,0x01,0

13、x00,0x000x22,0x21,0x20,0x28,0x23,0x2F,0x2F,0x280x32,0x31,0x30,0x38,0x30,0x30,0x30,0x300x42,0x41,0x40,0x48,0x40,0x40,0x40,0x480x52,0x51,0x50,0x58,0x50,0x50,0x54,0x54,0x50,0x62,0x61,0x60,0x60,0x68,0x6F,0x6F,0x6F,0x6E0x72,0x7F,0x7F,0x78,0x70,0x70,0x70,0x700XB2,0xB0,0XB0,0XB2,0XB1,0xBF,0xBF,0xBF,0Xb00xC

14、2,0xC0,0xC1,0xC0,0xC1,0xC0,0xC1,0XCf0xE1,0xEF,0xEF,0xEE,0xE1,0xEF,0xEF,0xE00xF0,0xF0,0xF0,0xF0,0xF1,0xF1,0xF1,0xF0。这是16x32的点阵汉字，每个汉字32个字节。每个字节都是8位，这样一共送出了8x8=64位（列），送出这些位信号是通过DI信号端送出的（串行送出），在每送出1位时CLK信号端都要高低变换一次，称为串行移位，使得64位（列）的每一位都被移送到了74HC595的输入端口上。送出锁存信号STB，即STB信号高低变换一次，这样74HC595的输入端口上64位（列）数据就被送

15、到74HC595的输出上，一行显示就出来了。锁存信号也使得下一行数据串行移位送出不会影响到上一行的显示。由单片机再通过74LS138变换ABCD的组合，选出下一个显示行。重复的过程，但送出的数据相应的向后移动。行选择也是从第1行到第16行。16行显示一遍称为一个显示刷新周期，无论LED显示屏的大小如何，一个显示刷新周期必须在20毫秒以内完成，否则会出现闪动，单片机速度很快，32行200列以内的显示通常是没有问题的。但当LED显示屏更大时就要选择速度更快的单片机或DSP来完成了。完成LED显示的功能是由控制卡来实现的，无论简单的单色屏还是复杂的全彩屏，显示原理都是一样的，很简单。但如要实现诸如左

16、右移动、飞入飞出、嵌色变换等特殊效果，还需要在单片机或DSP上编写非常复杂的算法程序，却不是一般人能做到的。好在现在有上百家控制卡生产研发的厂家公司，他们推出有性能各异的控制卡可以供我们选择，我们一是要看他们的功能，还要看他们能支持的LED屏像素点，功能越多、支持的像素点越多，价格越贵。2.4 单元板/模组认识室内屏、室外屏、全彩屏等其显示原理都是一样的，而最大的区别就在于显示板的不同，下面我们分别来认识不同的显示单元板/模组。（1） 室内单元板（图2-11）：图2-11 室内单元板（2） 半户外模组（图2-12）：图2-12 半户外模组（3） 全户外模组（2-13）：图2-13 全户外模组2

17、.5 显示板芯片简介认识显示板元件工作原理也是对于组装和维修的基础，驱动芯片主是: 74HC245/244，74HC595，74HC138，4953。2.5.1 74HC24574CH245（图2-14）是信号功率放大器。控制信号是比较弱的，在信号传递过程中需要将它的功率进行放大。图2-14 74HC245的工作图引脚说明：第1脚DIR，为输入输出端口转换用，DIR=“1”高电平时信号由“A”端输入“B”端输出，DIR=“0”低电平时信号由“B”端输入“A”端输出。第2-9脚“A”信号输入输出端，A1=B1A8=B8，A1与B1是一组，如果DIR=“1”G=“0”则A1输入B1输出，其它类同。

18、如果DIR=“0”G=“0”则B1输入A1输出，其它类同。第11-18脚“B”信号输入输出端，功能与“A”端一样，不再描述。第19脚G，使能端，若该脚为“1”A/B端的信号将不导通，只有为“0”时A/B端才被启用，该脚也就是起到开关的作用。第10脚GND，电源地。第20脚VCC，电源正极。2.5.2 74HC13874HC138是一个八位二进制译码器， 74HC138（图2-15）的作用是用来选择显示行，一个74HC138可以选择8行中的一行，所以单元板/模块上有2块74HC138，这样就可以在16行中选择1行显示。图2-15 74HC138第8脚GND，电源地。第15脚VCC，电源正极。第1

19、-3脚A、B、C，二进制输入脚。第4-6脚片选信号控制，只有在4、5脚为“0”6脚为“1”时，才会被选通，输出受A、B、C信号控制。其它任何组合方式将不被选通，且Y0-Y7输出全为“1”。通过控制选通脚来级联，使之扩展到十六位。2.5.3 74HC59574HC595，LED驱动芯片，8位移位锁存器用于驱动显示列，每片74HC595可以驱动8列，多片74HC595串接在一起，串行列数据信号RI（DATA）、锁存信号STB、串行时钟信号CLK都在这个芯片上。图2-17 74HC595第16脚VCC，电源正极。第14脚DATA，串行数据输入口，显示数据由此进入，必须有时钟信号的配合才能移入。第13

20、脚EN，使能口，当该引脚上为“1”时QA-QH口全部为“1”，为“0”时QA-QH的输出由输入的数据控制。第12脚STB，锁存口，当输入的数据在传入寄存器后，只有供给一个锁存信号才能将移入的数据送QA-QH口输出。第11脚CLK，时钟口，每一个时钟信号将移入一位数据到寄存器。第10脚SCLR，复位口，只要有复位信号，寄存器内移入的数据将清空，显示屏不用该脚，一般接VCC。第9脚DOUT，串行数据输出端，将数据传到下一个。第15、1-7脚，并行输出口也就是驱动输出口，驱动LED。2.5.4 49534953是LED显示屏的行驱动管，功率管每一显示行需要的电流是比较大的，要使用行驱动管，每片495

21、3可以驱动2个显示行。图2-18 CMOS其内部是两个CMOS管（图2-18），1、3脚VCC，2、4脚控制脚，2脚控制7、8脚的输出，4脚控制5、6脚的输出，只有当2、4脚为“0”时，7、8、5、6才会输出，否则输出为高阻状态。2.5.5 TB62726TB62726（图2-19）的作用是LED驱动芯片，16位移位锁存器。有些单元板/模组使用TB62726代替74HC595，一片TB62726可以驱动16列，仅此而已。图2-19 TB62726及引脚第1脚GND，电源地，第24脚VCC，电源正极，第2脚DATA，串行数据输入，第3脚CLK，时钟输入，第4脚STB，锁存输入，第23脚输出电流调

22、整端，接电阻调整，第22脚DOUT，串行数据输出，第21脚EN，使能输入，其它功能与74HC595相似，只是TB62726是16位移位锁存器，并带输出电流调整功能，但在并行输出口上不会出现高电平，只有高阻状态和低电平状态。74HC595并行输出口有高电平和低电平输出。第3章 控制卡及电源工作原理3.1 控制卡及信号生产控制卡的厂家很多，控制卡的功能大同小异，可根据易使用、服务好、价格优的原则选择。下面这块控制卡可以控制1/16扫的256x16个点的双色屏幕。该控制卡属于异步卡，就是说，该卡可以断电保存信息，不需要连接PC都可以显示储存在里面的信息。采购单元板和控制卡的时候，应注意接口的一致，常

23、用的接口16PIN 08接口，其它接口还有12接口、04接口等。表3-1是数据传输口接口示意。表3-1 数据传输接口2ABCDG1G2STBCLK161NENR1R215解释：ABCD 为行选信号。STB（LT）为锁存信号。CLK（CK）为时钟信号。R1，R2，G1，G2为显示数据（组成16行时用到R1、G1，组成32行时， 下面16行用到R2、G2），若是单色只需要R信号，双色时才用到G信号，EN为显示使能，N为地（GND）。确认单元板和控制卡的接口一致，就可以直接连接了。如果不一致，就需要自行制作转换线 。下面是控制卡组成的作用。（1） CLK时钟信号：提供给移位寄存器的移位脉冲，每一个脉

24、冲将引起数据移入或移出一位。数据口上的数据必须与时钟信号协调才能正常传送数据，数据信号的频率必须是时钟信号的频率的1/2倍。在任何情况下，当时钟信号有异常时，会使整板显示杂乱无章。（2） STB锁存信号：将移位寄存器内的数据送到锁存器，并将其数据内容通过驱动电路点亮LED显示出来。但由于驱动电路受EN使能信号控制，其点亮的前提必须是使能为开启状态。锁存信号也须要与时钟信号协调才能显示出完整的图象。在任何情况下，当锁存信号有异常时，会使整板显示杂乱无章。（3） EN使能信号：整屏亮度控制信号，也用于显示屏消隐。只要调整它的占空比就可以控制亮度的变化。当使能信号出现异常时，整屏将会出现不亮、暗亮或

25、拖尾等现象。（4） ABCD行信号：只有在动态扫描显示时才存在，ABCD其实是二进制数，A是最低位营销管理，如果用二进制表示ABCD信号控制最大范围是16行（1111），1/4扫描中只要AB信号就可以了，因为AB信号的表示范围是4行（11）。3.2 单元板上显示接口显示接口是用用于连接控制卡和单元板/模组之间连接，已将控制信号传递。由于存在不同的扫描方式，也就有不同的接口，使用得最多的是08接口，12接口和04接口。不同的接口主要是信号线的排列顺序不一样，原理是一样的。室内屏多用08接口，室外屏所采用接口非常杂乱，使用12接口的较多，但12接口也不是户外屏的唯一接口。选择控制卡和单元板/模组时，应尽量选择接口一致的，若买到了不一致的接口，也可以根据学到的原理进行