LED文献综述

单位代码01

学号090102074

分类号

密级机密

文献综述

浅谈LED点阵广告牌设计

院（系）名称信息工程学院

专业名称电子信息工程

学生姓名王珊

指导教师何红丽

2013 年4月6日

浅谈LED点阵广告牌设计

摘要

LED点阵广告牌显示画面鲜亮、立体感强、画面感很强。由LED点阵设计的电子屏在生活中被广泛应用于各种公共场合，如机场、车站、证券市场、大型建筑、拍卖行、超市、饭店、宾馆、广告等各种场合。能动态显示汉字、数字、字符、图像。LED点阵广告牌已逐步代替了以前的条幅。具有价格低、使用方便、制作简单、低碳环保等优点。本文主要介绍超市、宾馆等场合的LED点阵广告牌。

LED点阵广告牌通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。本课题主要使用LED点阵构成显示模块；AT89C51单片机作为主控制模块，利用简单的外围电路来驱动16×16的点阵LED显示屏。电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。硬件部分主要包括时钟电路、复位电路、MC-51单片机系统、显示模块、行列驱动电路等

关键字：LED 点阵广告牌 AT89C51单片机显示模块电源系统

1 LED广告牌发展背景简介

1.1 LED显示屏的背景

随着集成微电子、光学电子技术、计算机技术、信息技术的迅速发展，LED显示屏巧妙聚集以上技术于一体在各界得到青睐，并在各行各业被广泛应用。，LED 之所以受到广泛重视而得到迅速发展，是与它本身所具有的优点分不开的。这些优点概括起来是：亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定。所以对LED 点阵显示屏的研究成为一重要的课题[1]。

从全球来看，LED产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立产业分布和竞争格局。

我国LED显示屏大约在80年代中期开始使用。LED由于受材料和工艺的限制，视角只有200度至300度，从而限制了LED电子显示屏的发展。而且由于受当时数字电子技术、集成电路技术和控制技术等技术的限制，很难做出高密度、高精度的LED显示屏。颜色主要为红、绿双基色。进入90年代，由于半导体工业的迅猛发展，使LED制造材料和工艺得到改进，在颜色和亮度上面有了质的飞越。蓝色LED晶片研制成功。最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器材工艺技术研究的前沿课题。超高亮度（UHB）是指发光强度达到或超过100mcd的LED,又称坎德拉级LED，全彩LED进入市场。

目前彩色显示所需的三基色红、蓝、绿，以及橙、黄多种颜色的LED都达到了坎德拉级的发光强度，实现了高亮度化、全色化，使LED实现户外全色显示[2]。

1.2 我国LED 屏幕广告牌的发展现状

我国的LED 屏幕广告牌产业发展初具规模，经过几年的发展，基本形成了一批具有一定规模的骨干企业。据不完全统计，至2008 年底，年度销售总额在1 亿元以上的企业有20 多家，其销售总额达50 亿元左右，占行业市场总额的70%以上。全国从事LED 显示屏的各类企业有100 余家。我国LED 屏幕广告牌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。上世纪90 年代初即具备了成熟的16 级灰度256 色视频控制技术及无线遥控等国内先进水平技术，近年在全彩色LED 屏幕广告牌、256 级灰度视频控制技术、集群无经线控制、多级群控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 屏幕广告牌控制专用大规模集成电路也已由国内

企业开发生产并得到应用。在上海世博会的筹建中，LED 屏幕广告牌就得到广泛应用。

1.3 国内外LED显示屏发展趋势

二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，电视、电脑等显示屏的变革已经证明如此，LED显示屏作为主板显示的主导产品之一将有更大发展，并可能平板显示的代表性主流产品。

白光LED是LED产业最被看好的新兴产品，在全球能源短缺的忧虑再度提升的背景下，白光LED在照明市场的前景备受关注。欧美及日本等先进国家也投入大量人力，成立专门研究白光的机构。国外LED显示屏技术主要集中在新材料的开发上，提高显示屏视角效果、能耗等性能。

随着能源紧缺问题越来越突出，LED的重要性和市场空间更加显著。我国的LED 显示核心鉴于我国的LED产业现状，要进入世界先进水平有很大难度。可以充分利用现有研发和生产力量，走合作发展道路。LED也将会卷入经济全球化。

文章通过对当前国内外LED 屏幕广告牌的发展现状的调查了解得知，LED 的发展前景极为广阔。正因为LED的经济全球化，LED行业的竞争日趋激烈。LED目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性以及可靠性、全色化方向发展。[3]

2 LED简介

2.1 LED 工作原理

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，简称LED，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P 区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。

多个LED发光灯组成固定的字符或图形进行显示，即形成LED点阵图文显示屏。

其主要特征是只控制LED点阵中各发光器件的通断（发光或熄灭），而不控制LED的发光强弱。LED点阵的汉字显示方式是先根据所需要的汉字提取汉字点阵（如16×16 点阵），将点阵文件存入ROM，形成新的汉字编码；而在使用时则需要先根据新的汉字编码组成语句，再由MCU根据新编码提取相应的点阵进行汉字显示[4]。

2.2 LED 点阵显示特点

LED点阵显示具有如下特点：

(1) 电压：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一种比使用高压电源更安全的电源。

(2) 效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少80%。

(3) 适用性：每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。

(4) 稳定性：10万小时，光衰为初始的50%。

(5) 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级。

(6) 对环境污染：无有害金属汞。

(7) 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光[3]。

1.3 LED应用领域

由于LED的众多优势，在市场中得到了广泛的应用，主要应用领域有：

(1)信号指示应用：信号照明是LED单色光应用比较广泛也是比较早的一个领域，约占LED应用市场的4%左右。

(2)显示应用：指示牌、广告牌、大屏幕显示等，LED用于显示屏幕的应用约占LED 应用的20%—25%，显示屏幕可分为单色和彩色。

(3)照明应用：便携灯具，汽车用灯，特殊照明。由于LED尺寸小，便于动态的亮度和颜色控制，因此比较适合用于建筑装饰照明。背光照明：普通电子设备功能显示背光源、笔记本电脑背光源、大尺寸超大尺寸LCD显示器背光源等。以及投影仪用RGB 光源。

3 LED 点阵广告牌的系统介绍

LED 显示屏，又叫电子显示屏或者飘字屏幕，是由LED 点阵组成，通过灯珠的亮灭来显示文字、图片、动画、视频，内容可以随时更换，各部分组件都是模块化结构的显示器件。通常由显示模块、控制系统及电源系统组成。显示模块由LED 灯组成的点阵构成，负责发光显示；控制系统通过AT89C51单片机控制相应区域的亮灭，可以让屏幕显示文字、图片、视频等内容，恒舞动卡主要是播放动画的；电源系统负责将输入电压电流转为显示屏需要的电压电流。LED 屏幕广告牌系统也分为硬件系统与软件系统。[4]（一）硬件系统

1.上位机。上位机直接选用通用PC 机，其任务是完成显示信息的录入和编辑，再经过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED 显示屏对应的点阵数据，并通过PC 机的串行口将点阵数据转存到手持发射机中。

2.手持发射机。发射机由单片机、键盘、编码器、发射器、串行通信接口和UPS 供电系统组成。其作用是将上位机传来的点阵数据和面板键盘上接收到的命令经编码、调制后，以码分多址通信方式转发给户外的用户群，并可现场设置和调试显示屏的显示格式。

3.接收机。接收机和显示模块由接收器、译码器、单片机、显示驱动及供电系统组成。其作用是将接收到的高频信号经放大整形、解调译码后，再并行输出给单片机，由单片机对接收数据进行识别、转存，实时改变显示方式和显示内容，并驱动LED 显示屏。

4.显示屏。LED 显示屏，主要负责责接收来自计算机串行口或DVI 接口的画面及视频显示信息，置入帧存储器，按分区驱动方式生成LED 显示屏所能识别的串行显示数据和扫描控制时序。[6]

显示屏系统包括异步控制系统与同步控制系统。

(1)异步控制系统。LED 显示屏异步控制系统又称LED 显示屏脱机控制系统或脱机卡，主要用来显示各种文字、符号和图形或动画为主。画面显示信息由计算机编辑，经RS232/485 串行口预先置入LED 显示屏的帧存储器，然后逐屏显示播放，循环往复，显示方式丰富多彩、变化多样。其主要特点是：操作简单、价格低廉、使用范围较广。LED 显示屏简易异步控制系统只可以显示数字时钟、文字、特殊字符。LED 显示屏图文异步控制系统除具有简易控制系统的功能外，最大的特点是可以分区域控制显示屏幕内容。支持模拟时钟显示、倒计时、图片、表格及动画显示。具有定时开关机、温度控制、湿度控制等功能。

(2)同步控制系统。LED 显示屏同步控制系统，主要用来实时显示视频、图文、通知等。主要用于室内或户外全彩大屏幕显示屏。LED 显示屏同步控制系统控制LED 显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器，它以至少60 帧/ 秒更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像，通常具有多灰度的颜色显示能力，可达到多媒体的宣传广告效果。其主要特点是：实时性、表现力丰富、操作较为复杂、价格高。一套LED 显示屏同步控制系统一般由发送卡、接收卡和DVI 显卡组成。

（二）软件系统

该系统的软件主要由三大模块组成，即上位机主控程序、发射机主控程序和接收机主控程序。

1.上位机主控程序。上位机主控程序实际上包括显示信息生成程序、显示点阵转换程序和串口通信程序，是三大主控程序中结构最复杂的一部分。显示信息生成程序完成显示图像和文字的录入、编辑及动画效果设计。该程序首先采用WINDOWS 平台下的主控程序与底层通信软件结合，通过串行及并行通信口完成用户对源文件、INTERNET 接口及其他输入设备的多参数录入。在此基础上用VisualC++语言设计了主控软件，生成动画，并通过界面和对话框的形式实现了对整个上位机系统的可视化控制。显示点阵转换程序就是将生成的显示信息通过点阵抽取和移动算法将显示信息转换为LED 显示屏对应的点阵数据。对于彩色显示屏，需要将图像信息的RGB 三基色数据分别抽样，并分块存储、顺序转发；对于连续的动画图像，要按帧分别计算偏移量，关键是背景图像与动画文字要同步。该部分的软件在TURBOC3.0 的环境下编写的。

2.发射机主控程序。发射机主控软件的功能是通过串行口接收上位PC 机发送来的图像点阵，读取键盘命令，并向编码器串行发送操作命令或显示数据。该部分的软件是在KeilC51 环境下编写的，它可以将C 语言直接翻译成汇编语言，生成二进制码写入单片机，这样编写效率高一些。程序是依靠中断方式来工作的，开机后等待串行口和INT0 的触发。当串行口触发，则表明PC机有图像点阵数据传来，单片机立即接收点阵数据存于RAM 中；当INT0 触发，表明键盘有动作，立即接收键值判断命令的类别，并向接收机发送图像点阵数据或者操作命令。[7][8]

3.M接收机主控程序。该部分软件的功能是完成对接收数据的识别、存储、变换和显示驱动，并可实现本地本机的自检，显示固化图像。当接收装置的译码芯片有输出时，单片机就中断当前的显示，接收标志字，然后判断此标志字的内容，确定将接收的是图

像点阵还是操作控制命令。若是点阵数据，就将其连续接收存放到一个显示缓冲数据库中，按当前的方式显示；若是命令，则立刻改变显示方式。其中，关键的是图像上、下、左、右移动的实时实现。

具体实现方法如下：

(1)图像的上下移动将一图像点阵中的上一行数据赋给BUF 中对应的下一行，直到一个图像的移完为止；再移下一个图像的点阵。上移的过程类似。

(2)图像的左右移动将一图像的每一行数据向左移位，将移位后的点阵存放于BUF 之中，即可显示。右移的过程类似。

LED 屏幕广告牌动画设计功能文字或图形相对于背景移动，缩放自然，发射机设置功能、接收机自功能正常，发射机待机时间、遥控距离、缓存空间、接收显示系统功耗等均满足以上参数要求才能通过测试。遥控型LED 屏幕广告牌增强了广告牌的实用性与稳定性，使信息显示灵活，容易人工控制。

总结

综上所述，LED点阵广告牌使用方便、制作简单亮度高、工作电压低、功耗小、小型化、寿命长、耐冲击和性能稳定，可以说LED点阵广告牌已经深深融于我们的生活。发展前景广阔，市场生命力旺盛。

但是机遇中同时孕育着挑战，在科技竞争如此激烈的今天，我们如何去应对才能不败呢？我国的电子行业起步相对较晚，许多核心部件都靠进口。随着能源紧缺问题越来越突出，LED的重要性和市场空间更加显著。我国的LED显示核心鉴于我国的LED产业现状，要进入世界先进水平有很大难度。可以充分利用现有研发和生产力量，走合作发展道路。要通过创新生产更人性化、更智能、更环保的产品才能在广阔的市场拥有一席之地。LED目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性以及可靠性、全色化方向发展。

黄河科技学院毕业论文（文献综述）第10页参考文献：

［1］潘矜矜，杨小劲一种LED点阵汉字显示屏的制作福建电脑2006年第3期［2］戚玉松合肥机场电子显示系统的设计硕士学位论文 2001年8月

［3］郭兆正 LED点阵显示屏系统设计渤海大学学报（自然科学版）2005年4月［4］褚昌晨 LED显示屏系统原理及工程技术成都电子科技大学出版社 2000 ［5］刘丰简易LED点阵显示屏系统的设计科技信息 2011年第30期

［6］李志东 LED显示屏控制系统及驱动程序的研究与设计硕士学位论文 2001年5月

［7］梁纯，王军基于MCS-51单片机的LED点阵图文显示屏设计工矿自动化 2005年5月

［8］韩志军，沈晋源，五振波单片机应用系统设计-入门向导与设计实例机械工业出版社 2005年1月

［9］张晓东如何解决LED应用中的一些难题，计算机应用研究98年第3期