LED显示屏的组成

LED显示屏的组成

姓名：彭兵

学号：0809131070

班级：08通信工程

一 LED显示模块结构

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 8*8点阵外观及引脚图

图2 8*8点阵等效电路

二 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3 LED显示系统构成

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。

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。

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。

数据采集器从显示卡上获取显示数据并转化为帧控制器所需的数据格式。帧控制器从数据采集器上获得数字化的显示信号后，经过筛选、拾取后，将需要在LED 显示屏上显示的内容转换为扫描板所需要的数据格式。也就是说，帧控制器将计算机的标准接口获取控制信号，使用户能通过计算机的应用软件（LED 管理工具）完成对LED 屏的控制和调节，使帧控制器不但能适应各种不同规格的LED 屏，还能调节整屏的亮度和各色的全屏亮度功能，使LED 屏具有出色的节能效果。当主控计算机与LED 屏相距较远时，可利用帧控制器上的长线发送电路和长线接收卡完成帧控制器与扫描板之间的数据传输。行控器以串行级联的方式连接，从而完成数据在显示屏上某一方向的分配。各行控制器能从其级联总线上获取其所需的显示数据。由于在级联中加入了定位信息，所以行控制器无须外部设置即可自动定位。因此在全系列的LED 控制系统中，行控制器就成为一种通用的标准部件。显示单元模块是由LED 显示控制芯片及其外围电路组成。显示单元模块也是以串行级联方式来完成显示数据在LED 屏上的另一个方向上的数据分配。在扫描板控制下，显示单元模块重复显示的频率不低于120Hz，且控制输出引脚上输出的是一个带有非线性视觉

纠正的具有256级灰度的以占空比形式表示的灰度值。

三 LED显示屏的硬件原理

LED显示屏由控制系统、驱动系统和显示器件组成，其中微处理器控制系统是整个显示屏的核心。屏体的主要部分是显示点阵，还有行列驱动电路。系统显示点阵采用8X8单色显示单元。控制电路采用动态扫描驱动方式驱动LED器件，每两行一个控制器，控制完成整个显示电路的行列驱动。LED显示屏的系统硬件结构框图如图4 所示:

图4 系统硬件结构框图

LED大屏幕是由众多点阵模块排列而成。本系统由于横向点阵的列数较多，若采用列扫描方式来刷新点阵，有两点不足:一是点阵亮度受影响，二是整个屏幕的刷新频率随着列数的增加而降低。为了避免列扫描的不足，可以采用行扫描方式。这种扫描方式从每行模块的第一行LED顺次到该行模块的最后一行LED依次点亮模块的每一行。对于由8xS的模块构成的点阵来说，只要8次即可将每个模块刷新一次，也就是将屏幕刷新一次。LED显示屏作为一个单独的显示硬件，它能

够将外来数据转换成图像显示出来。这个过程由硬件驱动程序来控制和实现。

显示过程是这样的:首先控制显示的单片机接收LED屏主控微机传来的数据(按照通信协议组织的数据);接着，主控程序将数据转换成屏幕显示的图形，存储到显存；再按照扫描顺序与屏幕对应关系，将显存内容转换成扫描内容;再将数据输出到控制单个LED模块的数据锁存器;最后扫描锁存器中的数据，刷新屏幕。