LED大屏幕系统设计

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【摘要】随着信息时代高新技术的飞速发展，人们对及时获取并显示各类信息的愿望日益强烈，由此带动了信息传媒的飞速发展，发光二极管（led）显示屏就是信息显示的重要传媒之一. 目前各种大屏幕LED显示屏的控制常采用8位或16位的微处理器，但由于这些微处理器系统的运行速度、寻址能力和功耗等问题，已难满足显示区域较大、显示内容切换频繁的相对较复杂的应用场合

【关键字】LED显示屏；LED显示系统；ARM微处理器

现代社会已经迈入信息化时代，大量的信息通过“信息高速公路”传送着，图像是人们感受信息的直接方式之一.研究表明，在人们经各种感觉器官从外界获得的信息中，近2/3的信息是通过眼睛获得的而图像显示技术正是为人们提供各种各样重要信息的一个窗口.进入20世纪以来，显示技术作为人机联系和信息展示的窗口已应用于社会生活的各个方面.目前已经开发和应用的各类显示设备有：液晶显示器、等离子体显示器、场发射显示器、真空荧光显示器、发光二极管（LED）等等。其中，LED作为一种新型的显示设备，从一问世，就引起了世人的极大关注。

一、LED大屏幕的应用

发光二极管（LED）是六十年代末发展起来的一种半导体显示器件。七十年代，随着半导体材料合成技术、单晶制造技术和P-N结形成技术的研究进展，发光二极管在发光颜色、亮度等性能方面得以提高，并迅速进入批量化和实用化..进入八十年代后，开始出现平板显示产品即LED显示屏. 大屏幕LED显示屏是一种新型的信息显示媒体，它是利用发光二极管点阵模块或像素单元组成的平面式显示屏幕，以发光效率高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比高、组态灵活、色彩丰富等特点。在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用. 随着计算机技术和半导体技术的发展，把计算机技术和先进的半导体技术连接起来，使LED大屏幕显示系统成为集计算机控制技术、视频技术、光电子技术、微电子技术、通信技术、数字图象处理技术为一体的显示设各.它已成为既可以播放来自于计算机的动态视频信息，也可以播放来自存储设备的静态图象的综合的多功能的大型显示设备.

LED显示屏的应用涉及到社会经济的许多领域，主要包括：

（1）机场航班、港口、车站旅客引导信息显示.以LED显示屏为主体的信息系统和广播系统、票务信息系统、列车到发显示系统等共同构成客运枢纽的自动化系统.

（2）证券交易、金融信息显示.在证券行情屏、银行汇率屏、利率屏等方面应用占铰大比例，是LED显示屏的主要需求行业.

（3）邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示.

（4）道路交通信息显示.随着智能交通系统的兴起，在城市交通、高速公路等领域，LED显示屏作为可变情报板、限速标志等也有较大发展。

（5）高校教学管理信息显示.为学生、教师提供方便快捷的获取信息的手段，为最大限度地减少教学事故、维护良好教学警理提供帮助.

（6）室外产品广告及信息.

二、大屏幕发展

目前LED电子显示屏的显示向更高亮度、更高耐气候性、更高的发光均匀性、更高的可靠性、全色化、多媒体方向发展，系统的运行，操作与维护也向集成化、网络化、智能化方向发展.二十一世纪的显示技术将是平板显示的时代，LED显示屏作为平板显示的主导产品之一将有更大的发展.

（1）高亮度、全彩化 蓝色及绿色超高亮度LED产品出现以来，成本逐年快速降低，使LED全彩色显示屏产品成本下降，推广速度加快.同时，随着控制技术的发展和屏体稳定性的提高，使全彩色LED显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满足户外全天候的环境条件要求.

（2）标准化、规范化 材料、技术的成熟及市场价格基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为LED显示屏发展的一个趋势.近几年业内的发展中，几番价格回落调整达到基本均衡后，产品质量、系统的可靠性等将成为主要的竞争因素，这就对LED显示屏的标准化和规范化有了 基于ARM的以太网LED显示屏控制器研究 。 较高的要求.行业规范和标准体系的形成，IS09000系列标准的应用，使LED显示屏行业的发展趋于有序。

（3）产品结构多样化 随着信息化社会的形成，信息领域愈加广泛，LED显示屏的应用前景更为广阔.预计大型或超大型LED显示屏为主流产品的局面将会发生改变，适合于服务行业特点和专业性要求的小型LED显示屏会有较大提高，面向信息服务领域的LED显示屏产品门类和品种体系将加丰富，部分潜在市场需求和应用领域将会有所突破，如公共交通、停车场、餐饮、医院等综合服务方面的信息显示屏需求量将有更大的提高，大批量、小型化的标准系统LED显示屏在LED显示屏市场总量中将会占有多数份额.总之，在LED大屏幕材料研制方面，单色、多色LED点阵模块产品已经很成熟，目前的发展方向为全彩色LED显示屏；在产品方面，LED大屏幕朝标准化、大型化和小型化的方向发展.

三、LED大屏幕系统组成

发光二极管（1ight emitting diode.LED），是一种把电能变成光能的特种器件，当电流所示通过它的时候，可以产生可视的光。发光二极管的结主要由刚结芯片、电极和光学系统构成.我们知道，发光是一种能量转化现象.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，这些少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器件施加正向电压时，流过它的正向电流使其发光，因此LED的驱动问题就是解决如何使其PN结处于正向偏置的问题，而且为了控制它的发光强度，还要解决其正向电流的调节问题，具体的驱动方法可以分为直流驱动，恒流驱动和脉冲驱动等。

LED显示屏的驱动方式 LED显示屏的驱动方式括：控制驱动方式。串行驱动方式，就是将显示的数据通过串行方式送入点（列）驱动电路。

基色单元板电路组成分析：LED显示屏通常由若干LED点阵显示模块组成，用于显示的 8×8 双色 LED 显示点阵模块，每块有 64 个 LED.而单个8×8点阵模块会给面积较大的LED显示屏的生产和安装带来很多问题.为了加快LED显示屏推广和产品化程度的提高，LED厂商推出了组装LED 显示屏的基本单元――LED单元板。

四、LED系统功能

基于ARM微处理器的LED显示屏控制器是系统的核心，ARM微处理器完成LED显示屏的动态扫描控制PC机用于后级管理和控制.

五、硬件组成

系统的硬件电路由以下三部分组成：大屏幕LED显示屏；基于32位ARM嵌入式微处理器组成的控制电路及动态扫描电路；PC机与基于ARM微处理器的通信电路.

1 LED显示屏 LED显示屏由LED点阵显示器构成，采用逐行动态扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲驱动，逐次不断地对显示屏的各行进行选通，同时又向各列送出表示图形或文字信息的脉冲信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息.

2 基于ARM微处理器组成的控制电路及动态扫描电路 基于ARM微处理器组成的控制电路及动态扫描电路ARM微处理器目前包括下面几个系列：ARM7系列、ARM9系列、ARM9E系列、ARM10E系列、SecurCore系列等，这些处理器除了具有ARM体系结构的共同特点以外，每一个系列的ARM微处理器都有各自的特点和应用领域[24].如果希望使用标准Linux等操作系统，就需要选择ARM720T以上带有MMU功能的ARM芯片.而ARMTTDMI则没MMU，不支持标准Linux，但目前有uCLinux操作系统等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上，使用也非常方便.大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大，需要用户在设计系统时外扩存储器.除ARMI微处理器核以外，几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域，扩展了相关功能模块，并集成在芯片之中，即为片内电路.

LED做为现代电子产品，应用越来越广。相信本文的简单介绍会为LED的使用者带来一些简单的了解。希望LED技术越来越成熟，为人民的生活带来无限的生机。