LED顯示屏技術與控制系統研究

李鵬程

（南京洛普股份有限公司，江蘇 南京 210000）

LED顯示屏技術與控制系統研究

李鵬程

（南京洛普股份有限公司，江蘇 南京 210000）

文章首先對LED顯示屏關鍵技術進行簡要分析，在此基礎上對LED顯示屏控制系統的實現方法進行論述，期望該研究能夠對LED顯示屏運行穩定性的提升有所幫助。

LED顯示屏技術；控制系統；設計

1 LED顯示屏關鍵技術分析

1.1 超薄技術

LED顯示屏在直下式超薄技術的支撐下，具備了尺寸規模大、低碳環保、高色彩度等方面的優勢。超薄技術通過對導光板（Light Guide Plate，LGP）的微結構處理，促使LED燈在最短距離內達到混光要求，提高光源的輸出效率，可解決傳統側入式LED顯示屏背光源控制不佳的問題。同時，超薄技術在配合高功率白光LED或熒光粉LED的情況下，能夠降低顯示屏的運行功耗。

1.2 低功耗技術

動態背光技術的應用是LED顯示屏技術層面上的重大突破，將動態背光技術與圖像處理技術結合運用，可降低LED電流或電壓，從而降低背光源功耗。現階段，隨著直下式LED背光源高端產品的推出，不僅使得產品更加纖薄、更加美觀，而且還能大幅度降低LED直下式功率。

1.3 拼接技術

LED顯示屏采用了強大的拼接技術，形成了集成度較高的拼接墻系統。目前較為常見的拼接技術分為兩種，一種是投影技術，以DPL，3LCD，LCOS為主體，這種集成系統的拼接墻價格偏低，畫面穩定性良好，在拼接墻產品中占據著重要地位。另一種是LED拼接技術，相比較投影技術而言，在LED拼接技術支撐下的拼接墻價格較高，但是卻能夠在室外環境下保持穩定的運行狀態，免受風雨日曬的影響。

1.4 高功率技術

隨著LED顯示屏技術的不斷進步，許多生產廠商越來越追求薄型化、高功率的產品，通過降低顯示屏厚度來增強產品的競爭優勢。與此同時，顯示屏高功率運行也成為市場需求的重要方向，LED顯示屏在滿足高畫質、低成本的要求下，將高功率技術作為產品品質提升的核心技術，促使LED顯示屏技術更加滿足節能環保的需要。

2 LED顯示屏控制系統實現

2.1 控制系統的設計思路

為對LED顯示屏進行有效的控制，開發一款基于AT89C51單片機的控制系統，該系統主要由以下幾個部分組成：AT89C51單片機、行驅動器、列驅動器、電源以及LED顯示屏，具體如圖1所示。

以動態掃描的方式進行顯示時，每行都有一個行驅動器，各行當中的同名列共用一個驅動器，由控制電路到列驅動器的數據傳輸可通過并行或是串行的方式予以實現。如果采用并行的方式進行數據傳輸，控制電路到列驅動器的線數量相對較大，這樣一來勢必會造成硬件設備的數量增多，不但會增大設計難度，而且還會增加成本。因此，本系統在設計時，選用了串行的方式進行數據傳輸[1]。

圖1 LED顯示屏控制系統結構示意

2.2 控制系統的硬件設計

該控制系統的主要硬件包括AT89C51單片機、LED顯示屏、行驅動器及列驅動器等等。

2.2.1 AT89C51單片機

這是一款微處理芯片，其自帶4 KB閃爍可編程序和可擦除只讀存儲器，采用ATMEL技術制造，與同類產品相比性能極其優異，可與MCS-51指令集合輸出管腳兼容，8位CPU與閃爍存儲器的組合，使該芯片成為高效微控制器，其能夠為大量嵌入式控制系統的設計方案提供支撐[2]。

2.2.2 LED顯示屏

本系統中的顯示部分主要包括LED點陣顯示屏和驅動電路。由于AT89C51單片機上的I/O接口數量比較有限，所以無法使用單片機上的接口直接對顯示屏進行驅動，因此，在系統設計過程中，需要對單片機的I/O接口進行擴展，以此來增強其輸出能力。LED點陣顯示屏的構成途徑主要有以下兩種，一種是由單個發光二極管以逐點連接的方式構成，另一種是選取由單個發光二極管組成的LED點陣子模塊構成的相對較大的LED模塊構成。實踐表明，上述兩種構成方法都有自己的優點和缺點，前者的優點是發光二極管出現故障后，只需要進行更換同型號的二極管便可消除故障，恢復系統運行，其維修成本相對較低，不足之處是連接電路比較復雜，設計難度大；后者因為是模塊化，所以連線較少，但若是某個LED發生故障，則需要將該LED所在模塊中的全部LED都進行更換，維修成本較高。通過對比分析后，決定選用后者，同時，通過選擇點陣數量較小的模塊解決其維修成本高的問題。本系統選用的LED點陣顯示屏的行和列均有16個引腳，如果僅憑借AT89C51單片機的端口驅動有一定困難，故此設計中對AT89C51單片機的端口數進行了擴展[3]。

2.2.3 行驅動器

本系統中選用的行驅動芯片為74HC154，它是一款變量譯碼器，輸入端和輸出端的數量分別為4個和16個，有兩個選通端，圖2為該芯片的管腳形式。

圖2 行驅動芯片管腳形式

圖2中的E1和E2處于低電平狀態時，譯碼器會進入到工作狀態，此時可將A0～A3的二進制編碼在對應輸出端以低電平的形式譯出，否則譯碼器被禁止，輸出端則會被封鎖在高電平內。Y0～Y15該譯碼器的輸出端，當低電平有效時，即選通的狀態下，每輸入一個二進制代碼都會使對應的輸出端變為低電平，其他輸出端為高電平的無效信號。

2.2.4 列驅動器

該驅動器的引腳SER是串行數據的輸入端，引腳SRCLK輸入移位時鐘脈沖后，它的上升會沿著發生而移位，同時會將引腳SER的下一個數據打入到最低位上，移位后的數據則會出現在移位寄存器的輸出端上，即輸出鎖存器的輸入端。

2.3 程序調試

本文所設計的系統只需在主程序中調入顯示程序即可實現顯示功能，不僅具備較強的實用性，而且還具備良好的可移植性。由于系統硬件與軟件存在著密不可分的聯系，通過軟件調整可發現硬件故障，所以可在系統中調入proteus仿真軟件用以調試硬件，可達到良好的調試效果。這種調試方式必須以排除硬件故障為前提，具體調試步驟包括：

2.3.1 硬件檢查

根據設計圖對系統硬件進行檢查，查看線路布設是否正確，以及采用的元器件型號、規格是否符合設計要求，元器件安裝是否規范。

2.3.2 試運行檢查

在接通電源的情況下，檢查已啟動的漢字顯示屏是否顯示正常，若顯示屏的閃爍較為強烈，則要關閉顯示屏、中斷電源。造成這一現象的原因可能是CPU內存不足、系統運行負載過大或電源電壓不穩定，在找準原因的基礎上，采取相應的解決方案。

2.3.3 芯片檢查

在接通電源的情況下，檢查各芯片相關引腳的電位，觀測芯片電平輸入輸出是否存在異常狀況。在單片機系統中，電路以數字邏輯電路為主，所以可采用電平檢查法對電路的邏輯關系進行檢查，同時通過檢查結果判斷各種元器件連接是否正確。由此可以看出，通過軟件調試可檢查硬件部分是否存在運行故障[4]。

3 結語

綜上所述，LED顯示屏技術現已日趨完善，為確保LED顯示屏的運行更加穩定，相應的控制系統應具備良好的性能。本文在簡要分析LED顯示屏關鍵技術的基礎上，對LED顯示屏控制系統的實現方法進行了論述。該控制系統在設計中應用了性能優異的AT89C51單片機，整個系統的電路非常簡單，硬件也比較少，系統運行穩定性和可靠性較高，具有一定的推廣使用價值。

[1]崔豪.基于嵌入式技術的LED顯示屏控制系統應用研究[D].南京：南京大學，2015.

[2]郭進.LED顯示屏無線控制系統[D].蘇州：蘇州大學，2014.

[3]王海梅，高敏.單片機控制的LED顯示屏控制系統分析與研究[J].山東工業技術，2015（2）：125-127.

[4]鄭爭兵，趙峰.基于FPGA的LED顯示屏控制系統的設計與實現[J].陜西理工學院學報（自然科學版），2015（4）：145-147.

Study on LED display technology and control system

Li Pengcheng
（Nanjing Luopu Limited by Share Ltd., Nanjing 210000, China）

The paper fi rst gives a brief analysis on the key technology of LED display, based on this, realization method of LED display control system are discussed. The study is expected to be helpful for promoting the stability of the LED display.

LED display technology; control system; design

李鵬程（1984— ），男，江蘇泰興，大專，助理工程師；研究方向：LED施工現場項目管理。