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【摘 要】基于LED显示屏在广告媒体中的广泛应用，以及LED显示与单片机的密不可分，对LED点阵显示屏显示原理及控制方式的分析，可根据需要通过软硬件结合的方法设计合适的性价比较高的LED显示屏。
【关键词】LED显示屏；点阵；扫描；ARM；控制器
文章编号：ISSN1006—656X（2014）03-0289-01
前言
LED电子显示屏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。是目前国际上极为先进的显示媒体。在我国90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。
而LED显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建设的标志，LED显示屏随着社会经济的不断进步，以及LED制造技术的完善，人们对LED显示屏的认识将会越来越深入，其应用领域将会越来越广；LED显示屏经多年的开发、研制、生产，其技术目前已经成熟。
现在各种广告牌不再是白底黑字了，也不再是单一的非电产品，而是用上了丰富多彩的LED电子产品，为城市的增添了一道靓丽的风景。而且它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、发光效率高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、组态灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等特点。近年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展，已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等需要进行多种公告、宣传的场合。
一、LED点阵显示屏结构及驱动
LED点阵显示屏按颜色基色分类为：单基色显示屏，双基色显示屏和全彩色显示屏。按显示器件分类为：LED数码管显示屏，LED点阵图文显示屏和LED视频显示屏。按适用场合分类为：室内显示屏和室外显示屏。显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。
LED发光灯结构如图1-1所示，它由芯片3、阳极引脚1、阴极引脚2和环氧树脂封装外壳四部分组成。它核心部分是具有复合发光功能的PN结，即芯片3。环氧树脂封装外壳具有保护芯片的作用，还有透光聚光的能力，以增强显示效果。
图 1-1
随着LED应用领域的扩大，要求生产更为直接和方便的LED显示器件。因而出现了数码管、字符管、电平管、LED点阵等多种LED显示器。不管显示器的结构怎么变，它的核心部件仍然是发光半导体芯片。
点阵屏有两个类型，一类为共阴极（左），另一类则为共阳极（右），图1-2给出了两种类型的内部电路原理及相应的管脚图。
图1-2
LED阵列的显示方式是按显示编码的顺序，一行一行地显示。每一行的显示时间大约为4ms，由于人类的视觉暂留现象，将感觉到8行LED是在同时显示的。若显示的时间太短，则亮度不够，若显示的时间太长，将会感觉到闪烁。本文采用低电平逐行扫描，高电平输出显示信号。即轮流给行信号输出低电平，在任意时刻只有一行发光二极管是处于可以被点亮的状态 ，其它行都处于熄灭状态。
显示屏驱动电路包含：主芯片控制电路、电源电路、控制信号放大电路等组成。
（一）主芯片控制电路
该部分电路主要由AT89S52和74LS154组成。单片机的P0和P2号控制显示信号的输出，P1号的低4位控制74LS154的译码输入，从而控制扫描信号的输出。
（二）电源电路
整个电路的供电由USB电源提供，利用我们的电脑主机USB接口可以输出+5V电压，方便我们在实验室调试
（三）控制信号放大电路
为提供负载能力，在P0和P2口接16个常用9013的NPN三极管放大驱动信号。电路中列方向由p0口和p2口完成扫描，由于p0口没有上拉电阻，因此接一个1k*8的排阻上拉。
二、 LED点阵显示屏动态显示原理
LED点阵显示系统中各模块的显示方式：静态和动态显示两种。静态显示原理简单，控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下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列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。
人眼的亮度感觉不会因光源的消失而立即消失，要有一个延迟时间，这就是视觉的惰性。视觉惰性可以理解为光线对人眼视觉的作用、传输、处理等过程都需要时间，因而使视觉具有一定的低通性。实验表明，当外界光源突然消失时，人眼的亮度感觉是按指数规律逐渐减小的。这样当一个光源反复通断，在通断频率较低时，人眼可以发现亮度的变化；而通断频率增高时，视觉就逐渐不能发现相应的亮度变化了。不致于引起闪烁感觉的最低反复通断频率称为临界闪烁频率。通过实验证明临界闪烁频率大约为24Hz。因此采用每秒24幅画面的电影，在人看起来就是连续活动的图象了。同样的原理，日光灯每秒通断50次，而人看起来却是一直亮的。由于视觉具有惰性，人们在观察高于临界闪烁频率的反复通断的光线时，所得到的主观亮度感受实际上是客观亮度的平均值。
视觉惰性可以说是LED显示屏得以广泛应用的生理基础。首先，在LED显示屏中可以利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成了目前广为采用的扫描驱动方式。扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点燃，只要扫描频率高于临界闪烁频率，人眼看起来各组灯都在发光。由于LED显示屏所使用的发光灯数量很大，一般在几千只到几十万只的范围，所以节约驱动电路的效益是十分可观的。
以8*8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。在图2-1中，水平线Y0、Y1……Y7叫做行线，接内部放光二极管的阳极每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，竖直线X0、X1……X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。
这这种形式的LED点阵模块中，若再某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平，（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0，则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。
三、总结
针对LED显示技术的分析，根据实际应用，采用最少的资源消耗，在系统设计工作中得到了应用。学习LED系统原理与工程技术很有必要，同时在LED单色屏和真彩色显示屏的设计以及设备的驱动，具有广阔的应用前景。
【关键词】LED显示屏；点阵；扫描；ARM；控制器
文章编号：ISSN1006—656X（2014）03-0289-01
前言
LED电子显示屏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。是目前国际上极为先进的显示媒体。在我国90年代国民经济高速增长，对公众场合发布信息的需求日益强烈，LED显示屏的出现正好适应了这一市场形势，因而在LED显示屏的设计制造技术与应用水平上都得到了迅速的提高，生产也得到了迅速的发展，并逐步形成产业，成为光电子行业的新兴产业领域。LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图像显示屏的发展过程。
而LED显示屏作为信息传播的一种重要手段，已经成为城市信息现代化建设的标志，LED显示屏随着社会经济的不断进步，以及LED制造技术的完善，人们对LED显示屏的认识将会越来越深入，其应用领域将会越来越广；LED显示屏经多年的开发、研制、生产，其技术目前已经成熟。
现在各种广告牌不再是白底黑字了，也不再是单一的非电产品，而是用上了丰富多彩的LED电子产品，为城市的增添了一道靓丽的风景。而且它采用低电压扫描驱动，具有耗电少、使用寿命长、成本低、发光效率高、故障少、视角大、可视距离远、可靠耐用、组态灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等特点。近年来LED显示屏市场得到了迅猛的发展，已经广泛应用到银行、邮电、税务、机场、车站、证券市场及其它交易市场、医院、电力、海关、体育场等需要进行多种公告、宣传的场合。
一、LED点阵显示屏结构及驱动
LED点阵显示屏按颜色基色分类为：单基色显示屏，双基色显示屏和全彩色显示屏。按显示器件分类为：LED数码管显示屏，LED点阵图文显示屏和LED视频显示屏。按适用场合分类为：室内显示屏和室外显示屏。显示方式有静态、横向滚动、垂直滚动和翻页显示等。
LED发光灯结构如图1-1所示，它由芯片3、阳极引脚1、阴极引脚2和环氧树脂封装外壳四部分组成。它核心部分是具有复合发光功能的PN结，即芯片3。环氧树脂封装外壳具有保护芯片的作用，还有透光聚光的能力，以增强显示效果。
图 1-1
随着LED应用领域的扩大，要求生产更为直接和方便的LED显示器件。因而出现了数码管、字符管、电平管、LED点阵等多种LED显示器。不管显示器的结构怎么变，它的核心部件仍然是发光半导体芯片。
点阵屏有两个类型，一类为共阴极（左），另一类则为共阳极（右），图1-2给出了两种类型的内部电路原理及相应的管脚图。
图1-2
LED阵列的显示方式是按显示编码的顺序，一行一行地显示。每一行的显示时间大约为4ms，由于人类的视觉暂留现象，将感觉到8行LED是在同时显示的。若显示的时间太短，则亮度不够，若显示的时间太长，将会感觉到闪烁。本文采用低电平逐行扫描，高电平输出显示信号。即轮流给行信号输出低电平，在任意时刻只有一行发光二极管是处于可以被点亮的状态 ，其它行都处于熄灭状态。
显示屏驱动电路包含：主芯片控制电路、电源电路、控制信号放大电路等组成。
（一）主芯片控制电路
该部分电路主要由AT89S52和74LS154组成。单片机的P0和P2号控制显示信号的输出，P1号的低4位控制74LS154的译码输入，从而控制扫描信号的输出。
（二）电源电路
整个电路的供电由USB电源提供，利用我们的电脑主机USB接口可以输出+5V电压，方便我们在实验室调试
（三）控制信号放大电路
为提供负载能力，在P0和P2口接16个常用9013的NPN三极管放大驱动信号。电路中列方向由p0口和p2口完成扫描，由于p0口没有上拉电阻，因此接一个1k*8的排阻上拉。
二、 LED点阵显示屏动态显示原理
LED点阵显示系统中各模块的显示方式：静态和动态显示两种。静态显示原理简单，控制方便，但硬件接线复杂，在实际应用中一般采用动态显示方式，动态显示采用扫描的方式工作，由峰值较大的窄脉冲电压驱动，从上到下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列数据信号，反复循环以上操作，就可显示各种图形或文字信息。
人眼的亮度感觉不会因光源的消失而立即消失，要有一个延迟时间，这就是视觉的惰性。视觉惰性可以理解为光线对人眼视觉的作用、传输、处理等过程都需要时间，因而使视觉具有一定的低通性。实验表明，当外界光源突然消失时，人眼的亮度感觉是按指数规律逐渐减小的。这样当一个光源反复通断，在通断频率较低时，人眼可以发现亮度的变化；而通断频率增高时，视觉就逐渐不能发现相应的亮度变化了。不致于引起闪烁感觉的最低反复通断频率称为临界闪烁频率。通过实验证明临界闪烁频率大约为24Hz。因此采用每秒24幅画面的电影，在人看起来就是连续活动的图象了。同样的原理，日光灯每秒通断50次，而人看起来却是一直亮的。由于视觉具有惰性，人们在观察高于临界闪烁频率的反复通断的光线时，所得到的主观亮度感受实际上是客观亮度的平均值。
视觉惰性可以说是LED显示屏得以广泛应用的生理基础。首先，在LED显示屏中可以利用视觉惰性，改善驱动电路的设计，形成了目前广为采用的扫描驱动方式。扫描驱动方式的优点在于LED显示屏不必对每个发光灯提供单独的驱动电路，而是若干个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点燃，只要扫描频率高于临界闪烁频率，人眼看起来各组灯都在发光。由于LED显示屏所使用的发光灯数量很大，一般在几千只到几十万只的范围，所以节约驱动电路的效益是十分可观的。
以8*8点阵模块为例，说明一下其使用方法及控制过程。在图2-1中，水平线Y0、Y1……Y7叫做行线，接内部放光二极管的阳极每一行8个LED的阳极都接在本行的行线上。相邻两行线间绝缘。同样，竖直线X0、X1……X7叫做列线，接内部每列8个LED的阴极，相邻两列线间绝缘。
这这种形式的LED点阵模块中，若再某行线上施加高电平（用“1”表示），在某列线上施加低电平，（用“0”表示）。则行线和列线的交叉点处的LED就会有电流流过而发光。比如，Y7为1，X0为0，则右下角的LED点亮。再如Y0为1，X0到X7均为0，则最上面一行8个LED全点亮。
三、总结
针对LED显示技术的分析，根据实际应用，采用最少的资源消耗，在系统设计工作中得到了应用。学习LED系统原理与工程技术很有必要，同时在LED单色屏和真彩色显示屏的设计以及设备的驱动，具有广阔的应用前景。