LED显示屏技术与控制系统研究

李鹏程

（南京洛普股份有限公司，江苏 南京 210000）

LED显示屏技术与控制系统研究

李鹏程

（南京洛普股份有限公司，江苏 南京 210000）

文章首先对LED显示屏关键技术进行简要分析，在此基础上对LED显示屏控制系统的实现方法进行论述，期望该研究能够对LED显示屏运行稳定性的提升有所帮助。

LED显示屏技术；控制系统；设计

1 LED显示屏关键技术分析

1.1 超薄技术

LED显示屏在直下式超薄技术的支撑下，具备了尺寸规模大、低碳环保、高色彩度等方面的优势。超薄技术通过对导光板（Light Guide Plate，LGP）的微结构处理，促使LED灯在最短距离内达到混光要求，提高光源的输出效率，可解决传统侧入式LED显示屏背光源控制不佳的问题。同时，超薄技术在配合高功率白光LED或荧光粉LED的情况下，能够降低显示屏的运行功耗。

1.2 低功耗技术

动态背光技术的应用是LED显示屏技术层面上的重大突破，将动态背光技术与图像处理技术结合运用，可降低LED电流或电压，从而降低背光源功耗。现阶段，随着直下式LED背光源高端产品的推出，不仅使得产品更加纤薄、更加美观，而且还能大幅度降低LED直下式功率。

1.3 拼接技术

LED显示屏采用了强大的拼接技术，形成了集成度较高的拼接墙系统。目前较为常见的拼接技术分为两种，一种是投影技术，以DPL，3LCD，LCOS为主体，这种集成系统的拼接墙价格偏低，画面稳定性良好，在拼接墙产品中占据着重要地位。另一种是LED拼接技术，相比较投影技术而言，在LED拼接技术支撑下的拼接墙价格较高，但是却能够在室外环境下保持稳定的运行状态，免受风雨日晒的影响。

1.4 高功率技术

随着LED显示屏技术的不断进步，许多生产厂商越来越追求薄型化、高功率的产品，通过降低显示屏厚度来增强产品的竞争优势。与此同时，显示屏高功率运行也成为市场需求的重要方向，LED显示屏在满足高画质、低成本的要求下，将高功率技术作为产品品质提升的核心技术，促使LED显示屏技术更加满足节能环保的需要。

2 LED显示屏控制系统实现

2.1 控制系统的设计思路

为对LED显示屏进行有效的控制，开发一款基于AT89C51单片机的控制系统，该系统主要由以下几个部分组成：AT89C51单片机、行驱动器、列驱动器、电源以及LED显示屏，具体如图1所示。

以动态扫描的方式进行显示时，每行都有一个行驱动器，各行当中的同名列共用一个驱动器，由控制电路到列驱动器的数据传输可通过并行或是串行的方式予以实现。如果采用并行的方式进行数据传输，控制电路到列驱动器的线数量相对较大，这样一来势必会造成硬件设备的数量增多，不但会增大设计难度，而且还会增加成本。因此，本系统在设计时，选用了串行的方式进行数据传输[1]。

图1 LED显示屏控制系统结构示意

2.2 控制系统的硬件设计

该控制系统的主要硬件包括AT89C51单片机、LED显示屏、行驱动器及列驱动器等等。

2.2.1 AT89C51单片机

这是一款微处理芯片，其自带4 KB闪烁可编程序和可擦除只读存储器，采用ATMEL技术制造，与同类产品相比性能极其优异，可与MCS-51指令集合输出管脚兼容，8位CPU与闪烁存储器的组合，使该芯片成为高效微控制器，其能够为大量嵌入式控制系统的设计方案提供支撑[2]。

2.2.2 LED显示屏

本系统中的显示部分主要包括LED点阵显示屏和驱动电路。由于AT89C51单片机上的I/O接口数量比较有限，所以无法使用单片机上的接口直接对显示屏进行驱动，因此，在系统设计过程中，需要对单片机的I/O接口进行扩展，以此来增强其输出能力。LED点阵显示屏的构成途径主要有以下两种，一种是由单个发光二极管以逐点连接的方式构成，另一种是选取由单个发光二极管组成的LED点阵子模块构成的相对较大的LED模块构成。实践表明，上述两种构成方法都有自己的优点和缺点，前者的优点是发光二极管出现故障后，只需要进行更换同型号的二极管便可消除故障，恢复系统运行，其维修成本相对较低，不足之处是连接电路比较复杂，设计难度大；后者因为是模块化，所以连线较少，但若是某个LED发生故障，则需要将该LED所在模块中的全部LED都进行更换，维修成本较高。通过对比分析后，决定选用后者，同时，通过选择点阵数量较小的模块解决其维修成本高的问题。本系统选用的LED点阵显示屏的行和列均有16个引脚，如果仅凭借AT89C51单片机的端口驱动有一定困难，故此设计中对AT89C51单片机的端口数进行了扩展[3]。

2.2.3 行驱动器

本系统中选用的行驱动芯片为74HC154，它是一款变量译码器，输入端和输出端的数量分别为4个和16个，有两个选通端，图2为该芯片的管脚形式。

图2 行驱动芯片管脚形式

图2中的E1和E2处于低电平状态时，译码器会进入到工作状态，此时可将A0～A3的二进制编码在对应输出端以低电平的形式译出，否则译码器被禁止，输出端则会被封锁在高电平内。Y0～Y15该译码器的输出端，当低电平有效时，即选通的状态下，每输入一个二进制代码都会使对应的输出端变为低电平，其他输出端为高电平的无效信号。

2.2.4 列驱动器

该驱动器的引脚SER是串行数据的输入端，引脚SRCLK输入移位时钟脉冲后，它的上升会沿着发生而移位，同时会将引脚SER的下一个数据打入到最低位上，移位后的数据则会出现在移位寄存器的输出端上，即输出锁存器的输入端。

2.3 程序调试

本文所设计的系统只需在主程序中调入显示程序即可实现显示功能，不仅具备较强的实用性，而且还具备良好的可移植性。由于系统硬件与软件存在着密不可分的联系，通过软件调整可发现硬件故障，所以可在系统中调入proteus仿真软件用以调试硬件，可达到良好的调试效果。这种调试方式必须以排除硬件故障为前提，具体调试步骤包括：

2.3.1 硬件检查

根据设计图对系统硬件进行检查，查看线路布设是否正确，以及采用的元器件型号、规格是否符合设计要求，元器件安装是否规范。

2.3.2 试运行检查

在接通电源的情况下，检查已启动的汉字显示屏是否显示正常，若显示屏的闪烁较为强烈，则要关闭显示屏、中断电源。造成这一现象的原因可能是CPU内存不足、系统运行负载过大或电源电压不稳定，在找准原因的基础上，采取相应的解决方案。

2.3.3 芯片检查

在接通电源的情况下，检查各芯片相关引脚的电位，观测芯片电平输入输出是否存在异常状况。在单片机系统中，电路以数字逻辑电路为主，所以可采用电平检查法对电路的逻辑关系进行检查，同时通过检查结果判断各种元器件连接是否正确。由此可以看出，通过软件调试可检查硬件部分是否存在运行故障[4]。

3 结语

综上所述，LED显示屏技术现已日趋完善，为确保LED显示屏的运行更加稳定，相应的控制系统应具备良好的性能。本文在简要分析LED显示屏关键技术的基础上，对LED显示屏控制系统的实现方法进行了论述。该控制系统在设计中应用了性能优异的AT89C51单片机，整个系统的电路非常简单，硬件也比较少，系统运行稳定性和可靠性较高，具有一定的推广使用价值。

[1]崔豪.基于嵌入式技术的LED显示屏控制系统应用研究[D].南京：南京大学，2015.

[2]郭进.LED显示屏无线控制系统[D].苏州：苏州大学，2014.

[3]王海梅，高敏.单片机控制的LED显示屏控制系统分析与研究[J].山东工业技术，2015（2）：125-127.

[4]郑争兵，赵峰.基于FPGA的LED显示屏控制系统的设计与实现[J].陕西理工学院学报（自然科学版），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

李鹏程（1984— ），男，江苏泰兴，大专，助理工程师；研究方向：LED施工现场项目管理。