点阵式电子显示屏设计

点阵式电子显示屏设计

调

研

报

告

2014年7月26日

小组人员：刘博，刘毅，王盛丽

调研背景：

LED点阵是由发光二极管排列组成的显示器件，具有耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品、可靠耐用、应用灵活、安全、响应时间短、绿色环保、控制灵活等特点。被广泛用作公共场合的信息传播媒体，如店铺打折信息，交通信号指示灯，以及广场上的彩色显示屏。为人们的日常生活带来了很大的便利。

不过在今天各种触摸显示屏，LCD液晶显示屏，TFT显示屏等色彩更为亮丽的屏幕已经占领了大部分市场，而LED点阵显示是否有存在的必要呢？它的技术能否跟上时代的步伐，它的应用前景如何，值得我们去思考。

国内外现状：

一分类：

1．按颜色基色可以分为

单基色显示屏：单一颜色（红色或绿色）。

双基色显示屏：红和绿双基色，256级灰度、可以显示65536种颜色。

全彩色显示屏：红、绿、蓝三基色，256级灰度的全彩色显示屏可以显示一千六百多万种颜色。

全彩显示屏

2．按显示器件分类

LED数码显示屏：显示器件为7段码数码管，适于制作时钟屏、利率屏等，显示数字的电子显示屏。

LED点阵图文显示屏：显示器件是由许多均匀排列的发光二极管组成的点阵显示模块，适于播放文字、图像信息。

3．按使用场合分类

室内显示屏：发光点较小，一般Φ3mm--Φ8mm，显示面积一般几至十几平方米。

室外显示屏：面积一般几十平方米至几百平方米，亮度高，可在阳光下工作，具有一定的防风、防雨、防水功能。

4．按发光点像素间距分类

室内屏：P3mm、P3.75mm、P4mm 、P6mm、P7.62mm、P8mm、P10mm

室外屏：P10mm、P12mm、P14mm、P16mm、P20mm、P25mm、P31.25mm、P36mm、

室外屏发光的基本单元为发光筒，发光筒的原理是将一组红、绿、蓝发光二极管封在一个塑料筒内共同发光增强亮度。

二．应用场合：

当前，LED显示屏的应用已涉及社会经济的许多领域。

主要包括：（1）证券交易、金融信息显示。这一领域的LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的50%以上，仍为LED显示屏的主要需求行业。上海证券交易所、深圳证券交易所及全国上万家证券、金融营业机构广泛使用了LED显示屏。（2）机场航班动态信息显示。民航机场建设对信息显示的要求非常明确，LED显示屏是航班信息显示系统FIDS(Flight information Display system)的首选产品，首都机场、上海浦东国际机场、海口美兰机场、珠海机场、厦门高崎机场、深圳黄田机场、广州白云机场及全国数十家新建和改扩建机场都选用了国产的LED显示屏产品。（3）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、列车到发揭示系统、票务信息系统等共同构成客运枢纽的自动化系统，北京站、北京西站、南昌站、大连港等国内重要火车站和港口都安装了国内厂家提供的产品和系统。（4）体育场馆信息显示。LED显示屏已取代了传统的灯泡及CRT 显示屏，四十三届世乒赛主场地天津体育中心首次采用了国产彩色视频LED显示屏，受到普遍好评，上海体育中心、大连体育场等许多国内重要体育场馆相继采用了LED显示屏作为信息显示的主要手段。（5）道路交通信息显示。智能交通系统（ITS）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，替代国外同类产品，得到普遍采用。（6）调度指挥中心信息显示。电力调度、车辆动态跟踪、车辆调度管理等，也在逐步采用高密度的LED显示屏。（7）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。遍布全国的服务领域均有国产LED显示屏在信息显示方面发挥作用。（8）广告媒体新产品。除单一大型户内、户外显示屏作为广告媒体外，国内一些城市出现了集群LED显示屏广告系统；列车LED显示屏广告发布系统也已在全国数十列旅客列车上得到采用并正在推广。[1]

由于LED显示屏价格较为昂贵，主要应用于比较高档的场所，一般集中在城市的繁华场所，

作为多媒体广告的一部分。单双色led电子显示屏主要应用于交通，高速公路，银行、证券交易等金融场所。

三．发展趋势

LED电子显示屏采用了低电压扫描驱动，具有耗电省、使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、防水、规格品种多等优点，可以满足各种不同应用场景的需求，发展前景非常广阔，被公认为最具增长潜力也是发展最快的的LED应用市场。而在未来各项大型运动赛事等新增需求，都将促使LED显示屏的大规模发展。此外，已架设的大型LED显示屏幕每10年将历经一次换机潮，随着人们生活水平的提高，户外led显示屏将逐渐应用于各个行业。

过去被用于LCD背光等的恒流式LED驱动器采取1个恒流电路对1个LED元件的结构方式，增加LED灯数就要增大芯片面积、增加成本，所以往往被敬而远之。但是，近年来LED在高亮度化方面已取得进展，用较小的电流值也可使LED以足够的亮度进行亮灯，而恒流电路本身不增加。LED的电源（正极）一侧内置了依次驱动的PMOS晶体管进行分时亮灯，从而可以分别控制数量更多的LED（图1）。如图所示，传统的LED驱动器用6ch的恒流电路使6个LED亮灯，而点阵式驱动器用3ch的SW电路和3ch的恒流电路便可分别对9个LED元件进行亮灯控制。

在国外有一种技术可以用概率PWM调光通过消除弱电流减轻点阵式LED显示屏热电磁干扰，并使大型LED显示屏幕更清晰，另外，由于PWM只影响脉冲计时和峰值振幅，所以可以用高频的PWM实现高质量的LED显示屏。

下面就是经过处理的图像：

In this paper, we propose a probability-based PWM (PPWM) generation method and PPWM-based LED tile control architecture suitable for a large-size LED display system. The proposed methods can efficiently alleviate the inrush current by probabilistic shifting of PWM. Experimental results on a commercial LED panel show that PPWM dimming can reduce the average peak value of the inrush current by up to 5% and the variation by up to 35%, with an affordable hardware cost. Therefore, it is expected that PPWM-based LED tile controllers will mitigate the EMI and thermal problems of large-size LED screens as well as reduce the design complexity of its power supply component. Moreover, because probabilistic PWM technique only influences the pulse timing and the peak amplitude of current consumed, it can be used for high-frequency PWM and becomes a key technique for implementing a high-class

LED screen system.（2）

三. 关键技术分析

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。用单片机实现点阵屏显示就是要用算法做到行与列的扫描，以做到动态的显示。用单片机控制时，由于单片机的总线只有8位所以一个字只能拆分做两部分来完成即8*16与8*16，在扫描时先把一行的左边读出来，再读右边部分，读完一行再读另一行，在完成一个字的扫描过后，再进行另一个字的扫描。但要实现动态显示就必须让数据的显示进行移位，所以就需要移位寄存器来实现。

在UCDOS中文宋体字库中，每一个字由16行16列的点阵组成显示，即国标汉字库中的每