基于LED圖文顯示屏控制系統的設計

LED顯示屏控制系統(LED Display Control System)，又稱LED顯示屏控制器、LED顯示屏控制卡。它是組成LED顯示屏的核心部件、主要負責責接收來自計算機串行口或DVI接口的畫面及視頻顯示信息，置入幀存儲器，按分區驅動方式生成LED顯示屏所能識別的串行顯示數據和掃描控制時序。

通過對點陣模塊和控制電路的分析，確定LED顯示屏的部件構成；通過對單片機及智能控制模塊的分析，確定LED顯示屏的組成結構和掃描驅動方式，實現LED顯示屏的顯示。

根據LED顯示屏控制系統的應用，設計了LED圖文顯示屏的體系結構和工作流程。其中軟件系統與無線傳輸控制硬件主系統之間采用串行通訊方式完成程序下載，實現文本信息的傳輸。

1 LED顯示屏控制系統整體分析

LED顯示屏系統組成 LED圖文顯示屏系統由軟件控制系統、無線傳輸系統、設備主控制器、LED顯示點陣、電源等部分組成?；窘Y構如下圖：

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圖1 LED顯示屏總體框架

系統工作過程： 軟件控制系統主要完成的任務為圖文編輯、字模提取與保存、圖像預覽與文件傳輸；無線傳輸系統主要完成文件信息由PC機傳輸至LED顯示器，硬件控制系統中LED點陣主要任務是通過電流控制完成信息顯示，通過單片機的掃描驅動方式的控制對LED點陣行列驅動，實現設備的驅動并最終實現接收的圖文顯示功能。

2 計算機軟件模塊分析與設計

軟件模塊分為編輯部分和控制通訊部分，編輯部分實現圖文文件的編輯功能，通訊部分通過RS-232C串口通訊完成文件到單片機存儲模塊的傳輸。通訊部分將在第三章做詳細的介紹。 系統設計采用Windows操作系統下，開啟文本編輯窗口，客戶區內像素點采用與實際LED點陣顯示屏像素點相同，功能類似Word文檔編輯工具，包括編輯模塊、繪圖模塊、文字編輯模塊、顏色控制模塊、顯示效果加載模塊、預覽模塊、信息下載模塊。

2.1編輯模塊

1)除Windows自生成的剪貼、復制、粘貼功能，系統加入了撤消、重復功能。

首先。選中撤消功能可以實現之前編輯工作的一步步取消功能。然后，選中重復功能可以實現之前編輯工作的最近的一條操作命令。

2)繪圖：包括直線、矩形、橢圓、圓等在內的圖形繪制功能。

3)文字編輯：包括各種字體、字形、字號、效果、顏色的文字的編輯，并且根據應用的 特殊用途，加入指定位置文字的編輯。

首先，選中文字功能，彈出字體選擇框體，可以選擇各種字體的文字進行編輯。之后，調出具體文字位置編輯對話框，輸入文字和要求顯示位置的橫坐標和縱坐標。

4)顏色控制模塊：由于應用領域的具體特點，主要采用了紅、綠、黃三種顏色，可以實 現顏色控制。

2.2 增添效果模塊：通過增添顯示效果和傳輸通訊中多屏文件單屏傳送，完善了控制系統的功能。

1)普通效果，靜態的顯示屏幕上的信息。

2)滾動效果，可以實現從左向右的信息滾動顯示，可以與靜態信息穿插顯示。

3)單屏信息傳輸，實現編輯待傳輸信息的保存。

4)多屏信息傳輸，實現編輯保存好的單屏信息合并保存成一個文件，大大減少傳輸文件 時的煩瑣。

2.3 圖像預覽模塊：在文件傳輸之前實現字模信息的預覽功能，可以實現預覽傳輸前所保存 的任何形式的字模信息，并且直接集成到工具欄文件打開功能鍵按鈕。

1)顯示效果，通過文件傳輸前的預覽，可以調整靜態與滾動顯示效果的排列順序。

2)顯示時間，顯示不同屏幕顯示信息之間的時間間隔。 軟件模塊結構圖如下：

圖3軟件模塊結構圖

3 LED顯示屏的控制技術

隨著第五代“陣列式”控制系統的研制并投入使用，此代控制系統的誕生又提高了元亨光電在屏體控制方面的技術優勢，并使顯示信號的處理技術得到進一步的改進。 采用了“陣列式”控制系統之后。

首先，可以將顯示屏的換幀頻率由現在的60Hz左右提高到120Hz以上，遠遠大于人的眼睛分辨能力，使人在觀看時無任何頻閃和水波紋現象出現，提高了顯示的質量。

其次，可以將顯示屏紅、綠、藍三基色的灰度級別從現在的256級提高到1024級，使顏色更加鮮艷，色彩還原性更好，顯示的圖像更真實。

最后，采用LDVS信號進行傳送，最大化地避免了信號的損失，使整個顯示屏顯示內容同步，提高了顯示屏的一致性，整個顯示屏無任何色差色塊出現。

3.1 節能降耗技術

由于采用了陣列式控制系統，故能夠有效降低控制系統用于產生灰度造成的顯示屏亮度的損耗，據比較測算，傳統的“集中式控制系統”的系統損耗在30%~40%之間，“陣列式控制系統”的系統損耗在8%~10%之間，控制系統損耗的降低，有利于提高顯示屏的亮度，或者在同樣的亮度條件要求下，降低顯示屏的電流，從而達到節能降耗的效果。集中式控制系統，由于控制范圍大，為了保持一定的刷新率，不得不采用降低掃描次數，減低亮度來形成灰度；由于陣列式控制系統控制范圍小，可以大幅提高掃描次數，亮度損失隨之變小。陣列式系統的掃描次數，可以達到136場以上，而集中式最多能達到42場。

根據亮度損耗原理，計算表格比較如下：一塊200平方米的3906點/平方米規格的戶外全彩色顯示屏，如采用20mA的驅動電流，理論最大亮度可以達到15000cd/m2,如果要達到6000cd/m2的最大實際亮度，采用“集中式控制系統”,按照30%的系統損耗，則顯示屏驅動電流為11.4mA/像素點，供電最大電流為607A；如果采用“陣列式控制系統”,達到6000cd/ m2的最大實際亮度，按照10%的系統損耗，則顯示屏驅動電流為8.89mA/像素點，最大電流為474A,節能幅度達到21.9%. 按照平均功耗是最大功耗的40%計算，每天按照10小時使用時間，每年300天計算，采用“集中式控制系統”每年耗電量為160248度。采用“陣列式控制系統”每年耗電量為125136度，節約開支約35112元/年(按每度電1.0元計算)

3.2 單點檢測技術

為提高屏體可靠性，增加維護的便捷性，元亨光電特研發出顯示屏單點檢測技術。通常LED顯示屏出廠前對LED像素的檢測是通過目測(即人眼觀看其是否按調試程序發光)，在長時間觀看LED像素時，難免有一定視覺疲勞，漏判或誤判，其工作效率也不高?，F在我司使用屏體單點檢測功能，只需運行相應程序，即可判斷出像素的工作狀態，從而進行修復，大大提高了屏體的可靠性。同時，隨著LED顯示技術的不斷發展，超大型LED屏涌現市場。此類屏體一般安裝位置較高，觀看距離較遠，為顯示屏的檢測工作帶來不便。對每個像素點的判斷往往只能根據人為判斷，在運用單點檢測功能后，維護人員可方便的查找出故障點的坐標，快捷更換。

3.3 單點亮度與色度校正技術

LED顯示屏亮度色度均勻性問題一直以來是困擾業內人士的一大難題，一般認為LED的亮度不均勻可以進行單點校正，來改善亮度均勻性，而色度不均勻是無法進行校正的，只能通過對LED色坐標進行細分和篩選來改善。 隨著人們對LED顯示屏的要求越來越高，只對LED色坐標進行細分和篩選已無法滿足人們挑剔的目光，對顯示屏進行綜合校正處理，使色度均勻性得到改善是可實現的。首先，由于LED自身的不同導致在一定水平上的亮度和色度是不一致的(例如：使用同樣的電流點亮同一生產批次的兩個綠色LED,亮度可能會有30%的變化，波長可能會有10-15nm的變化)。其次，使用一段時間以后藍色LED變暗程度最大，紅色最小，但是最大的問題是一段時間以后LED變暗程度不同。因此，即使LED屏在工廠內是一致性非常完美的，但隨著LED的變暗，一致性也會喪失，在不停使用三年以后LED屏的不一致性將會被顯著的發現。為此，元亨光電使用世界先進的單色亮度與色度校正技術(也稱之為：亮度與色度簽名技術)，用以解決由于不同顏色發光二極管衰減不一致帶來的顯色顏色不一致問題。

從顯示技術上說，LCD是由液態晶體組成的顯示屏，LED是由發光二極管組成的顯示屏。LED數碼顯示中每一個像素單元就是一個發光二極管，單色LED顯示屏一般是紅色發光二極管。

4 總結

近年來國內LED顯示屏技術得到進一步的發展，我國LED顯示屏已占據全球80%的市場，然而引領顯示屏的發展并非在我國。為此，雷迪森光電等業內LED廠家將積極發展、提升LED技術。LED顯示屏軟件控制系統的整體設計，確定了系統上作流程，完成了系統軟件控制功能。根據具體設備通訊要求，采用串口通訊技術，通過介紹端口通訊以及串口通訊協議的相關知識，實現控制系統與硬件設備部分的通訊，完成實現LED顯示屏的文本信息傳輸功能。LED顯示屏的技術控制是決定產品優劣的重要保證。