LED显示屏工作原理介绍

一 LED显示屏工作原理

LED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。由于它具有发光率高、使用寿命长、组态灵活、色彩丰富以及对室内外环境适应能力强等优点，自20世纪80年代后期开始，随着LED制造技术的不断完善，在国外得到了广泛的应用。在我国改革开放之后，特别是进入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。

LED显示屏经历了从单色、双色图文显示屏，到图象显示屏，一直到今天的全彩色视频显示屏的发展过程。无论在期间的性能（提高亮度LED显示器及蓝色发光灯等）和系统的组成（计算机化的全动态显示系统）等方面都取得了长足的进步。目前已经达到的超高亮度全彩色视频显示的水平，可以说能够满足各种应用条件的要求。其应用领域已经遍及交通、证券、电信、广告、宣传等各个方面。

1.1 LED显示屏系统组成

LED显示屏系统是由计算机专用设备、显示屏幕、视频输入端口和系统软件等组成。

(1) 计算机及专用设备：计算机及专用设备直接决定了系统的功能，可根据用户对系统的不同要求选择不同的类型。

(2) 显示屏幕：显示屏的控制电路接收来自计算机的显示信号，驱动LED发光产生画面，并通过增加功放、音箱输出声音。

(3) 视频输入端口：提供视频输入端口，信号源可以是录像机、影碟机、摄像机等，支持NTSC、PAL、S Video等多种制式。

(4) 系统软件：提供LED播放专用软件，PowerPoint或ES98视频播放软件。

1.2 LED显示屏系统功能

LED显示屏系统是以计算机为处理控制中心，电子屏幕与电脑显示器(VGA)窗口某一区域逐点对应，显示内容实时同步，屏幕映射位置可调，可方便随意地选择显示画面的大小。

显示点阵采用超高亮度 LED发光管（红、绿双基色），256级灰度，颜色变化组合65536种，色彩丰富逼真，并支持VGA 24位真彩色显示模式。

配备图文信息及三维动画播放软件，可播放高质量的图文信息及三维动画。播放软件显示信息的方式有覆盖、合拢、开帘、色彩交替、放大缩小等十多种形式。

使用专用节目编辑播放软件可通过键盘鼠标、扫描仪等不同的输入手段编辑、增加、删除和修改文字、图形、图像等信息。编排存于控制主机或服务器硬盘节目 播放顺序与时间实现一体化交替播放并可相互叠加。可以接收显示录像机、影碟机等视频信号。

1.3 LED电子显示屏系统简介及分类

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、体育场等多种需要进行公告、宣传的场合。

LED是发光二极管Light Emitting Diode的英文缩写。LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。它采用低电压扫描驱动，具有的优点有：耗电省、

使用寿命长、成本低、亮度高、视角大、可视距离远、品种多等。

1.4 LED显示屏工作原理

LED显示屏显示系统主要包括：控制计算机（或网络中的一台工作站）、视频信号处理与控制、通信传输与控制、数据分配与扫描控制、LED显示箱体等。

1.4.1 控制计算机

控制计算机（或网络上的一台工作站）控制电子显示屏的显示效果。它可以运行一个根据用户需求编写完成的节目单，并提取计算机本地硬盘上或网络服务器上的相关显示数据。当然，也可以人为地产生LED屏幕的显示效果。屏幕上像素和屏幕控制机显示器相应区域上的像素点一一对应，直接映射。

通过电子显示屏控制计算机，可以手动或自动调节显示屏的亮度、对比度、色度等，选择适合当前环境的灰度校正数据，控制计算机将要显示的信息传送到视频信号处理器和控制单元进行视频信息处理。

1.4.2 视频信号处理控制系统

视频处理控制器为一套专用于LED显示屏上的多媒体视频卡，作用是显示数据的图像处理，视频处理控制器包括：灰度调节、亮度调节、图像降噪、运动补偿、色坐标空间变换、色度调节功能、马赛克消除等。

视频控制器可将已处理的显示信息传至通信模块以便长距离传送到显示屏。

1.4.3 通信传输与控制

Windows为用户提供了两种实现串行通信的方式：

(1) 使用串口通信控件：针对串口通信，微软公司专门提供了MSComm控件，使用该控件进行串口通信设计十分方便，程序员不必花时间去了解较为复杂的API参数。通过简单的修改控件的属性和使用控件提供的方法，就可以实现对串口的配置、完成串口接收和发送数据。

(2) 使用Windows 的API应用程序接口：在Windows中，串口是以文件的形式被打开和访问的。串口和串口通信驱动需要使用设备控制块(DCB、Device、Control Block)进行配置。应用程序使用API函数CreateFile打开串口，ReadFile读串口，CreateEvent建立事件对象和CloseHandle关闭串口。使用串口通信控制进行串口程序的开发极为方便，如果不需要对串口进行高级控制，一般多选择使用MScomm控件进行开发。

通信系统通过25对超五类双绞线连接控制计算机和显示屏，它有效地保证将计算机显示器上显示的内容传输到显示屏显示。

1.4.4 数据分配与扫描控制

LED显示屏的基本扫描控制原理是动态扫描。动态扫描又分为行扫描和列扫描两种方式，常用的方式是行扫描。行扫描方式又分为8行扫描和16行扫描两种。在行扫描工作方式下，每一片LED点阵片都有一组列驱动电路，列驱动电路中一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存待显示内容的字模数据。在行扫描工作方式下，同一排LED点阵片的同名行控制引脚是并接在一条线上的，共8条线，最后连接在一个行驱动电路上；行驱动电路中也一定有一片锁存器或移位寄存器，用来锁存行扫描信号。

LED显示屏的列驱动电路和行驱动电路一般都采用单片机进行控制，常用的单片机是MCS51系列。LED显示屏显示的内容一般按字模的形式存放在单片机的外部数据存储器中，字模是8位二进制数。

单片机对LED显示屏的控制过程是先读后写。按LED点阵片在屏幕上的排列顺序，单片机先对第1排的第1片LED点阵片的列驱动锁存器，写入从外部

数据存储器读得的字模数据，接着对第2片、第3片……直到这一排的最后一片都写完字模数据后，单片机再对这一排的行驱动锁存器写行扫描信号，于是第1排第1行与字模数据相关的发光二极管点亮。接着第2排第1行、第3排第1行……直到最后一排第1行的点亮。各排第1行都点亮后，延时一段时间，然后黑屏，这样就算完成了单片机对LED显示屏的一行扫描控制。

单片机对LED显示屏第2行的扫描控制、第3行的扫描控制……直到第8行的扫描控制，其过程与第1行的扫描控制过程相同。对全部8行的控制过程都完成后，LED显示屏也就完成了1帧图像的完整显示。

虽然按这种工作方式，LED显示屏是一行一行点亮的，每次都只有一行亮，但只要保证每行每秒钟能点亮50次以上，即刷新频率高于50 Hz，那么由于人的视觉惰性，所看到的LED显示屏显示的图像还是全屏稳定的图像。其一种方式工作原理系统框图如图1-1所示。

图1-1 控制方式系统框图

1.4.5 LED显示箱体

LED显示箱体设计有多种方案，各有不同的优缺点。

(1) 点阵模块方案

最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来

优势：原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。

缺点：色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。

(2) 单灯方案

为解决点阵屏色彩问题，借鉴户外显示屏技术的一种方案，同时将户外的像素复用技术（又叫像素共享技术，虚拟像素技术）移植到了室内显示屏。

优势：色彩一致性比点阵模块方式的好。

缺点：混色效果不佳，视角不大，水平方向左右观看有色差。加工较复杂，抗静电要求高。实际像素分辨率做到10000点以上较难。

(3) 贴片方案

采用贴片发光管为显示元件的方案。

优势：色彩一致性，视角等重要显示指标是现有方案里最好的一种，特别是

三合一表贴的混色效果非常好。

缺点：加工工艺麻烦，成本太高。

(4) 亚表贴方案

实际上是单灯方案的一种改进，还在完善之中。

优势：在显示色彩一致性，视角等首要指标和标贴方案差别不大了，但成本较低，显示效果很好，分辨率理论上可以做到17200以上。

缺点：加工还是较复杂，抗静电要求高。