超長LED 顯示屏驅(qū)動(dòng)方式研究

賀嬌娜

（山西二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030013）

0 引言

眾所周知，為了使液晶顯示器屏幕適合操作員觀看，屏幕必須輔以安裝支架，以保持和調(diào)節(jié)視角，因此支架屏幕是顯示器非常重要的配套產(chǎn)品，支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響機(jī)器的整體質(zhì)量，只有良好的支架才能實(shí)現(xiàn)和展示整機(jī)的優(yōu)勢，合理的支架設(shè)計(jì)不僅為用戶提供了更舒適的使用條件，而且可以最大限度地減少尺寸，節(jié)省空間，方便包裝和運(yùn)輸。本研究課題即為底座加立柱式可升降支撐架。研究一種具有立柱內(nèi)伸縮套管可升降到最低點(diǎn)后能鎖附住，同時(shí)立柱能繞立柱底部與底座間的樞轉(zhuǎn)軸傾倒至貼近底座功能的立柱可傾倒鎖扣的底座加立柱式顯示屏支撐架。

1 面臨的問題

目前對所謂超長LED 顯示器沒有明確定義，但根據(jù)市場上顯示器的長度和控制面板的范圍，將超長顯示器水平方向的掃描線長度確定為≥2048 更為合適。根據(jù)這一定義，標(biāo)準(zhǔn)的雙色LED 光柵為64×3205.0 物理長度估計(jì)：－單元格面板的水平長度為0.5m（0.484m），水平方向的單元格數(shù)量為32m，顯示器的水平長度為16m。內(nèi)存占用：如果高64 點(diǎn)，即兩個(gè)彩色驅(qū)動(dòng)程序，則屏幕上的信息對應(yīng)于以顏色數(shù)×長×高+字節(jié)=2×2048×64+8-32768 字節(jié)的形式顯示內(nèi)存大小。延遲：如果信號傳輸速率為3×105km/s，則16m 長導(dǎo)線延遲16m/（3×105km/s）=53.3Ns，如果74HC595 中的一個(gè)芯片上的延遲為20Ns，8 個(gè)74HC595 在一個(gè)單元中串行連接，則整個(gè)LED 顯示該單元中水平方向的信號延遲為 8×32×20Ns=5.12US，為了將 LED1 屏和 2 屏組合成32m 長的LED 超長顯示器，必須確定兩個(gè)控制面板和同步控制面板的最佳相對位置，同步控制面板的距離至少為8m。如果所需的顯示持續(xù)時(shí)間超過1MHz，則減少8m 距離的帶寬，控制面板定位方案對同步控制面板和連接導(dǎo)線有很高的要求。圖1 為LED 顯示屏。

圖1 LED 顯示屏

2 LED 顯示屏的雙向排列方式

充分考慮LED 顯示屏的外觀，先放在LED 顯示屏兩和控制面板2 作為一個(gè)整體，在原點(diǎn)180 的中心旋轉(zhuǎn)。然后控制面板1、控制面板2 和同步控制面板組成控制面板。LED 屏幕2 被翻轉(zhuǎn)，以突出兩個(gè)1800°LED屏幕的旋轉(zhuǎn)。現(xiàn)在，控制面板位置與LED1 和顯示器2位置之間的距離為0，如何在輸出模式下組織數(shù)據(jù)顯示仍然是一個(gè)問題。由于控制面板位于LED 屏幕的中心，因此控制面板通常位于LED 屏幕的右側(cè)，數(shù)據(jù)的移動(dòng)是向右和向左進(jìn)行的。結(jié)果屏幕1 的數(shù)據(jù)移動(dòng)方向正常，屏幕2 的數(shù)據(jù)移動(dòng)方向?yàn)樽髠?cè)。對于超長的LED 屏幕顯示，最重要的效果是顯示器的水平移動(dòng)，而顯示器的垂直移動(dòng)沒有任何意義，因?yàn)樗L，無法看到顯示器的全部內(nèi)容。靜態(tài)映射是移動(dòng)時(shí)的一種特殊情況。因此，對于超長LED 顯示屏我們主要研究在組織和輸出數(shù)據(jù)時(shí)的數(shù)據(jù)遷移率[1]。

3 數(shù)據(jù)組織與硬件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上結(jié)論，通過對硬件設(shè)計(jì)的細(xì)化，可以實(shí)現(xiàn)LED 屏的雙向控制、數(shù)據(jù)的組織和編程：硬件在掃描過程中實(shí)現(xiàn)LED 顯示器第0 行和第15 行的同時(shí)運(yùn)行，它由標(biāo)準(zhǔn)的1/16LED 掃描單元組成。因此，在屏幕L 和屏幕2 之間的同一行中掃描信號的范圍為16，可以通過模具獲得掃描信號。LED 顯示屏1 對應(yīng)于硬件內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器增加1 個(gè)，LED 顯示屏2 對應(yīng)于硬件內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器減少1 個(gè)，LED 在屏幕1 和屏幕2 上，分別組織和顯示屏幕1 和屏幕2 的所有數(shù)據(jù)；在輸出過程中，LED 屏幕1 和屏幕2 從掃描線長度的一半發(fā)送到整個(gè)LED 屏幕，更好地顯示組織結(jié)構(gòu)和績效指標(biāo)。顯示區(qū)域的高度和長度分別為D 和DE，LED 屏幕的高度和長度分別為LU 和LWO，還可以獲得LED 顯示屏1=顯示區(qū)域I 對應(yīng)于區(qū)域I 的最終位置，LED 顯示屏2=顯示區(qū)域I 對應(yīng)于原始位置的LED。但是，在實(shí)踐中為了便于顯示整個(gè)顯示區(qū)域的數(shù)據(jù)，將在RAML 和RAM2 中組織和存儲在同一地址上。當(dāng)顯示區(qū)域作為時(shí)鐘播放器時(shí)，LED 顯示屏1 從框架中的小程序位置開始，最后長度為2 英鎊，在這種情況下，RAML 地址加L 連續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)，LED 顯示屏2 從RAM2 中的位置開始，到端點(diǎn)結(jié)束，輸出長度3 用于顯示。同時(shí)，RAM2 減L 地址將繼續(xù)顯示數(shù)據(jù)，一般來說，當(dāng)雙向LED 顯示屏顯示從x 開始的英鎊長信息屏幕時(shí)，屏幕1 上的LED 根據(jù)RAM連續(xù)向x+（IV2-1）發(fā)送數(shù)據(jù)，屏幕2 上的LED 根據(jù)RAM 連續(xù)向x+L 發(fā)送數(shù)據(jù)。

雙向驅(qū)動(dòng)的主流程圖是在51 臺單片機(jī)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，并輔以雙框架技術(shù)。由于74F193（4 位預(yù)同步求和二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器/二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器）是針對負(fù)脈沖配置的，因此它的初始求和減法值與ALE 及其邏輯門的預(yù)設(shè)選擇一起求和。同樣，兩個(gè)RAM 都可以讀取和寫入在CS1、CS2 和CS 控制下顯示的數(shù)據(jù)，顯示CS1、CS2、RD 和 WR 同時(shí)運(yùn)行，但 CS 不工作。在 SPI 時(shí)鐘機(jī)制的作用下，加法計(jì)數(shù)器和減法計(jì)數(shù)器相加減1，隨著數(shù)據(jù)的釋放，SPI 時(shí)鐘縮短。換言之，計(jì)算上升側(cè)，在上升側(cè)和下降側(cè)之間，等待RAM 數(shù)據(jù)輸出是穩(wěn)定的，邊緣下降將是穩(wěn)定的。同時(shí)，SPI 讀取帶有LED 屏幕SCK 信號的時(shí)鐘進(jìn)行多路復(fù)用.采用高速SPI 模式可以提高SCK 的速度。此外，還應(yīng)注意計(jì)數(shù)器和外部存儲器芯片的讀寫速度應(yīng)與SPI 時(shí)鐘一致，設(shè)備讀取速度越高數(shù)據(jù)出錯(cuò)的概率越低。通過測試發(fā)現(xiàn)，該模式下RAM35NS 芯片的訪問時(shí)間具有最佳的效果組合。

VRS3074 系列單片機(jī)用于電流電路。使用內(nèi)部發(fā)電機(jī)時(shí)，SPI 時(shí)鐘可達(dá)到20MHz，通過IALA5034 邏輯分析儀的測量結(jié)果表明，SCK 信號的頻率約為20MHz。因此，電路控制的LED 觸摸屏在一個(gè)方向上可以達(dá)到8192 點(diǎn)，φ5.0LED 是標(biāo)準(zhǔn)面板，具有物理尺寸：高度=0.242m×4=0.964m；長度=0.8484m×（16384/64）=123.904m。

4 工藝流程

繪制支撐架草圖→準(zhǔn)備支撐架制作材料→安全檢查和技術(shù)交底→支撐架加工→現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)做樣板→依據(jù)結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)直至可行。

在施工前進(jìn)行BIM 建模，繪制支撐架草圖，研發(fā)人員依據(jù)圖紙購買所需材料及配件，BIM 組出具施工動(dòng)畫，勞務(wù)班組作業(yè)人員集體觀看，指出不足，進(jìn)行改進(jìn)，由現(xiàn)場勞務(wù)班組依據(jù)改進(jìn)后的操作視頻進(jìn)行加工試驗(yàn)，在現(xiàn)場選取樣板間進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行總結(jié)改進(jìn)，最終形成分公司內(nèi)部一套施工工藝標(biāo)準(zhǔn)。

5 LED 顯示技術(shù)的發(fā)展

發(fā)達(dá)國家提出了LED 技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，美國自2000年開始實(shí)施國家半導(dǎo)體照明方案，歐盟也于2000 年7月開始實(shí)施類似的彩虹方案，中國也非常重視LED 的發(fā)展。在863 方案的支持下科學(xué)和技術(shù)部于2003 年6月提出了半導(dǎo)體照明發(fā)展計(jì)劃，目前LED 照明行業(yè)發(fā)展良好，外延芯片生產(chǎn)發(fā)展尤為迅速.盡管各國競爭激烈，但LED 在節(jié)能和環(huán)境保護(hù)方面具有顯著優(yōu)勢，對行業(yè)規(guī)模和前景也持樂觀態(tài)度，但這并不意味著LED 的應(yīng)用沒有問題，目前應(yīng)用的主要障礙是：光效率、散熱和LED 成本，當(dāng)然，增加輸入功率可以促進(jìn)單個(gè)燈泡的光強(qiáng)增加，但也會增加燈泡的熱量，散熱成為一個(gè)棘手的問題。溫度的升高會導(dǎo)致LED 壽命周期的降低、照明和色差.這些問題需要通過LED 芯片（主要是半導(dǎo)體芯片）的開發(fā)和密封技術(shù)（主要是二次光學(xué)設(shè)計(jì)和散熱）逐步解決。穩(wěn)定、可靠、低成本的驅(qū)動(dòng)器限制了LED 的應(yīng)用.LED 是一種電流型裝置，只能由直流驅(qū)動(dòng).所有能源都必須正確轉(zhuǎn)換為LED 驅(qū)動(dòng)器。開發(fā)穩(wěn)定、可靠、低成本、高效的能源對于促進(jìn)LED 的應(yīng)用至關(guān)重要。目前，包括美國、德國和國家半導(dǎo)體在內(nèi)的許多國際知名能源生產(chǎn)商隨后在國際市場上推出了一系列LED 微驅(qū)動(dòng)器。但國家能源研發(fā)公司才剛剛開始運(yùn)營，目前，我國一些先進(jìn)技術(shù)企業(yè)已經(jīng)發(fā)布了LED 驅(qū)動(dòng)程序，如上海表盤微CP21xx 和上海隆定微電子PAM284x 系列。隨著LED 驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展，其技術(shù)趨勢主要集中在提高集成度、效率、控制精度、體積小、重量輕等方面。LED照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。不同類型的燈可以作為不同于傳統(tǒng)光源的新型光源，為了找到光學(xué)系統(tǒng)的最佳方案，必須根據(jù)工程光學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。LED 具有節(jié)能環(huán)保、抗震性能高、使用壽命長、色澤好、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn).具有很高的經(jīng)濟(jì)和市場價(jià)值。隨著LED 在不同應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展，LED 路燈在技術(shù)上也不斷改良，例如，現(xiàn)時(shí)光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理、控制及連接其他燈泡，除個(gè)別情況（例如太陽能電池）外，大部分LED 路燈均采用可變電源，主要是120V 或230VAC，但LED 與其他光源有顯著的分別，盡管有一些例外，但路燈通常需要100 個(gè)或更多單位的LED 來釋放數(shù)千個(gè)所需的流明。LED 的使用壽命很長，所以對驅(qū)動(dòng)器有很大的要求，驅(qū)動(dòng)程序必須提供長期的可靠性，提供穩(wěn)定的長電流，并為所有燈泡球增加適當(dāng)?shù)钠耠妷篬2]。

LED 顯示屏具有節(jié)能環(huán)保、照明均勻、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。它已廣泛應(yīng)用于公共信息發(fā)布、體育場館、監(jiān)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。LED 顯示屏生產(chǎn)水平的不斷提高和突破，將積極推動(dòng)平板顯示技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步擴(kuò)大LED 顯示屏的應(yīng)用范圍。同時(shí)，對LED 顯示控制系統(tǒng)的研發(fā)也提出了更高的要求。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對大屏幕LED 的需求不斷增加。由于LED 顯示屏控制相對復(fù)雜，特別是對于超長LED 顯示屏和需要特殊效果的場合，處理器需要快速高效地運(yùn)行。軟硬件結(jié)合可以充分發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)勢，是提高控制系統(tǒng)性能和性價(jià)比的有效途徑。為了解決超長LED 顯示數(shù)據(jù)輸出速度慢的問題，本文討論了數(shù)據(jù)的組織方法、輸出控制時(shí)序和程序優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一種超長LED 顯示屏制導(dǎo)控制系統(tǒng)。在有效組織顯示數(shù)據(jù)的前提下，充分利用vrs51☆3074 及其SPI 接口的特點(diǎn)，自動(dòng)生成轉(zhuǎn)向時(shí)鐘信號，數(shù)據(jù)輸出由DMA 完成。實(shí)現(xiàn)了超長LED 顯示屏的高速更新，控制電路簡單可靠。實(shí)際效果表明，整個(gè)控制系統(tǒng)的軟硬件接口合理，易于擴(kuò)展，配置靈活。如果需要垂直擴(kuò)展掃描行數(shù)，可以直接使用靈活的字長配置SPI。例如，如果SPI 字的長度設(shè)置為16 位，并與兩位串聯(lián)，則顯示器垂直方向上的點(diǎn)數(shù)將增加到128 點(diǎn)。當(dāng)受控顯示屏的寬度較小時(shí)，也可以通過軟件配置實(shí)現(xiàn)多級灰度控制。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)仍有進(jìn)一步優(yōu)化的余地，可以與其他控制方案結(jié)合，以滿足各種應(yīng)用要求。

LED 是一種光電二極管，它是一種新型的電致發(fā)光光電元件，利用固態(tài)半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，直接將電能轉(zhuǎn)化為光電器件。它的核心是一個(gè)半導(dǎo)體芯片，一端是P 形，另一端是N 形，形成一個(gè)P-N 結(jié)，當(dāng)正極電壓在晶體兩端使用時(shí)，半導(dǎo)體中的電子和空穴相互交織，發(fā)出多余的能量并發(fā)射光子，通過芯片就能看到光。本實(shí)用新型是一種柱鉸鎖式底座，其功能是將柱內(nèi)伸縮套提升至最低點(diǎn)，并將其鎖緊固定，使柱在底座與基座之間的滾筒周圍卸載，靠近基座。安裝在內(nèi)滑動(dòng)柱軌上的升降襯套是安裝在機(jī)架和伸縮望遠(yuǎn)鏡中的平衡機(jī)構(gòu)，利用上下拉伸彈性來平衡篩網(wǎng)的重量。安裝在望遠(yuǎn)鏡頂部和屏幕后面的多軸組合機(jī)構(gòu)將鉸鏈調(diào)整成一個(gè)完整的角度。主旋轉(zhuǎn)裝置，可左右旋轉(zhuǎn)?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)的不足，使這種包裝支架能夠大大減小包裝尺寸，無須大量拆卸，非常方便，降低了成本，也有利于環(huán)境，無須進(jìn)一步掛載，可采用鎖緊裝置，避免機(jī)架表面劃傷，效果明顯。同時(shí)，減少了維修次數(shù)及成本，并通過管理提高質(zhì)量，輔助市場開發(fā)[3]。

6 結(jié)語

本文的新穎之處在于通過改變LED 單元的端部配置，提出了一種顯示超長LED 控制系統(tǒng)的新驅(qū)動(dòng)程序，并給出了該驅(qū)動(dòng)程序用于組織數(shù)據(jù)和實(shí)際硬件電路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，在不提高LED 中顯示頻率的情況下，將現(xiàn)有超長LED 的長度增加一倍。同時(shí)，如果曝光時(shí)間減少8 倍，則該方法可用于生產(chǎn)灰度8 級顯示器，超長雙向LED 顯示，在其他顯示系統(tǒng)如CRT 和LCD 中組織數(shù)據(jù)和引入硬件的方法需要進(jìn)一步研究和探索。