【導(dǎo)讀】LED顯示屏控制系統(tǒng)（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(fù)責(zé)責(zé)接收來自計算機(jī)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(qū)驅(qū)動方式生成LED顯示屏所能識別的串行顯示數(shù)據(jù)和掃描控制時序。
LED顯示屏控制系統(tǒng)（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(fù)責(zé)責(zé)接收來自計算機(jī)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(qū)驅(qū)動方式生成LED顯示屏所能識別的串行顯示數(shù)據(jù)和掃描控制時序。
通過對點(diǎn)陣模塊和控制電路的分析，確定LED顯示屏的部件構(gòu)成；通過對單片機(jī)及智能控制模塊的分析，確定LED顯示屏的組成結(jié)構(gòu)和掃描驅(qū)動方式，實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的顯示。
根據(jù)LED顯示屏控制系統(tǒng)的應(yīng)用，設(shè)計了LED圖文顯示屏的體系結(jié)構(gòu)和工作流程。其中軟件系統(tǒng)與無線傳輸控制硬件主系統(tǒng)之間采用串行通訊方式完成程序下載，實(shí)現(xiàn)文本信息的傳輸。
1 LED顯示屏控制系統(tǒng)整體分析
LED顯示屏系統(tǒng)組成 LED圖文顯示屏系統(tǒng)由軟件控制系統(tǒng)、無線傳輸系統(tǒng)、設(shè)備主控制器、LED顯示點(diǎn)陣、電源等部分組成。基本結(jié)構(gòu)如下圖：
圖1 LED顯示屏總體框架
系統(tǒng)工作過程： 軟件控制系統(tǒng)主要完成的任務(wù)為圖文編輯、字模提取與保存、圖像預(yù)覽與文件傳輸；無線傳輸系統(tǒng)主要完成文件信息由PC機(jī)傳輸至LED顯示器，硬件控制系統(tǒng)中LED點(diǎn)陣主要任務(wù)是通過電流控制完成信息顯示，通過單片機(jī)的掃描驅(qū)動方式的控制對LED點(diǎn)陣行列驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動并最終實(shí)現(xiàn)接收的圖文顯示功能。
2 計算機(jī)軟件模塊分析與設(shè)計
軟件模塊分為編輯部分和控制通訊部分，編輯部分實(shí)現(xiàn)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(jī)存儲模塊的傳輸。通訊部分將在第三章做詳細(xì)的介紹。 系統(tǒng)設(shè)計采用Windows操作系統(tǒng)下，開啟文本編輯窗口，客戶區(qū)內(nèi)像素點(diǎn)采用與實(shí)際LED點(diǎn)陣顯示屏像素點(diǎn)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(yù)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(fù)制、粘貼功能，系統(tǒng)加入了撤消、重復(fù)功能。
首先。選中撤消功能可以實(shí)現(xiàn)之前編輯工作的一步步取消功能。然后，選中重復(fù)功能可以實(shí)現(xiàn)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(nèi)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(jù)應(yīng)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(jìn)行編輯。之后，調(diào)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(biāo)和縱坐標(biāo)。
4）顏色控制模塊：由于應(yīng)用領(lǐng)域的具體特點(diǎn)，主要采用了紅、綠、黃三種顏色，可以實(shí) 現(xiàn)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(tǒng)的功能。
1）普通效果，靜態(tài)的顯示屏幕上的信息。
2）滾動效果，可以實(shí)現(xiàn)從左向右的信息滾動顯示，可以與靜態(tài)信息穿插顯示。
3）單屏信息傳輸，實(shí)現(xiàn)編輯待傳輸信息的保存。
4）多屏信息傳輸，實(shí)現(xiàn)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(yù)覽模塊：在文件傳輸之前實(shí)現(xiàn)字模信息的預(yù)覽功能，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)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(yù)覽，可以調(diào)整靜態(tài)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(jié)構(gòu)圖如下：
圖3軟件模塊結(jié)構(gòu)圖
3 LED顯示屏的控制技術(shù)
隨著第五代“陣列式”控制系統(tǒng)的研制并投入使用，此代控制系統(tǒng)的誕生又提高了元亨光電在屏體控制方面的技術(shù)優(yōu)勢，并使顯示信號的處理技術(shù)得到進(jìn)一步的改進(jìn)。 采用了“陣列式”控制系統(tǒng)之后。
首先，可以將顯示屏的換幀頻率由現(xiàn)在的60Hz左右提高到120Hz以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)象出現(xiàn)，提高了顯示的質(zhì)量。
其次，可以將顯示屏紅、綠、藍(lán)三基色的灰度級別從現(xiàn)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(shí)。
最后，采用LDVS信號進(jìn)行傳送，最大化地避免了信號的損失，使整個顯示屏顯示內(nèi)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(xiàn)。
3.1 節(jié)能降耗技術(shù)
由于采用了陣列式控制系統(tǒng)，故能夠有效降低控制系統(tǒng)用于產(chǎn)生灰度造成的顯示屏亮度的損耗，據(jù)比較測算，傳統(tǒng)的“集中式控制系統(tǒng)”的系統(tǒng)損耗在30%~40%之間，“陣列式控制系統(tǒng)”的系統(tǒng)損耗在8%~10%之間，控制系統(tǒng)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(dá)到節(jié)能降耗的效果。集中式控制系統(tǒng)，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(shù)，減低亮度來形成灰度；由于陣列式控制系統(tǒng)控制范圍小，可以大幅提高掃描次數(shù)，亮度損失隨之變小。陣列式系統(tǒng)的掃描次數(shù)，可以達(dá)到136場以上，而集中式最多能達(dá)到42場。
根據(jù)亮度損耗原理，計算表格比較如下：一塊200平方米的3906點(diǎn)/平方米規(guī)格的戶外全彩色顯示屏，如采用20mA的驅(qū)動電流，理論最大亮度可以達(dá)到15000cd/m2，如果要達(dá)到6000cd/m2的最大實(shí)際亮度，采用“集中式控制系統(tǒng)”，按照30%的系統(tǒng)損耗，則顯示屏驅(qū)動電流為11.4mA/像素點(diǎn)，供電最大電流為607A;如果采用“陣列式控制系統(tǒng)”，達(dá)到6000cd/ m2的最大實(shí)際亮度，按照10%的系統(tǒng)損耗，則顯示屏驅(qū)動電流為8.89mA/像素點(diǎn)，最大電流為474A，節(jié)能幅度達(dá)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(tǒng)”每年耗電量為160248度。采用“陣列式控制系統(tǒng)”每年耗電量為125136度，節(jié)約開支約35112元/年（按每度電1.0元計算）
3.2 單點(diǎn)檢測技術(shù)
為提高屏體可靠性，增加維護(hù)的便捷性，元亨光電特研發(fā)出顯示屏單點(diǎn)檢測技術(shù)。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(diào)試程序發(fā)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。現(xiàn)在我司使用屏體單點(diǎn)檢測功能，只需運(yùn)行相應(yīng)程序，即可判斷出像素的工作狀態(tài)，從而進(jìn)行修復(fù)，大大提高了屏體的可靠性。同時，隨著LED顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，超大型LED屏涌現(xiàn)市場。此類屏體一般安裝位置較高，觀看距離較遠(yuǎn)，為顯示屏的檢測工作帶來不便。對每個像素點(diǎn)的判斷往往只能根據(jù)人為判斷，在運(yùn)用單點(diǎn)檢測功能后，維護(hù)人員可方便的查找出故障點(diǎn)的坐標(biāo)，快捷更換。
3.3 單點(diǎn)亮度與色度校正技術(shù)
LED顯示屏亮度色度均勻性問題一直以來是困擾業(yè)內(nèi)人士的一大難題，一般認(rèn)為LED的亮度不均勻可以進(jìn)行單點(diǎn)校正，來改善亮度均勻性，而色度不均勻是無法進(jìn)行校正的，只能通過對LED色坐標(biāo)進(jìn)行細(xì)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(biāo)進(jìn)行細(xì)分和篩選已無法滿足人們挑剔的目光，對顯示屏進(jìn)行綜合校正處理，使色度均勻性得到改善是可實(shí)現(xiàn)的。首先，由于LED自身的不同導(dǎo)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(diǎn)亮同一生產(chǎn)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(lán)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(nèi)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(fā)現(xiàn)。為此，元亨光電使用世界先進(jìn)的單色亮度與色度校正技術(shù)（也稱之為：亮度與色度簽名技術(shù)），用以解決由于不同顏色發(fā)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(shù)上說，LCD是由液態(tài)晶體組成的顯示屏，LED是由發(fā)光二極管組成的顯示屏。LED數(shù)碼顯示中每一個像素單元就是一個發(fā)光二極管，單色LED顯示屏一般是紅色發(fā)光二極管。
4 總結(jié)
近年來國內(nèi)LED顯示屏技術(shù)得到進(jìn)一步的發(fā)展，我國LED顯示屏已占據(jù)全球80%的市場，然而引領(lǐng)顯示屏的發(fā)展并非在我國。為此，雷迪森光電等業(yè)內(nèi)LED廠家將積極發(fā)展、提升LED技術(shù)。LED顯示屏軟件控制系統(tǒng)的整體設(shè)計，確定了系統(tǒng)上作流程，完成了系統(tǒng)軟件控制功能。根據(jù)具體設(shè)備通訊要求，采用串口通訊技術(shù)，通過介紹端口通訊以及串口通訊協(xié)議的相關(guān)知識，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)與硬件設(shè)備部分的通訊，完成實(shí)現(xiàn)LED顯示屏的文本信息傳輸功能。LED顯示屏的技術(shù)控制是決定產(chǎn)品優(yōu)劣的重要保證。
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