LED電子顯示屏的設計
摘要：近年來，LED(lightem itingd iode，發光二極管)電子顯示屏作為一種高科技產品日益引起人們的重視。它可以實時顯示或循環播放文字、圖形和圖像信息，具有顯示方式豐富、觀賞性強、顯示內容修改方便、亮度高、顯示穩定且壽命長等多種優點，被廣泛應用于商業廣告、體育比賽、交通信息報導等諸多領域。本課題對LED點陣顯示屏電子時鐘進行研究。本次設計硬件電路可以分為單片機系統以及外圍電路、行驅動和列驅動三個部分。采用動態掃描方法，與單片機及相關接口電路靈活實現動態掃描。此次設計采用AT89C51單片機、利用AT89C51單片機的P2口進行行控制，而列驅動則采用串行輸入轉并行輸出的移位寄存74HC595。此LED點陣顯示屏電子時鐘是一個將“時”、“分”顯示于人的視覺器官的計時裝置。它的計時周期為24小時，另外還具有調節時間和整點報時的功能。LED顯示屏因其控制靈活，操作方便，成本低廉，在社會各行業有著廣泛的應用。 關鍵詞：LED顯示屏，數據傳輸，單片機
1 本課題相關領域的歷史、現狀和前沿發展情況
1.1 課題背景
大約是在80年代中期LED在電子顯示屏中開始使用。進入90年代以后，由于半導體工業的迅猛發展，使LED制造材料和工藝得到了改進，在顏色與亮度方面都有了質的飛躍。早期的LED顯示屏，由于受材料和工藝的限制，視角僅有200一300左右，從而制約了LED顯示屏的發展。在分辨率方面，由于受當時數字技術、集成電路技術和控制技術等技術的限制，很難做出高密度的LED顯示屏。最近十年，高亮度化、全色化一直是LED材料和器件工藝技術研究的前沿課題。超高亮度(UHB)是指發光強度達到或超過100mcd的LED，又稱塏德拉(cd)級LED。高亮度A1GaInP和InGaN LED的研制進展十分迅速，現已達到常規材料GaA1As、GaAsP、GaP不可能達到的性能水平。1991年日本東芝公司和美國HP公司研制成InGaA1P 620nm橙色超高亮度LED，1992年InGaA1p590nm黃色超高亮度LED實用化。同年，東芝公司研制InGaA1P 573nm黃綠色超高亮度LED，法向光強達2cd。1994年日本日亞公司研制成InGaN 450nm藍(綠)色超高亮度LED[1]。至此，彩色顯示所需的三基色紅、綠、藍以及橙、黃多種顏色的LED都達到了坎德拉級的發光強度，實現了超高亮度化、全色化，
使發光管的戶外全色顯示成為現實。我國發展LED起步于七十年代，產業出現于八十年代。全國約有100多家企業，95%的廠家都從事后道封裝生產，所需管芯幾乎全部從國外進口。通過幾個“五年計劃”的技術改造、技術攻關、引進國外先進設備和部分關鍵技術，使我國LED的生產技術已向前跨進了一步。
1.2 研究目的及意義
發光二極管(LED)，是一種把電能變成光能的特種器件，具有單向導通性。它的核心部分是由P型半導體和N型半導體組成的晶片，在P型半導體和N型半導體之間有一個過渡層，稱為PN結。PN結芯片、電極和光學系統構成了發光二極管。當系統受到外界激發后，會從穩定的低能態躍遷到不穩定的高能態，當系統由不穩定的高能態重新回到穩定的低能態時，能量差以光的形式輻射出來，就會產生發光現象。當在PN結上加以正向電壓之后，P區的空穴注入至N區，N區的電子注入至P區，相互注入的電子與空穴相遇后即產生復合，這些多數載流子在結的注入和復合中產生輻射而發光。它是自發輻射發光，不需要較高的注入電流產生粒子數反轉分布，也不需要光學諧振腔，發射的是非相干光[2]。
隨著高亮度發光二極管技術的發展，LED顯示屏從室內走到室外，其顯示內容也從沒有層次的計算文字動畫發展到能顯示有層次的電視圖像。國家信息產業部委托藍通電子科技有限責任公司制定的《LED顯示屏技術條件》也于1998年正式頒布實施。
信息化社會的形成，信息領域愈加廣泛，LED顯示屏的應用前景更為廣闊。預計大型或超大型LED顯示屏的主流產品局面將會發生改變，適合于服務行業特點和專業性要求的小型LED顯示屏會有較大提高，面向信息服務領域的LED。
顯示屏產品門類和品種體系將更加豐富，部分潛在市場需求和應用領域將會有所突破，如公共交通、停車場、餐飲、醫院等綜合服務方面的信息顯示屏需求量將有更大的提高，大批量、小型化的標準系統LED顯示屏在LED顯示屏市場總量中將會占有多數份額。
進入新世紀，光電子產業得到廣泛的重視，中國加入WTO、北京奧運成功舉辦等，成為LED顯示屏產業發展的契機，我國LED顯示屏及相關的技術必將得到飛躍發展。
1.3 國內外LED顯示屏的研究現狀
LED顯示屏是八十年代后期在全球迅速發展起來的新型信息顯示媒體，它利
用發光二極管構成的點陣模塊或像素單元組成可變面積的顯示屏幕，以可靠性高、使用壽命長、環境適應能力強、性價比高、使用成本低等特點，在短短十來年中，迅速成長為平板顯示的主流產品，在信息顯示領域得到了廣泛的應用[3]。
LED顯示屏發展經歷了三個階段：
(1) 1990年以前是LED顯示屏的成長形成期，一方面受LED材料的限制，LED顯示屏的應用領域沒有廣泛展開。另一，顯示屏控制技術基本上是通信控制方式，客觀上影響了顯示效果。這一時期的LED顯示屏在國內外應用廣泛，國內很少，產品以紅、綠雙基色為主，控制方式為通信控制，灰度等級為單點4級調灰，產品的成本比較高。
(2) 1990-1995年，這一階段是LED顯示屏迅速發展的時期。全球信息產業高速增長，信息技術在各個領域不斷突破，LED顯示屏在材料和控制技術方面不斷出現新的成果。藍色LED晶片研制成功，全彩色LED顯示屏進入市場，LED顯示屏在國內的發展速度非常迅速，LED顯示屏在平板顯示領域的主流產品局面基本形成，LED顯示屏產業成為新興的高科技產業。
(3) 1995年至今，LED顯示屏的發展進入一個總體穩步提高產業格局調整完善的時期。全彩色LED顯示屏、256級灰度視頻控制技術等方面均有國內先進、達到國際水平的技術和產品出現。LED顯示屏控制專用大規模集成電路已由國內企業開發生產并得到利用。我國LED顯示屏產業在規模發展的同時，產品技術推陳出新，一直保持比較先進的水平。LED顯示屏產業正成為我國電子信息產業的重要組成部分。
1.4 LED顯示屏的發展趨勢
二十一世紀的顯示技術將是平板顯示的時代，LED顯示屏作為平板顯示的主導產品之一將有更大的發展，并有可能成為二十一世紀平板顯示的代表性主流產品。
白光LED是LED產業中最被看好的新興產品，在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，白光LED在照明市場的前景備受矚目。歐、美及日本等先進技術國家也投注許多人力，成立專門的機構推動白光LED研發工作。可見國外LED顯示屏技術主要集中在新材料的開發上，以新發光材料來提高顯示屏的視覺效果、能耗等各種性能。
隨著能源緊缺問題越來越突出，LED的重要性和市場空間更加顯著。鑒于我國LED產業的現狀，不論技術還是產能短期內達到世界先進水平都有相當大的難度。要在國內發展高亮LED產業，可以充分利用國內現有的研發和生產力量，走合作發展的道路。
半導體產業的全球化發展，是每個企業都要面對和無法回避的。國內企業通過規范股權架構、加大研發，采取并購和合作的方式將海外先進技術引入國內，可爭取與國際大廠基本在同一技術水平進行產業競爭。繼上海、廈門、大連、南昌和深圳成為首批五個國家半導體產業化基地，國內封裝和應用企業形成快速的市場適應能力和價格優勢，我國大陸已經成為世界上重要的LED封裝生產基地。封裝及應用，尤其是國際應用產品加工有向我國轉移的趨勢。在封裝和應用領域中國已經完全有可能、有能力在高端市場占據一席之地，但必須加大產品的創新、加強品牌的培育[3]。目前全世界都在尋求解決經濟發展和能源短缺的矛盾，給整個綠色照明生產行業帶來廣闊的市場前景與新的機遇。
1.5本次設計的主要內容與計劃
主要內容：
(1) 用點陣LED顯示時間，如：01 00 ，表示1點，并把前面的0消隱掉，也就是顯示1 00；
(2) 通過按鍵對時間進行修改。
(3) 具備整點報時功能，通過蜂鳴器告警提示。
計劃：
采用89C51單片機,六個串聯的LED數碼管，DS1302,蜂鳴器，74HC595，按鈕等構成，DS1302通過串行方式與單片機進行數據傳送,為系統提供所需的實時時鐘信息，實時時鐘信息通過點陣LED顯示屏顯示。本次設計的LED點陣顯示屏電子時鐘只顯示時分，秒通過一個奇偶判斷程序進行顯示，奇數為冒號，偶數為空格。另外通過按鈕P1.1，P1.2實現對小時和分鐘的修改。按鈕P每按一次分鐘或者小時就增加一。通過設定一個判斷，當時鐘累加至60時蜂鳴器啟動實現整點報時。
2 評述及啟示
現代社會已經邁入信息化時代，信息傳播速度越來越快，人們對信息的依賴程度也越來越高。信息技術自然成為優先發展的關鍵技術之一。隨著計算機技術，尤其是網絡技術的發展，信息以各種文件格式保存，并以數據包的形式在網上傳輸。實際應用過程中若信息是以計算機文件的形式傳送到LED大屏幕或網絡終端上顯示，其間的控制是由控制軟件通過微機或網絡來實現的。信息若寄托于GSM網絡被傳送到LED顯示屏上時，其間的控制是由GSM網絡控制的。