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。所以，在随着LED制造技术的不断完善，LED显示屏在国内外都得到了广泛的应用。

LED显示屏是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。

本文主要向大家讲解了高性能LED显示屏设计的原理：

LED显示屏设计的原理主要从LED显示屏的系统构成、LED显示屏的硬件设计及LED显示屏的软件设计三个方面来分析。

1.LED显示屏的系统构成

LED显示系统屏由单片机控制单元和显示单元两部分组成，单个显示单元可显示16×16的汉字4个，若制作生产一定尺寸的LED图文显示屏系统，只要用若干智能显示单元，采用“搭积木”的方法即可实现，系统中各显示单元之间采用串行通信联系。控制单元除了负责控制显示单元和传输上位机的指令和信号外，还内嵌了单总线数字温度传感器18B20.得益于控制电路的模块设计，若对湿度测量也有要求的情况下，18b20可升级为Dallas公司的DS2438和HoneywELl公司的HIH23610构成的模块电路。为了满足整车的通讯需要，上位机与车内的各控制单元之间采用CAN总线方式通讯。

2.LED显示屏的硬件设计

显示单元由LED显示面板和显示电路两部分组成，LED显示面板是由4块点阵模块组成的16×64点阵通用智能显示单元，单个显示单元全屏可以显示4个16×16点阵汉字或符号，系统中各显示单元之间采用串行通信联系，从而使得整个系统的工作协调统一。显示电路由两个16针排线口、两个74H245三态总线驱动器、一个74HC04D六反相器、两个74H138八译码器以及8个74HC595移位锁存器组成。控制电路核心为WINBOND的高速单片机77E58,晶振频率为24MHz.AT29C020A为256K的ROM,用于存贮16×16点阵的汉字库和16×8点阵的ASCII码表。AT24C020是基于I2C串行总线的EP2ROM,其存储预设定的语句，例如地铁站点名称、问候语等。车内温度通过单总线式数字温度传感器18b20测量。SJA1000和TJA1040分别为CAN总线控制器和收发器。

（1）控制电路单元设计

整个系统以winbond的动态单片机77E58为核心，77E58采用了重新设计的微处理器内核，其指令兼容51系列，但由于时钟周期仅为4个周期，在相同的时钟频率下，其运行速度一般比传统8051提高2~3倍，因此很好地解决了大容量汉字动态显示时对单片机的频率要求，另外还自带看门狗。77E58通过锁存器74LS373控制闪速存储器AT29C020,大小为256K.由于存储器容量大于64K,因此在设计中采用了分页寻址的方法，即用P1.1和P1.2对闪存器进行页选，共分4页，每页的寻址大小为64K,P1.5除了用于对AT29C020片选外，还保证了P1.1和P1.2在16针的排线接口上复用时不对AT29C020造成误操作。CAN控制器为通讯的关键部分，为了提高抗干扰能力，在CAN控制器SJA1000和CAN收发器TJA1040之间加接6N137高速光耦，单片机通过P3.0对CAN控制器SJA1000进行片选。18B20为单总线器件，该器件与单片机接口仅需占用一个I/O端口，可直接将温度转化成数字信号，并以9位数字码方式串行输出，在控制电路中选用P1.4完成对18B20的片选和数据传输功能。AT24C020的时钟线SCL和双向数据线SDA分别接单片机的P1.6和P1.7.16针的排线接口是控制电路和显示电路的接口部分。

（2）显示单元连接与控制

显示电路部分通过16针排线（1）口与控制电路部分的16针排线口相连，16针排线口（1）将单片机的指令和数据传输到LED显示电路，16针排线（2）用于多个显示屏幕的级联，它的连线和16针排线口（1）基本一样，但是要注意其R端连接的是图2从左至右的第8个74H595的DS端，在级联的时候它将与下一块显示屏的16针排线（1）口串接（如图1）。CLK为时钟信号端，STR为行锁存端，R为数据端，G（GND）、LOE为行点亮使能端，A、B、C、D为行选端。各端口具体作用如下：A、B、C、D为行选择端，用于控制将来自上位机数据具体送至显示面板上的指定行，R为数据端，接受单片机传输的数据。LED显示单元的工作时序如下：CLK时钟信号端在R端收到一个数据后，由控制电路人为地给一个脉冲上升沿，STR在一行数据（16×4）64个数据全部传送完后，给出一个脉冲上升沿以锁存数据；LOE由单片机置1将该行点亮。显示电路原理图如图3.

（3）模块化设计

地铁车辆根据实际情况对LED显示屏有不同的要求，因此我们在设计电路时对此做了充分考虑，即在保证主要功能和结构不变的情况下，可以对特定模块进行互换。该结构使得LED控制电路具有良好的扩展性和易用性。

（4）温湿度模块

在南方炎热和多雨地带，尽管车内有恒温空调，但湿度也是旅客们关心的一个重要指标。我们设计的温湿度模块，具有测量温度和湿度的功能。温度模块和温湿度模块有相同的插座接口，且都是单总线结构，均用P1.4口控制，因此互换很方便。HIH3610是Honeywell公司生产的电压输出的三端集成湿度传感器，DS2438是具有单总线通讯接口的10位A/D转换器，片内包含一个高分辨率的数字温度传感器，它可用于湿度传感器的温度补偿。

（5）485总线扩展模块

485总线作为一种成熟而廉价的总线在工业现场和交通领域有着不可替代的位置，为此我们设计了485总线扩展模块，它可替代原有的CAN模块进行外部通讯。该模块采用MAXIM公司的光电隔离型的MXL1535E作为485收发器，为了保证控制上的兼容，MXL1535E与SJA1000均通过P3.0进行片选。另外在RS2485侧与控制器或控制逻辑侧之间通过变压器提供2500VRMS电隔离，在模块的输出部分添加了TVS二极管电路以减少线路浪涌干扰，还可利用跳线决定是否加载总线的终端电阻。

3.LED显示屏的软件设计

系统软件由上位机管理软件和单元控制器控制软件组成。上位机管理软件是在Windows22000操作平台上，利用C++BUILD6.0开发的，包括显示方式选择（包括静态、闪动、滚动、打字等），滚动方向选择（包括上下滚动和左右滚动），动态显示速度调节（即文字闪动频率、滚动速度、打字显示速度等），显示内容输入及显示预览等。

系统运行时，系统不仅可按预设定显示报站、广告等字符，也可人工输入需要的显示字符。单元控制器控制软件采用8051的KEILC编程，固化于单片机77E58的EEPROM中，主要完成上下位机通讯、温度和湿度的数据采集、I/O接口控制等功能。在实际运行时，温度测量精度达到±0.5℃，湿度测量精度达到±2%RH.