项目三LED屏幕显示系统的组装与调试.ppt

项目三 LED屏幕显示,项目描述,从LED的光电特性入手分析恒流式驱动的优越性，进而禅述恒流源电路及其应用；从LED点阵显示屏的结构出发，分析LED点阵显示屏显示字符的原理；从LED点阵显示字符实训，LED显示屏的组装，到LED显示屏的调试和演示操作，使操作技能得到进一步提高。,知识目标,理解LED在显示领域的应用。,技能目标,学会LED条形屏的组装。,任务,任务一 恒流式驱动电路,一、恒流式驱动电路1LED驱动电源的特点及要求 首先LED不能直接使用常规的电网电压，从LED的伏安特性可知，只能给LED两端 加上一定的直流电压或通上一定的直流电流才能使LED发亮，,另外，在选择和设计LED驱动电源时还要考虑到以下几点要求：（1）高可靠性（2）高效率（3）高功率因素（4）驱动方式（5）浪涌保护（6）保护功能（7）防护方面（8）驱动电源寿命要与LED寿命相匹配（9）要符合安规和电磁兼容2LED采用恒流源驱动的优点,（1）从LED的伏安特性分析 若是采用恒压式供电，必须要求恒压源有足够高的精度，否则LED工作极其不稳定，甚至会烧坏LED。,（2）从伏安特性的温度系数分析LED的伏安特性并不是固定的，而是随温度而变化的，所以电压定了，电流并不一定是不变的，而是随温度变化的。这是因为是LED是一个二极管，它的伏安特性具有负温度系数的特点。,（3）LED显示屏的显示效果分析由于LED制造工式的差异性，即使是同厂家同型号的LED，其正向压降也存在有分散性，当采用恒压驱动多只并联的LED时，各工作电流也会有所不同，导致光学特性的不一致，因此，最好的办法是恒流控制。,二、恒流式驱动电路的形式与结构,1恒流式驱动,（a）三极管的LED负载曲线,（b）基极电流控制,（c）基极电压控制,图3-3 LED作负载与三极管串联,图3-3（a）是LED作为三极管放大电路的负载曲线，如果直接使用三极管基极电流控制其集电极电流，如图3-3（b）所示，由于三极管放大倍数的分散性，同样的基极电流，会产生不同的集电极电流，因此采用基极电压控制方式更为合理，如图3-3（c）所示，即在发射极中串联电阻Re，这时有,IcIe(UbUbe)Re,2基本恒流源电路,图3-4 基本镜像恒流源,基本镜像恒流源电路，如图3-4所示。三极管T1、T2参数完全相同，则有 12，ICEO1ICEO2，由于两管具有相同的基-射极间电压（UBE1UBE2)，故IE1IE2，IC1IC2。当较大时，基极电流IB可以忽略，所以T2的集电极电 流IC2近似等于基准电流IREF，即：,IC2 IC1IREF(UCCUBE)RUCCR,由上式可以看出，当 R 确定后 IREF 就确定了，IC2 也随 IREF 而定。我们可以把 IC2 看作是 IREF 的镜像，所以称为镜像恒流源。,图3-5 三极管be电压作基准电压的恒流源,（2）用三极管提供基准电压的恒流源,（3）用稳压二极管提供基准电压的恒流源,图3-6 稳压二极管作基准电压的恒流源,（4）用三端可调电压基准集成电路提供基准电压的恒流源,图3-7 TL431的图形符号和外形图,TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置从2.5V到36V范围内的任何基准电压值。,TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如图3-8所示。图（a）作为2.5V基准电压源；图（b）作为可调基准电压源，电阻R1和R2与输出电压的关系为UO=2.5(1+R1/R2)V。,（a）2.5V基准源,（b）可调基准源,图3-8 TL431的基本连接方式,如图3-9 所示，是TL431作2.5V基准电压的恒流源，电阻R2是电压取样电阻。一旦需要的电流大小确定后，这个阻值就定了，R22.5I。,图3-9 TL431作基准电压的恒流源,3集成恒流源 目前由于LED的广泛使用，对LED驱动电路的功能和品质等各方面均提出了较高 的要求，现在许多集成电路（IC）产家已生产出各种类型的LED驱动IC，以便在 不同的情况下供设计人员选择，LED驱动IC目前市场需求按应用来分基本有四大 类：,（1）用于消费性电子产品，其应用特点是以电池为能源，一般为4.2V8.4V，因此 低电压、小电流的LED驱动电源是目前量大面广的产品，消费性电子产品的LED 驱动电源拥有比较成熟的技术、产品和相对成熟的市场。,（2）用于汽车照明产品，因其电源稳压器来自汽车蓄电池，一般是48V，所以需要 较高电压降压的LED驱动IC。汽车照明产品使用LED的数量较多，LED多采用 串、并联连接，需要较高的电压，对于取自48V汽车蓄电池的电源来说是十分 方便的。,（3）用于建筑装饰照明和家庭照明，主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并同 时完成与LED的电压和电流的匹配。建筑装饰照明和家庭照明，则需要将交流（AC）能直接变换成直流（DC）恒流源的LED驱动IC，目前还不能提供单个的 集成电路产品，大多数是模块化电路。,（4）用于LED屏幕显示，LED显示屏驱动IC可分为通用IC和专用IC两种。,三、集成恒流源电路的应用,1低电压类IC低电压类IC是指其输入电压低，一般不超过DC15V，主要在以电池为电源的便携式产品中使用。可实现低电压类驱动的IC型号较多，几乎大多数的IC生产公司均有相似的产品。每个型号的LED驱动IC既有共同点，又有各自的特点。如有的具有可调光功能，,（1）LM3590为小功率白色LED简单驱动IC，如图3-10所示是它的外形图，输入 电压6V12V；输出电流20mA；降压型；SOT235贴片封装。,图3-10 LM3590外形图,LM3590的引脚功能：1可编程电流输入端，编程电阻RSET=100（125IOUT）；2地；3恒流输出端；4电压输入端，输入电压范围6V12V；5使能端。EN为低电平时，无输出；EN为高电平时，有输出。,LM3590的典型应用电路，如图3-11所示。,图3-11 LM3590的典型应用电路,（2）MAX1561为高效率升压型变换器，它们能够以恒定电流、87的效率驱动 多达6个白光LED，可为便携式电子设备提供背光照明。其升压转换结构允 许白光LED串联连接，使每个LED保持相同的电流，以获得均匀的亮度，不 需要限流电阻。,图3-12 MAX1561的典型应用电路,2中电压类IC中电压类IC是指其输入电压一般在几伏至几十伏之间，该类IC主要可用于以蓄电池为输入电压源，以汽车的LED灯饰产品为主，如用于汽车阅读灯、刹车灯、转向灯等。,AMC7150的典型应用电路，如图3-13所示。,图3-13 AMC7150的典型应用电路,3高电压类IC高电压类IC是指其输入电压一般可达到几百伏，它的输入端能承受由市电直接整流得到的全部直流电压，而不需要降压。这类IC主要用于以市电为电源的各种照明中，如户外景观灯、LED路灯、LED日光灯、LED射灯、LED台灯等。,HV9910的典型应用电路，如图3-14所示。,图3-13 AMC7150的典型应用电路,四、LM317恒流源电路的分析和指导1LM317集成电路介绍LM317是三端可调稳压集成电路，输出电压范围是1.2V 至37V，负载电流最大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317 内置有过载保护、安全区保护等多种保护电路。,图3-15 LM317外形图和图形符号,2用LM317构建恒流源电路,图3-16 LM317的恒流源电路,LM317工作时，LM317建立并保持输出端与调节端之间125V的标称参考 电压(Vref)，利用这一特点可以构建一个简单的恒流源电路，如图3-16所示。从图可以看出，流过负载RL的电流IO为：IOI1I2。而I2U21R1，因U21之间的电压为1.25V且固定不变，若保持R1不变，则I2 也就不变，又因I1相对于IO而言很小，所以IOI2能保持不变，即输出电流恒 定。,3LM317构成恒流源驱动LED,图3-17 由LM317构成LED恒流驱动电路,LED选用普通白光型，其工作电压为3.03.5V，工作电流为 15mA20mA，电源输入电压为12V，因本电路是降压型，故UO必须小于Ui，因此采用3只LED 串联组成一条支路，共 用12只LED组成四条支路。,复习思考题1LED驱动电源的特点是什么？2用恒流源驱动LED，是不是说LED可以无限制的串联或并联 使用？3LED驱动IC按应用来分有几类？主要用于哪些场合？4.低压类、中压类和高压类的驱动IC有什么主要的区别？,技能训练一,恒流源驱动电路的制作和安装,1.实训目的（1）进一步了解LM317组成的恒流源驱动LED电路工作原理；（2）学习用LM317组建恒流源电路的方法和实际电路的连接；（3）学习LED驱动电源性能的测试方法。,2.实训器材按表3-1恒流源驱动电路的制作和安装实训器材准备。,表3-1 恒流源驱动电路的制作和安装实训器材,3.实训内容与步骤按图3-17所示，制作和安装恒流源驱动电路的步骤如下。（1）用万用表检测各元器件，确认各元器件的引脚和极性。（2）按装配图，安装元器件。（3）焊接元器件；焊接元器件间的连接线。（4）检查电路无误后，焊上断口K1和K2，接通电源（DC12V），LED点亮。,4LM317恒流源驱动LED电路的测试与分析（1）电路的稳流性能测试输入电压从8V逐渐增加到15V，测量电路的输出电流，并观察LED的亮度变化情况。测量数据填入表3-2中。,表3-2 电路的稳流性能测试,（2）电路的效率测试 电路的输入电压保持12V，分别测量下列三种情况时电路的输入电压和电流，输出电压和电流，并计算电路的效率，结果填入表3-3中。当每支路的LED为三只串联时，保持原电路不变；当每支路的LED为二只串联时，将电路中的AO、BO、CO和DO短接；当每支路的LED为一只串联时，将电路中的EO、FO、GO和HO短接。,表3-3 电路的效率测试,5.问题讨论（1）从电路的稳流性能测试中分析，当电源电压变化时，电路能否稳流？电源电压的变化是否有一定的范围？（2）从电路的效率测试中分析，哪一种情况电路的效率 最高？为什么？（3）在图3-17的电路中，若LED串的并联数再增加，电路 能否正常工作？电路中的哪些元件及参数要做何调整？,一、点阵显示系统1LED显示屏概述 随着社会的发展，人们需要种大屏幕的显示设备，于是有了投影仪，但是其亮度无法在自然光下使用，于是出现了LED显示屏(器)，它具有视角大、亮度高、色彩艳丽的特点。目前正朝着更高亮度、更高耐气候性、更高的发光密度、更高的发光均匀性，可靠性、全色化方向发展。LED大屏幕的发展呈现如下几个阶段：,（1）第一代单色LED显示屏（2）第二代双基色多灰度显示屏（3）第三代全彩色多灰度显示屏（4）第四代真彩色多灰度显示屏,2LED点阵模块LED点阵模块是一种显示器件，是组成显示屏的基本单元。它由发光二极管按一定规律排列在一起再封装起来，加上一些防水处理组成的产品。,LED点阵模块内部电路的连接方式不同可分为共阴极和共阳极两种，如图3-19所示。,任务二 点阵显示系统,（a）LED共阴极连接,（b）LED共阳极连接,图3-19 点阵模块内部LED两种连接方式,图3-20 单色点阵模块外形图,88的单色共阳极LED点阵模块的内部结构，如图3-22所示，,3LED显示屏的显示原理,图3-25 三只LED扫描显示,LED点阵显示屏大部分是采用动态扫描显示方式，这种显示方式巧妙地利用 了人眼的视觉暂留特性。将连续的几帧画面高速的循环显示，只要帧速率高于 24帧秒，人眼看起来就是一个完整的，相对静止的画面。,现以LED显示屏上显示 16x16 点阵的“豪”字为例，说明它的工作原理，如图3-26所示。,图3-26“豪”字点阵显示原理,（a）“豪”,（b）位信息,（c）字模数据,二LED显示屏目前LED显示屏为了满足不同显示功能的需求，从简单的图文显示屏到复杂的全彩色视频显示屏，结构和功能存在较大的差别，但基本组成部分还是相似的。它主要是由阵显示单元、控制器、电源和计算机（PC机）组成，如图3-27所示。,图3-27 LED显示屏的组成框图,（1）点阵显示单元是由LED显示点阵和驱动电路组成，是整个LED显示屏系统 的一个部件，是独立完成显示任务的小系统，显示点阵多采用88点阵显 示模块拼接而成。,图3-28 LED单元显示板,图3-29 LED单元箱体,（2）控制器（又称控制卡）功能是接收计算机送来的命令和显示数据，将命令 或数据传送给相应的显示单元，并负责各显示单元的同步显示。LED控制 器根据其功能的不同又分为异步控制器和同步控制器。,图3-30 LED异步控制卡,图3-31 LED同步控制卡,（3）计算机（上位机）功能是负责信息编辑并对点阵显示单元进行控制，当需 要更换显示内容时，把更新后的显示数据送到控制器中，当需要改变显示 模式时，给控制器传送相应的命令，当需要联机动态显示时，给控制器传 送实时显示数据信号。,（4）电源是将220V交流电变为各种直流电提供给各电路，多采用开关电源。,2LED显示屏介绍（1）LED图文显示屏一般把显示图形和文字的LED显示屏称为图文屏。这里所说的图形，是指由单一亮度线条组成的任意图形，以便与不同亮度(灰度)点阵组成的图像相区别。,图3-32 LED图文显示屏,（2）LED图像显示屏,通常所说的图像显示是相对于图形显示而言的。上面所说的图形，是指由单色或彩色的几何形组成的画面，它没有灰度级的过渡，显示不出深浅。,图3-33 LED图像显示屏,（3）LED视频显示屏随着社会不断的进步，人们对公共传媒质量的要求越来越高，特别是在了解国内外时事动态和经济信息，观看文艺节目和体育比赛等方面，现在普遍要求能观看到及时的运动图像。,图3-34 LED视频显示屏,复习思考题1LED显示屏按功能分类有哪几种？2LED点阵模块和LED点阵单元有什么区别？3什么是LED显示屏的扫描显示？扫描显示是利用人的什么 特点？4.LED显示屏的基本组成部分有哪些？5试说明图文显示屏、图像显示屏和视频显示屏的各自特点 使用场合？,技能训练二,LED点阵显示字符,1实训目的（1）学会LED点阵模块的引脚判别，学会多块LED点阵模块的拼接使用；（2）进一步了解LED点阵的显示原理；（3）了解用单片机控制LED点阵显示字符的基本原理；（4）学习根据电路图连接电路。,2实训器材按表3-4 LED点阵显示字符实训器材准备。,表3-4 LED点阵显示字符实训器材,3实训内容（1）用数字万用表判别LED点阵模块的引脚，如图3-35所示，是LED点阵 模块的引脚序号，测量出各引脚序号所对应的行（列）数，并将结果 填入表3-6中。,图3-35 88 LED点阵模块引脚,图3-36 1616 LED点阵显示屏,（2）LED点阵模块的拼接，将4片LED点阵模块拼接在一起，组成 1616 LED点阵显示屏，连接时，左右并排两片模块的行引 脚需连在一起，上下并排两片模块的列引脚需连在一起，结果 1616 LED点阵显示屏共有32根引线，其中行线16根，列线 16根。如图3-36所示。,（3）连接行驱动电路,行驱动采用两片74F573，三片ULN2803A。电路如图3-37所示。,图3-37 1616 LED点阵显示行驱动电路,（4）连接列驱动电路，列驱动采用两片74F573，电路如图3-38所示。,图3-38 1616 LED点阵显示列驱动电路,（5）连接单片机电路,电路如图3-39所示。,图3-39 1616 LED点阵显示单片机电路,（6）将程序写入单片机，检查电路无误后，接通电源，此时，LED点阵 屏上会有字符显示，显示的内容由单片机程序决定。,4.问题讨论（1）从外观上能否区分点阵模块是单色的？还是双色的？88双色LED 点阵模块共有几条引脚线？（2）“大”字用1616显示屏显示，其字模数据是多少？（3）用单片机控制LED显示屏显示字符时有行扫描和列扫描两种，它们有 什么区别？,任务三 点阵显示系统的组装与软件操作,LED显示屏是由若干个可组合拼接的显示单元（单元板或单元箱体）构成屏体，再加上一套适当的控制器（控制卡）。所以多种规格的显示单元配合不同控制技术的控制器就可以组成多种LED显示屏，以满足不同环境，不同显示要求的需要。下面以简单的LED图文显示屏为例说明其组装方法,一、点阵显示系统的组装1LED点阵单元板的认识和使用 LED点阵单元板是由点阵显示模块、行驱动和列驱动组成，在双面印制电路板的正面装LED点阵模块，在印制电路板的反面装行驱动和列驱动集成电路。,图3-40 1632单元板,2控制器的认识和使用 LED控制器是以单片机为核心的控制部件，用于控制LED点阵单元板。控制器有同步型和异步型。异步型控制器的主要性能参数有最大可控范围、显示功能、扫描方式、接口方式等。,图3-41 LED异步控制器,3电源用于向LED点阵单元板和控制器供电，输入交流220V，输出直流5V。常用的是开关电源。,图3-42 LED显示屏电源,4系统的连接用数据线和电源线将各模块连接起来，用通讯线与计算机连接。,图3-43 一块单元板的系统连接图,图3-44 二块单元板的系统连接图,图3-45 四块单元板的系统连接图,二、点阵显示系统的播放软件对于大屏幕LED显示屏，已有多款面向用户的操作播放软件，用户根据要控制示屏的大小和播放内容的复杂程度，可选择一款合适的播放软件。下面以LSP Pro 2.0 LED显示系统播放器为例说明其使用方法。,1软件窗口界面介绍软件安装后，双击运行程序，出现操作界面，如图3-46所示。（1）播放窗（2）控制窗,图3-46 软件操作界面,2功能介绍,图3-47 控制窗,（1）文件菜单（2）控制菜单（3）设置菜单,3节目制作流程第一步：设定播放窗的大小第二步：新建节目第三步：设定节目选项第四步：新建图文窗和时钟窗第五步：设定图文窗窗口选项第六步：设定时钟窗窗口选项第七步：播放文件,复习思考题1LED显示屏的屏体制作时选用点阵单元板需考虑几个因素？2LED显示屏控制器有几种类型？它们之间有什么区别？316块双色1632LED单元板组成的一个屏体，其所需的电源 功率是多少？4.LED显示屏系统软件的作用是什么？,技能训练三,LED条形屏的组装,1实训目的（1）熟悉组成LED条形屏的各个模块和配件。（2）学习各种连接线的制作。（3）掌握LED条形屏各个模块之间的连接方法。（4）学习利用计算机对条形屏的控制和显示内容的更新。,2实训器材按表3-7 LED条形屏组装实训器材准备。,表3-7 LED条形屏组装实训器材,3实训步骤和内容（1）数据线的制作 数据线用于控制器与LED点阵单元板及单元板之间的连接，控制器一般采用16PIN 08接口，其排列顺序如图3-61所示。而单元板的接口目前还没有标准，控制器的接口与单元板的接口一致时，作一根数据线对接；当与控制器的接口不一致时，就需要制作一根转换线（转换一下接线的顺序）。,图3-61 控制器和单元板数据接口,（a）控制器16PIN 08接口,（b）单元板数据接口,另外各接口的标号也不尽相同，常见的有LA=A；LB=B；LC=C；LD=D；ST=LT=LAT=L；CLK=CK=SK=S；OE=EN；N=GND。,（2）电源线的制作电源分为220V电源线和5V电源线。220V电源线用于连接开关电源到市电，最好采用3脚插头。这里着重讲述5V直流电的电源线，由于5V的电流比较大，采用铜芯直径在1mm以上的红黑对线（红为正、黑为负）。,（3）控制器与计算机的连接方式，根据控制器的说明书，制作通讯线。（4）连接各部件，如图3-43和3-44所示，将各部件连接起来。（5）计算机安装控制器配套的控制软件。（6）在计算机上对LED显示屏进行调整和显示演示。,4.问题讨论（1）画出控制器和点阵单元板的接口示意图，它们之间的顺序是否一致？（2）能否将两块点阵单元板垂直方向拼接成一个显示屏？这时数据线该如何连接？（3）写出实训用控制器的主要技术指标，并解释其含义。,1LED采用恒流驱动是一种较为理想的方式。2恒流源电路有分立元件和集成电路两种，集成恒流源在LED的驱动电源中应用 更广泛。3LED驱动IC有很多类型和型号，根据供电电源和LED负载的不同，选择合适的 LED驱动IC。4LED显示屏按功能分有：图形显示屏、图像显示屏和视频显示屏。5LED显示屏利用单片机控制驱动电路并显示字符和图形。6LED显示屏主要是由点阵显示单元、控制器、电源和计算机（PC机）组成。7LED显示屏的播放软件是为了让用户方便的使用和操作。,项目小结,