大屏幕显示技术56课件

1、第 四 章 数字显示与大屏幕智能显示技术应用范围： 商业广告 新闻发布 交通运输 体育比赛 文化娱乐 航天及模拟 军事演习 . 以成为信息革命的重要工具。第五节 大屏幕智能显示技术 大屏幕智能显示屏是由计算机控制，将光、电、声融为一体，能显示各种信息的大型显示装置。 它集光电子技术、微电子技术、计算机技术和信息处理技术于一身，是高科技的结晶。近年来，大屏幕智能显示技术正受到国内外的高度重视。1、概述 早期的大屏幕智能显示屏采用白炽灯，虽然其亮度高、光谱宽、成本低，但功耗高、像素尺寸大、寿命低，现已很少使用。 第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏 （概述）目前，适合制作大屏幕智能显示

2、屏的显示器件主要有 LED点阵显示器 彩色LCD点阵显示器 像元管（亦称扁平CRT） 磁翻板 等离子体显示器 .智能显示屏的尺寸：精细化、规模化发展 从微型屏小型条屏面积达几十平米甚至上千平米的巨型屏。更显示颜色：丰富化 单色屏灰度屏三色屏全彩色屏应用环境：广泛化化 室内屏、户外屏；固定移动 ；整体拼装积木显示特点：专业化、特型化 图文屏，动画屏、视频屏、特种屏等。满足不同用户、不同场合的需求。典型案例：1985年在日本筑波举办的万国科学博览会上，索尼公司首先推出一种超大屏幕彩色显示屏。技术参数 显示单元：红、绿、蓝三色电子枪（彩色复合像元管） 屏幕尺寸：4025m2，由15万个彩色像素组成，

3、 最高亮度达5139cd/m2 总功耗为800kW，技术特性 使用先进的数字视频 光导纤维传输技术 由计算机控制，把光、电、声融为一体 人们在500米距离上能观察到高清晰度的视频画面。第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（概述）由像元管构成的大屏幕彩色智能显示系统的简化框图如图。主要包括8部分： 输入设备(电视机/录像机/摄像机等) 计算机系统(数据选择器与控制器) 彩色解码器 电光、光电转换器 A/D转换器 彩色显示屏 帧存储器 电源此外还有：同步分离器信号分离器电视伴音立体声广播文字编辑画面编辑输入装置等等第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（概述）2、LED显示屏

4、 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。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。发 展历程：LED显示屏的发展可分为以下几个阶段： 19901995，主要是单色和16级双色图文屏。用于显示文字和简单图片。19951999，出现64级、256级灰度的双基色视频屏。视频控制、图像处理、光纤通信等技术的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶 从1999年开始，全彩色显示屏被广泛应用，大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所，从而将国内的大屏幕带入全彩时代。我国现状：目前已掌握高清晰度、全表贴式LED真彩色视频显示屏的研发技术，在嵌入式真彩色LED显示屏的

5、控制等技术领域已达国际先进水平。国际技术差距：我国紧跟世界发展，目前在图像处理技术、前端视频处理技术等方面差别不大，主要差距在于以下两个方面： “单点颜色确认”技术：目前国内只能做到单元模块和单元箱体的调节 “链条显示器”技术：可绕柱、弯曲或下垂等，最小弯曲直径为10公分。第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（LED显示屏）2008年，北京奥运会开幕式上展示出由高亮度LED构成的147m27m“画卷”式巨型显示屏，共使用4.4万颗LED所组成；不仅能平移，还可升降，是历届奥运会科技含量最高的中心舞台。高挂在会场中央的奥运5环图，约使用4.5万颗LED；第五节 大屏幕智能显示技术 一

6、、大屏幕智能显示屏（LED显示屏）3、LED点阵显示屏规格表示方法根据不同环境，选择不同 LED 灯，视角和亮度不同；计算显示面和亮度不同。 F- 室内屏 ; P- 室外屏 ; S- 单色图文屏 ; D- 双色屏 ; V- 双色视频屏 ; T- 全彩色视频屏 ; T*chip- 表贴全彩色视频屏 ; H- 超高亮。按象素直径分类： 一般规格有3mm、3.75mm、5mm 8mm、和10mm等按象素间距不同： （指相邻象素管中心间距，数字单位mm） PH10、PH8、PH16、PH20、PH26第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（LED显示屏规格表示方法）4、LED显示屏规格的计算

7、方法1）间距计算方法：每个像素点到另外一个像素点之间的距离 每个像素点可以是一颗LED灯如：PH10(1R) 两颗LED灯 如：PH16(2R) 三颗led灯如：PH16(2R1G)； （人眼对不同光谱敏感强度不同，合成白光GRB强度为6：3：1） 标准象素间距与象素直径关系 象素间距= 象素直径 1.25 如：3mm 点阵，其点间距为 31.25=3.75（mm）2）长度和高度计算方法：点间距点数=长/高 如：PH16 16点长度=16点1.6=25.63）点阵密度的计算方法: 显示密度=（1/点间距(mm) ）2*106（点数/平方米） 如： PH16点阵屏显示密度=(1/16mm) 2*

8、106 =3096（点数/平方米） 点密度越高，图像清晰度越好第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（LED显示屏规格计算方法）5、LED显示屏一般要求 1)一般分辨率的要求：（1） 文字显示：视其文字尺寸及分辩需求而定；（2） 普通视频显示：320240 点阵；（3） 数字标准DVD 显示：640480 点阵；（4） 完整计算机视频：800600 点阵；2)一般 环境亮度对于LED显示屏亮度要求（1） 室内：800CD/M2（2） 半室内：2000CD/M2（3） 户外（坐南朝北）：4000CD/M2（坐北朝南）：8000CD/M23) 最佳视觉距离 根据人眼的特性，显示密度在不同

9、距离时的视觉效果会有很大差别，对于固定密度而言，距离越远视觉密度越大，当视觉密度临界于人眼的最小分辨力时为最佳视觉距离。根据实际应用中的要求选择合适的显示密度： 最佳视觉距离800（1/点阵密度(1/2)） 如PH16点阵屏，显示密度为3096点数/平方米，最佳视觉距离14M第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（ LED显示屏一般要求）6、在设计智能显示屏时，应考虑下述五条原则：第一，实用性：较高的性价比，显示功能强，效果佳。可靠性高，成本尽量低，便于推广应用；第二，适用性：在户外使用的大型显示屏应按全天候环境条件进行设计，不仅要有足够的亮度，还需增加防雨、防潮、防灰尘、防蚊虫等措

10、施；第三，可靠性：对于自身发热的显示屏，必须考虑通风散热问题；第四，节能性：功耗尽量低，电源效率要高；第五，方便性：采用模块式结构，以便于安装及维修。第五节 大屏幕智能显示技术 一、大屏幕智能显示屏（LED显示屏设计原则）二、扫描方式与显示方式的设计1. 扫描方式 A：LED显示屏一般应采用动态扫描方式。 LED显示器件具有特殊的发光特性 1、发光响应极快 2、几乎没有余辉 所以发光强度取决于 1、发光强度P 2、扫描占空比D 为了不引起视觉疲劳，扫描频率要足够高。在1秒钟内每个光点至少应被扫描50次。为保证足够的亮度，要求D1%。 B：扫描方式：逐行扫描，逐列扫描，逐点扫描。 逐点扫描一般只

11、应用于小点阵，发光效率较低。 逐行扫描，逐列扫描应用时，根据显示规模可分区 域进行，以保障足够的扫描频率和占空比。第五节 大屏幕智能显示技术 二、扫描方式与显示方式的设计（扫描方式）2. 显示方式 以图文屏为例，列出基本显示方式的构成情况。这里设计成清屏方式与显示方式各16种（二者可任意组合，总共可获得162256种显示方式。第五节 大屏幕智能显示技术 二、扫描方式与显示方式的设计（显示方式）三、灰度屏、彩色屏及真彩色视频屏1. 灰度屏 具有亮度等级的单色LED显示屏称作灰度屏，与“黑白”显示屏相比，富有层次感、更逼真。 实现方法： 采用脉冲叠加法控制像素的亮暗占空比。 举例：形成256级灰度

12、 场频提高到256倍，每256场扫完一整屏。 对屏幕上一点而言，256次扫描全为亮，则是最高亮度等级； 反之，256次扫描均为灭，则为最低亮度等级。 依次类推，可形成256级灰度。 显然，灰度屏的扫描内存也应扩大到“黑白”显示屏的256倍。第五节 大屏幕智能显示技术 三、灰度屏、彩色屏及真彩色视频屏（灰度屏）2. 彩色屏彩色屏是在三色屏的基础上发展起来的。三色屏：又称双基色屏 不需要灰度等级。 通常采用红、绿变色发光二极管作像素。 内存分红、绿两个区域，分别存放红色、绿色图形点阵信息； 场频提高一倍，两场中一场扫红屏，另一场扫绿屏 两场都亮的点即发出橙光。彩色屏：双基色灰度屏（伪彩色） 例如欲

13、形成64种色彩 须红色、绿色各具有8级灰度 搭配后能形成8864种颜色 红色、绿色点阵区各分成8个小区，每场扫描一区 场频提高到三色屏的16倍第五节 大屏幕智能显示技术 三、灰度屏、彩色屏及真彩色视频屏（彩色屏）3. 真彩色视频屏真彩色屏：三基色灰度屏 以红、绿、蓝三种发光二极管为基本像素构成的真彩色显示屏。当灰度等级超过256级，能逼真地显示出自然界中的各种颜色。真彩色视频屏：多媒体屏 采用微型计算机进行控制，实时、同步、清晰的信息传播方式播放各种信息，还可显示二维、三维动画、录像、电视、VCD节目以及现场实况。 硬件电路一般采用CPLD等超大规模可编程器件，提高系统的可维护性。 一般采用R

14、S-422等总线技术，实现了显示数据的远距离传输。 第五节 大屏幕智能显示技术 三、灰度屏、彩色屏及真彩色视频屏（真彩色视频屏）四、汉字点阵芯片 以图文为主要显示内容的LED显示屏，仍为市场需求主流，一般内建汉字字库，以便传输、存储。 虽科技发展，我国自行研制一批国家标准汉字点阵芯片将汉字、符号等字模以点阵的形式集成存储于一芯片。典型产品 GB5199A、 GB5199B（1516，2MB） GB5007（2424，4MB） GB48（4848，2MB）等 均属于CMOS超大规模集成电路（VLSI） 符合标准化、系列化、通用化的要求 数据标准，字形美观，字库容量大，接口方便、性能可靠主要用途

15、各种汉字信息处理系统中的汉卡 、 智能显示屏、 LCD模块、打印机、汉字排版印刷系统等领域。第五节 大屏幕智能显示技术 四、汉字点阵芯片（简介）GB5199B- 字模点阵存储型代表A：芯片功能 GB5199B汉字字模库中，包含8192个国标一、二级仿宋体汉字、西文及运算符号，同时在GB2312-0国标字符库的基础上增加了字符29个、半角拼音符32个、半角字4个、半角控制符35个、全角(n码94个和42个汉字。B:引脚功能 A0-A16为地址输入；Oo-O15为数据输出 /CE为片选信号输入，低电平有效 /OE为输出允许，低电平有效C：工作方式 具有字和字节两种工作方式 O15/A-1为方式选择

16、引脚 字方式时O15/A-1为数据字最高位 字节方时O15/A-1为最低有效地址位。第五节 大屏幕智能显示技术 四、汉字点阵芯片（GB5199B）D: 字模排列 每个汉字的模为横向排列，字库中以汉字区位吗的顺序排列，但一、二级汉字在前而字符在后，增补的汉字及符号添加在各区空白位中，即排列顺序为16区、17区、87区、l区、2区、”一12区。 每区94个汉字位置，而每个汉字或字符占用连续32个单元字节，其存放次序如图。这样可简化汉字代码与其点阵数据在ROM中位置的对应关系，使交换码与地址转换易于实现。 16区87区汉字寻址: (区号一6)x94+位一1x32(首址) 112区字符寻址: (区号+

17、36)x94+位一lx32(首址)第五节 大屏幕智能显示技术 四、汉字点阵芯片（GB5199B）2、GB48汉字点阵芯片 无损压缩存储型代表 目前国内集成度最高的8Mb汉字点阵芯片， 包含GB48A-1、GB48A-2、GB48A-3三种型号， 采用无失真汉字压缩/还原技术 能显示宋体、仿宋体、楷体、黑体简体和黑体繁体3、自定制汉字点阵芯片 利用超大容量只读存储器，借助计算机自行开发定制各种字体、字型和格式的廉价汉字库芯片。 如： 27020（2Mb）、 27040（4Mb）、27080（8Mb）等 芯片 UCDOS 下 HZK16 的文件是1616 的国标汉字点阵文件 HZK24S（ 242

18、4点阵 宋体） HZK24K（ 2424点阵楷体） HZK24H（ 2424点阵黑体） 第五节 大屏幕智能显示技术 四、汉字点阵芯片（GB48及自制字库芯片） 以ZX1型大屏幕LED智能显示系统（单色图文条屏）为例，对LED智能显示屏的设计进行介绍理解。基本功能特点： 可由单片机控制，屏幕自成独立系统； 支持计算机组网， 一台PC机可控制127个条屏； 每屏可显示10个1516点阵的国标汉字或者40个57点阵的字符； 字库容量为8192个国标汉字及英、俄、日文、运算符号等。 每次可显示任意组合编辑的1280个汉字，亦可显示图形。 显示设定包含清屏、出屏、显示方式各16种 显示效果有镂空、闪烁、

19、正常3种， 组合显示12288种。 日历时钟显示为年、月、日、星期、时、分、秒，可作为文件任意插入。第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计 主机电路框图如图，采用MCS51单片机、双CPU共享RAM的设计方案。 主机电路主要包括: 主控制电路(CPU1、汉卡等) 共享RAM 显示控制电路（CPU2） 列驱动及显示电路 开关电源采用双CPU结构的优点:（1）大大减轻主CPU的负担;（2）合理地分配RAM资源;（3）提高显示电路的扫描速率。第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（总体框图）1. 主控电路 主控制器简称主CPU，采用8031单片机，记作CPU1。其完成主要

20、功能如下： 1）与上位机通讯 2）显示内容存储与汉卡操作 3）对图形数据进行处理， 控制显示方式 4）对显示缓冲进行数据更新 5）两级监控（看门狗）第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）1）上位机通讯A：通信接口采用标准RS232C接口设计，与PC进行通讯。RS232C标准采用负逻辑（EIA电平） 低电平在-5-15V之间(通常用-12V表示)为逻辑“1”； 高电平在5V15V之间(通常用12V表示)为逻辑“0”电平转换 51单片机串口是TTL电平标准，正逻辑，须转换成RS-232C标准。 RS232C接口中的RXD、TXD，电平转换后与8031的TXD、RXD连接电

21、路设计 采用MAX232设计 单+5V供电 内建EIA电平电压发生器 第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）B：通信格式 采用8位数据格式，PC对显示屏通讯分成地址帧和数据/命令帧。地址帧：单字节，最高位为1，低七位为地址。 显示屏有自己的地址号（7位），接收到相符的地址帧， 应答并准备开始接受数据/命令。 地址0为公用地址，各显示屏接收后均不回应，但均开始准备接受数据/命令。 显示屏地址号范围为01H7FH 对应1-127， 因此通讯总线上最多可管理127台显示屏。数据/命令帧：多字节，每字节最高位为0，低七位为数据/命令 以ASCLL码方式传输，有效地址显示屏应答

22、以校验数据 正确性。 每帧以$表示结束 如：#S01H16011602.$ #S01H表示开始以区位码方式传输第一组显示内容，后面为区位码组又如：#S02P00010203.$ #S02P表示开始以图形方式传输第二组显示内容，后面为点阵数据， 再如：#S02T00010203$ #S02T表示开始显示方式，后面数据表示第一条显示第二组内容，出屏方式为03，显示方式为04、清屏方式为05，$表示结束第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）（2）显示内容存储与汉卡操作 A:数据存储 系统扩展一片随机存储器RAM62256（32K）作为数据存储和数据处理。图形信息和汉字点阵信

23、息，均存入存储器。显示屏接收到的区位码显示信息，通过汉卡操作转换成点阵信息。B:汉卡 系统采用GB5199B作为汉字库芯片，采用字节方式读取。5199B需要18根地址线，所以扩展一片可编程并行接口芯片8155。8155有三个可编程IO口，均编程为输出方式，可提供22条输出。具体电路如图。第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）(3)看门狗电路为提高系统的可靠性，利用软件和硬件组成两级“看门狗”（watch-dog）。看门狗具有监视执行器的作用，是提高智能显示屏可靠性的重要措施之一。A:硬件看门狗上电复位(由CD4060组成) CD4060为14位二进制串行计数/分频/振

24、荡器。 CPU1每隔时间t1，由P3.5输出一正脉冲，经 R3与C2微分电路将CD4060复位一次。Q14始终为低。 一旦由某种原因导致CPU1失控，CD4060因不能及时被复位，就经过t2时间（t2t1）从Q14端输出高电平，把 CPU1“拉回”到正常运行状态；第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）(3)看门狗电路 为提高系统的可靠性，利用软件和硬件组成两级“看门狗”(watch-dog)。看门狗具有监视执行器的作用，是提高智能显示屏可靠性的重要措施之一。A:硬件看门狗上电复位(由CD4060组成) CD4060为14位二进制串行计数/分频/振荡器。 CPU1每隔时

25、间t1，由P3.5输出一正脉冲，经 R3与C2微分电路将CD4060复位一次。Q14始终为低。 一旦由某种原因导致CPU1失控，CD4060因不能及时被复位，就经过t2时间（t2t1）从Q14端输出高电平，把 CPU1“拉回”到正常运行状态；振荡频率：f1/(2(0.405R+0.693R2)C) R=R1/R2=56.5Kf44KHz 周期t0.022ms溢出周期为： t2=t214=0.22ms*16384=0.36S 复位高电平期 t2h=t2/2=0.18S第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）B:软件看门狗电路 电路如图所示，利用可编程并行接口芯片8155内

26、部的14位-1计数器，对TIN引脚脉冲进行计数，将计数器设定工作方式1（连续方波输出模式），TOUT引脚周期性输出反转， 8155Tout输出接至8031的INT0引脚，设定8031外部中断0为下降沿触发方式，CPU1周期性产生中断。 CPU主程序需定期置一正常标志位，中断中对此标志位检查，如有则清掉并判为正常，如没有软复位CPU。如此时刻监视自身的工作。 8155计数时钟TIN由单片机ALE信号接入 ALE频率为51单片机工作频率Fosc/6(有丢失情况)当单片机采用12M晶体时 ALE输出频率为2M 周期为0.5us 中断周期（max）=0.5us214=8.192ms第六节 大屏幕LED

27、智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）（4）共享式显示缓冲区电路 CPU1与显示控制器CPU2共享一片RAM（6264）。分时对RAM进行操作。当CPU1经过联络线Ll通知CPU2时，CPU2放弃对共享RAM的操作并通过联络线L2应答CPU1，反之由CPU2接管RAM。电路如图，采用总线隔离切换方式分配共享RAM的使用权。若采用双端口RAM，还可进一步简化。第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（主控电路）2. 显示控制电路 显示控制电路主要由CPU2完成扫描显示工作，采用逐行扫描方式。CPU2等待对共享RAM总线具有控制权时，从中逐行取出显示数据，经串行口，以同步移位寄存

28、器工作方式，送至74LS164转换成并行数据经MC1413驱动输出。行扫描数据则从P1口输出，经CD4514译码后产生16路行选通输出信号，再经过NPN达林顿功率管BD682驱动LED点阵显示器的行选通端。1）点阵模块为行共阳型2）16行扫完为一帧3）每帧结束检查控制权4）释放控制权时关显示5）主CPU请求控制权 两帧时间无应答，视 为失控，复位。6）两CPU用一套复位。7）P1.5作用是上电关显第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（显示控制电路）3. 小键盘控制电路小键盘主要功能：以串行通信方式与显示屏联系,通过键盘输入/编辑命令、数据等，控制或修改显示屏的工作方式、内容及时

29、钟等。小键盘可代替PC机操作,由小键盘输入的信息可存入E2ROM2816中，供随时调用或进行修改、组合。电路结构：主要包括 44键盘 7位LED显示器 CPU3（8031） EPROM（2816） 通讯接口电路 段码锁存器（74LS374） 位驱动电路（MC1413) 操作提示音电路（蜂鸣器） 等.第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计一、主机电路设计（小键盘控制电路）二、主机程序及计算机控制程序的设计1. 主机程序设计 上电后首先进行初始化，将串行口、定时器、中断方式、优先级等均置于初始状态，管理共享RAM总线使显示屏消隐；然后初始化显示缓冲区的显示内容为显示标准时间并释放总线。若有显示命令，

30、则逐条取出并加以分析，确定各子程序的入口参数，依次完成出屏、显示和清屏工作。为便于与PC机联网，选择标准RS-232接口+485转换方式。主CPU中断方式响应通讯。 通讯中断服务程序框图：第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计二、主机程序及计算机控制程序的设计（主机程序设计）2.国标码与汉字点阵信息的交换 在windows系统内存中一般以国标码作为汉字交换码。1）国标码换算成标准区位码 国标码为两字节16进制数 最高字节减去32为汉字的区吗 低字节减去32为汉字的位。2）国标码换算成GB5199B内区位码 16区以后的汉字位置为: (国标码高字节-48)94+国标码低字节-33; 112区的字符

31、位置为: (国标码高字节+86)94+国标码低字节-33。 其结果为13位二进制 AH3) 算成GB5199B字节地址首址 AH32（因为每个字有32个字节）第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计二、主机程序及计算机控制程序的设计（国标码与点阵信息的交换）3. 计算机控制部分的设计 利用一台PC机可控制多达127个显示屏，每屏又可自成系统并由小键盘来控制。PC机对显示子程序起到管理和传输数据的作用。主要功能： 整个管理系统采用人机对话式多级菜单结构； 文本信息的编辑、处理和存储，汉字或字符可在汉字系统下以区位码、拼音、五笔字形等方式进行输入； 以一屏区域为单元对图像信息的编辑、处理和存储，图片制

32、作软件借助Windows画笔，Photoshop等； 各种信息源进行检索和调用，按照用户要求对版面和格式进行编辑，并按用户要求来设定播出顺序、时间及方式； 以数据库形式对所有屏进行信息管理、存储和检索,具有显示预览功能; 对各显示屏工作状态监控和当前进度实时监控, 自动时间同步; 手动/自动数据传输，可临时输入所要显示的内容和命令,进行现场编辑。 第六节 大屏幕LED智能显示屏的设计二、主机程序及计算机控制程序的设计（计算机控制部分的设计）三、LED显示屏中的一些新技术1、虚拟像素技术（又称LED复用技术或像素分解技术） 将一个像素拆分为若干彼此独立的LED单元。每一LED单元以时分复用的方式再现若干个相邻像素的对应基色信息。 以常用形式为2R+1G+1B的四像素型动态像素为例，将一个像素拆分为四个彼此独立的LED单元。每一LED单元以时分复用的方式再现四个相邻像素的对应基色信息，一般情况下，各LED相互之间为等间距均匀分布。 优点（以四像素型动