2023年11月30日发(作者：)

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LED显示屏基础知识

一、LED显示屏基础知识

发光强度：光源在给定方向的元立体角内发出的光通量与该立体角之比，称为光源在

该方向的发光强度。发光强度的常用单位是坎德拉，用CD表示。

亮 度： 发光表面上某元面积在指定方向的发光强度与该面积在垂直于指定方向

上的投影面积之比，称为该面积在指定方向的亮度。亮度的单位是尼特，用nit表示。

1nit=1cd/m2 (法线) 另外，1熙提=104尼特。

伽玛校正：人眼对光源发光亮度强弱变化的反应是非线性的，特别是高亮度区域，人

眼对亮度的变化反应趋于饱和。为了使人眼对亮度变化的感觉是线性的，对发光亮度给予补

偿。

对比度：显示屏上最高亮度和最低亮度之差。

灰度级：对比度均匀分成若干等份，每一等份的亮度称为一个灰度级。

照度：投射到某元面积的光通量与该元面积之比，称为该元面积上的照度，表示

该面积被光照明的程度。单位是勒克司，用LUX表示。

1.1 LED的特点

LED是发光二极管（Light Emitting Diode）的简称，是光电领域中运用极为广泛的

发光器件，其基本结构是一个PN结。当LED施加正向电压时，多数载流子的扩散运动加

强，它们在空间电荷区复合时释放出的能量大部分转换为光能。LED常用的材料是砷化镓、

磷化镓等半导体，不同的制造材料在通以一定电流的情况下可发出红、绿、黄、蓝等颜色的

光。LED是一个电流器件，电流越大，亮度越高，但亮度与电流不完全是线性关系。一般

的发光二极管的静态工作电流达到20mA时就能达到正常的发光亮度。LED显示屏的工作

方式一般动态扫描的，LED的亮度变化通常是控制其点亮的时间来实现。LED的最大脉冲

驱动电流为标准直流的2.5～10倍，一般取3～4。

LED的参数：

●最大正向直流工作电流IFM；

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● 脉冲正向电流IFP；（脉宽10ms，占空比1/10）

●反向击穿电压VR；

● 功耗PD；

●正向电压UF；

●反向电流IR；

●亮度IV；

●峰值波长λP；

●水平视角2θ1/2；

●垂直视角2θ1/2；

●工作环境温度TOPT；

LED具有下列特点：

● 亮度高，目前户外单灯的亮度已达6000mcd;

●功耗低，具有较高的电光转换效率；

●寿命长，一般可达10万小时；

●响应速度快，ns级，无余辉；

●无辐射，无噪音；

●耐冲击,性能稳定;

●低电压小电流驱动，易于与计算机接口；

1.2 LED显示屏的基本构成

以视屏为例，一般的LED显示屏由计算机、控制系统、通讯电缆、屏体构成。控制系

统一般由采集卡、帧控板、长线发送板、长线接收板、行控板、集线板构成。现在某些系统

把采集卡、帧控板、长线发送板结合在一起做成一块卡，称做帧控卡。整个系统构成如图.9

所示：

图.9

5．1 LED显示屏控制系统

LED显示卡是LED显示屏专用显卡，该卡给出复合消隐信号BLANK、点时钟信号CLK、

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红色信号RED（8位）绿色信号GREEN（8位）、兰色信号BLUE（8位）、场同步信号

VSYNC、行同步信号HSYNC，波形时序如图10。一个点时钟周期并行输出一个像素点的

24位数据信号，垂直扫描频率（VSYNC）是60Hz,不同的分辨率模式，点时钟和水平扫描

的频率（HSYNC）都不一样。例如，在640×480模式下，由于垂直扫描频率是60Hz，也

就是每秒要扫描60帧，每帧要扫描480行，每行要扫描640点，所以行频是

60×480=28800Hz; 点时钟是28800×640=18.432MHz。（考虑消隐实际值要高）

图.10

帧控卡的作用是采集一帧图像数据存放在静态存储器中，取出进行格式变换，然后经过长线

驱动输出。存储器有单组方式和双组方式，单组方式存在数据存储和数据读取不能同时进行，

而数据是连续不断的传过来，所以数据可能丢帧。双组方式两组存储器交替工作，一组写的

时候，另一组就读，数据不可能丢失。但多了一组存储器成本要高，控制电路要复杂。一般

的数据写入时用点时钟，读出时用另外一个频率要比点时钟低的时钟信号，那么写地址产生

和读地址产生必须是相互独立的两套电路。处理后的数据因是TTL电平，一般的方法不可

能传送的太远，所以采用422或485标准，用差分的方式传送。传输介质采用双绞线是因

为双绞线本身对外部的电磁干扰就有一定的抑制能力，另外传输方式采用差分平衡工作形

式，传送一路信号要有两根信号线，且两线要均匀一致，即要平衡。要传送的TTL 信号在

两个信号线上分别产生同相信号和反相信号，在接收端取两信号的差值。传输用的两根双绞

线在长度方向上完全对称，它们所受的外界干扰程度是完全相同的，干扰信号以共模形式出

现在差分接收器的输入端，地回路上的电位差也是以共模方式加在差分接收器的输入端。驱

动器发出的有用信号是差分信号，差分接收器对差分信号进行接收并放大，对共模信号加以

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抑制，这样有用

图.11

从干扰信号中区分出来了。RS-485接口电平转换电原理如图.12

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图.12 RS-485接口电平转换电路

发送器A1将TTL电平转换成标准的RS-485电平,接收器A2将RS-485接口信号转

换成TTL信号。

一般RS-485 传输率最大为 10Mbit/s，在此速率下电缆的容许长度为120m。实际对比

后选用Motonola产品 MC3487与MC3486。注意，同相信号和反相信号不能混接。R1、

R2取120Ω，R3、R4取50Ω，R5、R6取20MΩ。

行控板将相应位置的数据信号截取，完成并串转换并实现亮度控制后输出到集线板。一般的

8位数据就有256级亮度等级，以扫描的方式控制亮度，则每个脉冲占1/256，亮度值是

多少，就有多少个脉冲要扫。电路实现上技术难度较大，一般用控制发光的时间的方法来实

现，即采用快速比较器实现脉宽调制。另外，也有按8位数据的每一位权的大小作为次数

来对每一位进行扫描，即在同样长的时间里按128、64、32、16、8、4、2、1次数比例

对相应位的数据扫描，利用人眼视觉暂留的现像在时空上混色，造成一定的灰度。

集线板的作用是把集中的数据信号分到相应的驱动口，方式的改变，也可把行控板和集线板

做在一块板上。

5．2 LED显示屏扫描方式

和CRT显示器一样LED显示屏的像素也是行列成矩阵排布，其动态显示方法类似CRT显

示器的动态扫描过程，但它非逐点的扫描，而是以行为单位的逐行扫描。在CRT显示器中，

电子束轰击到那一个像素，那一个像素的荧光粉就被点亮。而在LED显示屏中对应每一形

象素驱动电路有两组锁存器，一组锁存用于当前要显示的行数据，而另一组做串行数据移位

寄存器，在显示前一行数据的同时以串行移位的方式传输下一行的数据。当一行数据传输完

毕后，才由行使能信号（STB）把整行数据锁入显示锁存器，再由行扫描信号（行解码）将

其点亮。也就是说数据是一行同时被点亮的，每行数据点亮的时间基本上等于一行数据传输

的时间。这样LED显示屏被逐行逐行的扫描，逐行逐行的点亮，扫完一帧就可看到一幅完

整的图像。扫描频率（帧频）只要达到一定值，由于视觉暂留现像使人眼觉得整屏同时点亮

而无闪烁感，即完成了动态扫描显示。

LED显示屏动态扫描方式不是逐行逐行的扫完一帧，而是以16行、8行、4行等为一组把

显示屏分成若干个组进行逐行逐行扫描，每组的扫描都是同时进行的。每扫完一组显示一部

分画面，多组组合在一起就形成整个画面。因此可把LED显示屏分为1/16、1/8、1/4扫

描等几种方式，以16行、8行、4行等为循环单位进行扫描实现不同亮度，适应各种需要。

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5．3 LED显示屏驱动系统

显示屏的像素点成矩阵排列，由行、列两个信号共同确定一个像素点的亮灭（行信号为扫描

信号，列信号为数据信号）。每行并接出一公用极（有共阴和共阳两种）作为行信号，选中

时该行电子开关打开，再由列信号决定该行有那些像素点亮（双基色时，每列接出红绿色两

个电极分别红绿两片锁存）。

如图. 13开关X1、Y1同时闭合（低电平），那么第一行第一列的LED点亮。在逻辑上我

们可以作到某行有效时，送出的是某行的数据。

图.13