杨岳锋
广州车务段土塘站(常平车间)
摘要：经济在不断的发展，社会在不断的进步，所谓安全行车显示屏是指在汽车上安装一个可以提示后面车辆当前车辆状态以及的显示屏，其本质就是我们经常说的广告屏，也叫LED点阵显示。本文主要是对如何设计安全行车显示屏的整个过程的描述，以便初学者参考。
关键词：LED点阵显示设计
引言
在生活如此快捷的社会，汽车是人们出行所选的首要交通工具。近几年，我国汽车保有量持续增长。根据国家《2017年国民经济和社会发展统计公报》，年末全国民用汽车保有量为21743万辆（包括三轮汽车和低速货车820万辆），比上年末增长11.8%，其中：私人汽车保有量18695万辆，增长12.9%；民用轿车保有量12185万辆，增长12.0%；私人轿车11416万辆，增长12.5%；道路交通事故万车死亡人数2.06人，下降3.7%。随着国家经济水平的快速增长，预计未来几年汽车保有量依然会保持高速增长。行车过程中，交通安全问题不容忽视。遇到复杂路况或紧急情况时，司机心情易急躁，此时易出现开斗气车、刮蹭等现象，甚至出现马路暴力现象。据公安部交管局统计，因"路怒症"引发的道路交通事故呈逐年上升趋势。发生事故后，双方之间发生争吵很大比例都是因车主之间缺少沟通而引起。生活中人们妨碍了他人会说句抱歉，可是在车里却"有口难言"，被误认为是没有素质的人，有时还会因此受到伤害。鉴于此，本项目的初步设想即解决行驶过程中司机与司机（本车与后车）之间沟通、交流的问题，让行驶变得更加文明有序。通过调研，已知目前的汽车可以安装LED显示屏显示文字，但其显示的内容多为广告，内容单一，不能体现车主与车主之间的沟通、交流。若要更改内容，一般需要通过电脑修改文字，再通过USB连接显示屏显示对象，不能体现交流的实时性与个性化。因此，现有的LED显示屏的设计与应用具有一定的局限性。通过对一些新、老司机的调研，本项目的初步设想是解决在行驶过程中司机和司机（前车和后车）沟通交流的问题。
1LED显示屏主要技术
1.1 LED显示屏的显示颜色、亮度和视角
基础半导体工业的迅猛发展, 带动了发光二极管制造材料以及制作工艺的改进, 在颜色与亮度方面都有了质的飞跃, 高亮度、蓝色及纯绿色发光二极管已产业化并得到应用。目前 LED 显示屏从颜色上能满足室内外不同环境下的单色、双基色、全彩色显示要求, 四元素的红色 LED 器件及高亮度蓝色、纯绿色在室外显示屏中得到普遍应用。
1.2 驱动电路
显示屏驱动电路的主要作用是接受来自控制系统的数字信号, 将发光二极管点亮, 实现在 LED 显示屏上的信息的显示。LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的, 如: 74HCl64、CD4015、74HC595、6B595、ULN2803等等, 大多为移位寄存器和达林顿驱动器。采用常规型驱动 IC 进行电路设计, 原理比较简单, 价格便宜, 产品的技术开放性比较强。通用 IC 设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟, 目前仍然是主流的驱动电路, 近年随着恒流驱动 IC 的发展, 根据 LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点, 恒流驱动控制技术也得到应用, 大大提高了 LED 显示的均匀性, 同时, 减少了显示驱动电路的阻容元件, 降低了故障点, 使LED显示屏更可靠、亮丽。由于通用驱动 IC 的集成度较低, 电路板的布线设计庞杂, 对于高密度的显示屏往往使用双层 PCB板, 在使用上存在一定的隐患, 对于全彩色等显示屏问题更为突出。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆近年, LED显示屏专用的 IC 在国内外都有所发展, 国外的 IC 制造商相继推出一些用于LED 显示的专用IC 驱动芯片, 如TI 公司推出的LEDDriver 等, 这类芯片对原来通用驱动 IC 的集成度进行了提高, 使显示屏的驱动电路设计简捷方便, 功能上也有所提高, 但同时成本也相应增加。国内的中庆数字设备有限公司在 1997 年也推出了 LED 驱动专用集成电路ZQ9701。
2安全行车显示屏的设计
2.18*8点阵显示设计
断我们就以"占"为例，要在点阵上显示这个字，我们就要了解点阵的显示的原理，8*8点阵指的是8行8列，我们要在上面显示的时候，只需要把对应的位置的二极管点亮就可以了，那么我们在设计的时候，就必须考虑到行的显示和列的显示两部分，首先是行的显示，一般的情况下，行指的就是公共端口，对于点阵而言，大多数我们认为是低电平有效，所以我们只需要给出相应行的低电平断码就可以了，断码为：0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f,这是8行的行选代码。其次就是列断码的生成，有的人说我可以用字模的软件生成，这样也可以，但是对于初学者而言，自己来写代码无疑是最好的选择，我们就说自己如何来书写代码，既然上面有了行选的代码，也知道它是一行显示了再显示下一行，我们只要对每行显示不同的内容，就可以显示出内容了，比如说"占"字的显示效果如图1，我们可以把他拆分为图2的八步，并且写出相应的代码。由上面可以看出，列代码是：0x10,0x70,0x10,0x10,0x7c,0x44,0x7c,0x00，这样代码就完成，再下来我们看一下延迟的计算，我们都知道发光二极管的显示，只要延迟在10ms以内的话，我们人眼是分不清的，所以只要每行的显示延迟全部加起来小于10ms就可以了，但是不能太小，太小了，单片机会认为其是没有显示的，建议20us以上最好（晶振为12mhz）。
2.2灰度控制技术
显示屏在显示视频图像等内容时,为取得良好的显示效果,普遍采用灰度控制技术。对同一基色采用级差间隔亮度,实现颜色的组合,一般可做到16级、64级、256级灰度。为使显示效果更符合人眼的视觉特性,出现了非线性级差调灰技术,即在低亮度区级差小,增加级数,逐步到高亮度区时增大级差,形成视觉效果上的?级差一致性。目前LED显示屏灰度控制一般都在256级,通过采用非线性调灰技术,显示屏的显示效果比较理想。也有公司宣称灰度控制在1024、4096级甚至更高,但实际上,数据、图像的信号源所能提供的图像也就256级灰度,一昧追求大数量级的灰度控制,在使用中是没有实际价值的。
2.3驱动电路
显示屏驱动电路的主要作用是接受来自控制系统的数字信号,将发光二极管点亮,实现在LED显示屏上的信息的显示。LED显示屏广泛使用的驱动电路是基于通用型集成电路来设计的,如:74HCl64、CD4015、74HC595、6B595、ULN2803等等,大多为移位寄存器和达林顿驱动器。采用常规型驱动IC进行电路设计,原理比较简单,价格便宜,产品的技术开放性比较强。通用IC设计的驱动电路在室内外单色、双基色显示屏方面应用成熟,目前仍然是主流的驱动电路,近年随着恒流驱动IC的发展,根据LED器件的发光与驱动电流高度相关的特点,恒流驱动控制技术也得到应用,大大提高了LED显示的均匀性,同时,减少了显示驱动电路的阻容元件,降低了故障点,使LED显示屏更可靠、亮丽。
结语
本设计项目内容与专业课程内容密切结合，利用单片机STC12C5A60控制整个系统，通过模拟电路和数字电路处理信息，最后利用LED矩阵屏显示内容，整个设计过程采用C51语言设计程序。本项目与课程理论充分契合，结合实践，具有一定的推广价值。
参考文献
[1]张靖武主编.单片机原理、应用与PROTEUS仿真[M].北京:电子工业出版社,2008.
[2]万隆,巴奉丽编.单片机原理及应用技术(第二版)[M].北京:清华大学出版社,2014.
[3]刘教瑜.单片机原理及应用[M].武汉:武汉理工大学出版社,2011.
论文作者:杨岳锋
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
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