CN100412918C - 地址码控制的发光二极管显示系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本地址码控制的发光二极管显示系统的上位机、管理机、行单片机、显示点逐级连接，控制管理发光二极管行列矩阵按客户指令进行显示。上位机与一或多台管理机连接，管理机与16～256个有行地址码的行单片机连接，各行单片机及电源与32～256个显示点并联。各显示点有发光二极管和集成电路，有唯一的点地址码。本系统的控制方法为上位机接收显示图形文件，转换并解析为行点状态数据，发送到管理机，管理机转发行点状态数据到各行单片机，行单片机接收与本行地址码相同的指令，当得到管理机的显示指令时，各行单片机同时向本行显示点发送指令。各发光二极管则按不同颜色亮或灭并保持，显示出所需图案，至得到新的指令。本系统连线简单，成本低。

Description

地址码控制的发光二极管显示系统及其控制方法

(一)技术领域

本发明涉及发光二极管点阵显示系统领域，具体为一种地址码控制的发光二极管显示系统及其控制方法。

(二)技术背景

因宣传和广告的需要，大型屏幕动态图形显示系统近年来有迅猛的发展。霓虹灯构成的动态图形显示系统显示的信息量有限，且其安装、能耗、价格及使用寿命等方面的问题，使其普及受到限制。液晶屏幕的优势在于其发布信息的即时性，但是液晶屏幕的价格过高，难以用作户外的大型显示屏幕。目前体育场或建筑物的信息发布平台主要是使用发光二极管点阵构成的显示系统。大型发光二极管屏幕是由多个发光点组成的，每个发光点是由不同颜色的多个发光二极管构成的，由几十行几十列发光点组成的矩阵成为大型发光二极管屏幕墙，当要显示大字时，可用多行或多列发光二极管来显示一个横或竖笔画。如此大量的发光二极管的电源线、信号线其连接、安装极为繁杂，其控制也极为繁复。正因此其成本也极高，造价高达每平方米上万元，其维护的成本也同样高，故一般用户不敢问津。因此，大型动态图形显示屏幕尚难以广泛使用。

(三)发明内容

本发明的目的是设计一种地址码控制的发光二极管显示系统，显示屏由发光二极管显示点的行列矩阵构成，每行上的显示点状态由行单片机控制，而各行单片机则由管理机进行管理，管理机与上位机相连接，接受上位机的指令，这样构成了上位机控制管理机、管理机又控制行单片机、行单片机控制显示点的发光二极管显示系统。

本发明的另一目的是设计地址码控制的发光二极管显示系统的控制方法，上位机自动分析、解析客户欲显示的信息，把信息分解成行状态和点状态，经上位机通信口将这些状态数据发送到管理机，管理机将行状态和点状态传送到每一行的行单片机中，行单片机控制各显示点内发光二极管的亮或灭状态，从而即时显示动态图形。

本地址码控制的发光二极管显示系统包括发光二极管行列矩阵和控制该矩阵的单片机、计算机，系统的上位机、管理机、行单片机、显示点逐级连接，控制管理发光二极管行列矩阵按客户指令进行显示。本系统的上位机为安装有相应的应用软件的微机，与一台或多台管理机连接。上位机接收管理人员输入的显示图形的图形文件或文字文件后，把文件解析为行状态和点状态数据，并把行、点状态数据发送到管理机。管理机为至少有两个通信口的单片机，管理机的一个通信口与上位机连接接收上位机数据，另一通信口经一总线与16～256个行单片机连接，向各行单片机发送该行状态数据。各行单片机为8位单片机，包括行地址编码器和相应软件，行地址编码器中有一个唯一的行地址码，有多达256个点地址码，行单片机与管理机串行连接通信，行单片机经一根通信线和32～256个显示点连接、直流电源经两根电源线和32～256个显示点并联，行单片机与显示点为串行通信。行单片机根据本行的地址码接收管理机发送的本行的各显示点状态指令，并负责向本行各显示点发送亮或灭的状态指令。每个显示点有一个或多个可变三色的发光二极管或者一组或多组三色发光二极管和具有接收、驱动和地址解码器功能的集成电路连接，集成电路的解码器有四种状态锁存输出，决定发光二级管的各色灯亮、灭状态，各显示点有一个本行内唯一的点地址码。每行具有32～256个显示点的16～256行显示点组成了发光二极管矩阵显示屏。显示点的集成电路接受行单片机发送的与本点的地址码相同的状态指令，解码得到本显示点各个可变色发光二极管或各色组发光二极管的指令，集成电路驱动显示点的各发光二极管按指令状态亮或灭并保持，直到接收到新的指令。

上位机可经有线或无线或网络方式下接一个或多个管理机，也就是说：一台上位机可以管理多台显示屏，组成一个大规模的显示系统。

当矩阵的行数大于64时，为了加快整个屏幕的显示速度，可增加一上级管理机，上级管理机上接上位机，下与2～64台管理机连接，上级管理机接收上位机指令，再分解为行状态指令发送到各管理机上，每台管理机与不多于64个行单片机连接，将其接收的指令发送到与其连接的多个行单片机上。

本地址码控制的发光二极管显示系统的控制方法包括如下步骤：

上位机接收管理人员编辑的文字文件，如TXT格式文件，或图形文件，如BMP、JPG格式文件，并将其转换为点阵图形文件，设置图形动画形式、时间、方向等参数再分解为每一行每个显示点的颜色亮灭、重复次数、时间等状态信息，传送到管理机；

管理机接收上位机传来的各行、各显示点状态信息并存储，将其分解为各行的状态指令向各行单片机传送；因管理机和行单片机为串行通信方式，因此各行的数据是顺序发送的，发送完毕后管理机再给各行单片机一个显示指令；

各行单片机判断得到与本行地址码相同的指令则接收并保存，将各显示点状态数据转换为帧数据包，当接收到管理机的显示指令时，各行单片机同时向本行的各显示点发送各点状态指令数据包；指令以串行数据发出，一个数据包包括一连串的帧数据头、地址码、状态和结束码；

各显示点的集成电路判断到属于本点地址码的状态指令即接收保存，指令经集成电路的解码器转换为控制本显示点各个可变色发光二极管或各色组发光二极管的指令，集成电路驱动显示点的各发光二极管按指令状态亮或灭并保持，直到接收到新的指令。

本发明的地址码控制的发光二极管显示系统的优点为：1、可构成多达256×256个发光二极管的大型发光矩阵，其连线简单，各行发光二极管只有两条电源线和一条通信线，无需列控制线，因此本系统的大型发光二极管显示系统成本低，以32行、256列、单个显示点面积10cm×10cm的显示系统为例，其显示屏总面积达八十平方米以上，造价仅数万元，与现有的动辄上百万、甚至数百万元的大型显示屏相比有显著优势；2、因本系统的结构连线简单、灵活、安装方便，每一个显示点可以按照不同的布局接入，如一行256个点可以布局成16×16的点阵显示块，故安装维修均很方便；3、显示点发光亮度高，每个显示点可包括1～8个可变色发光二极管或1～8组三色发光二极管，即一个显示点可有多达24个发光二极管；4、上位机可与多个管理机及显示屏用无线或网络连接，集中管理，形成发光二极管显示屏群系，扩大规模宣传效果。

本发明的地址码控制的发光二极管显示系统控制方法的优点为：1、采用类似于点阵打印机的原理，显示屏每行的每个显示点有一个地址码，各点执行符合地址码的指令，管理机统一指挥行单片机，行单片机指挥显示点，一级一级传送上位机的程序指令，完成显示点的状态变换；2、显示点的集成电路接收一组信号时间约为3毫秒，本控制方法完成一行256个显示点显示仅需要0.8秒，基本满足人的视觉要求；3、上位机统一处理图形、文字文件，便于即时发送文字、静态图形信息，而且管理机和行单片机都无需建立自己的显示字库和图形库，简化了整个系统的软件、硬件结构。

(四)附图说明

图1为本地址码控制的发光二极管显示系统的实施例整体结构示意图；

图2为本地址码控制的发光二极管显示系统实施例某个行单片机、电源与该行的多个显示点的连接示意图；

图3为本地址码控制的发光二极管显示系统实施例某个显示点的电路示意图；

图4为本地址码控制的发光二极管显示系统实施例某个显示点的多组三色灯排列示意图；

图5为本地址码控制的发光二极管显示系统控制方法实施例流程示意图。

(五)具体实施方式

本发明的地址码控制的发光二极管显示系统实施例如图1所示，包括发光二极管矩阵和控制矩阵的单片机、计算机，系统由上位机、管理机、行单片机、显示点逐级控制连接，管理控制发光二极管行列矩阵显示屏。

本例系统的上位机经有线或无线或网络方式下接二个管理机；上位机为一般商用微机，有有线、和/或无线、和/或网络通信接口，配装有应用软件。

本系统的管理机为至少有两个通信口的单片机，与上位机经有线或无线或网络方式相连接，并经一通信总线与各行单片机连接，管理机内存储各行单片机地址码，以及应用软件。本例的系统有32个行单片机与管理机连接，行单片机为8位单片机，包括行地址编码器和应用软件，其行地址编码器内存储该行可多达256个的各点地址码与本行唯一的行地址码。行单片机的串行通信口与本行单片机管理的各显示点经通信线并联，行单片机根据本行的地址码接收管理机发送的本行的各显示点状态指令，并负责向本行各显示点发送亮或灭的状态指令。本例中行单片机采用功能强的嵌入式单片机，以便于更新应用软件、系统控制软件。

本系统的一行内有256个显示点，如图2所示，各显示点由2根电源线与电源并联，一根通信线连接各显示点与行单片机。也可用此两根电源线作为通信线而省掉通信线，但需要改变显示点的接收电路。

对于少于64行的小型单个显示屏，与上位机连接的管理机兼为行单片机，省掉行单片机，管理机经通信线直接和32～256个显示点连接。

显示点的电路连接如图3所示，有三色发光二极管和具有接收、驱动和地址解码器功能的集成电路连接。各显示点在行中各有一个唯一的点地址码，显示点判断到行单片机发送的与本点的地址码相同的状态指令则接受执行。如图4所示，本例中每个显示点包括8组三色发光二极管，显示点中红、绿、蓝3个发光二极管纵向排列为一组，多组横向连排，相邻组的发光二极管颜色交错，如第一组由上至下为红绿蓝，第二组即为绿蓝红，第三组为蓝红绿，第四组再为红绿蓝……。同一显示点的各相邻的发光二极管颜色不同。显示点的地址解码器将指令解码得到本点发光二级管红色亮、绿色亮、蓝色亮和全灭四种状态，驱动电路使各色组的发光二极管亮或灭并保持，直到接收到新的指令。

显示点内也可采用一个或多个可变三色的发光二极管，在集成电路的驱动下为发红光、或绿光、或蓝光或熄灭四种状态。

本地址码控制的发光二极管显示系统的控制方法的实施例流程如图4所示，包括如下步骤：

上位机接收人工编辑的文字或图形文件并将其转换为点阵图形文件，再分解为各行显示点状态信息，传送到管理机；

管理机依次接收上位机传来的各行显示点状态信息，将其分解为各行的状态指令，逐行向各行单片机分发传送状态指令数据，发送完毕后管理机再给各行单片机一个显示指令；

各行单片机判断到与本行地址码相同的指令则接收保存，并向本行的各点地址编码器发送各点状态指令；指令以串行数据发出，一个数据包包括一连串的帧数据头、地址码、状态和结束码；

各显示点判断属于本点地址码的状态指令接收并保存，指令经解码器转换为控制本点各发光二极管驱动指令，本显示点的各色组发光二极管按指令状态亮或灭并保持，即显示屏按用户指令显示一图形或文字，直到接收到新的指令。

Claims (6)

1. 一种地址码控制的发光二极管显示系统，包括发光二极管行列矩阵和控制该矩阵的单片机、计算机，其特征在于：

系统包括上位机、管理机、行单片机、显示点，逐级连接，管理控制发光二极管行列矩阵显示屏；

本系统的上位机为安装有相应的应用软件微机，与一台或多台管理机连接；上位机接收管理人员输入的显示图形的图形文件或文字文件后把文件解析为行状态和点状态数据，并把行点状态数据发送到各管理机；

管理机为至少有两个通信口的单片机，管理机的一个通信口与上位机连接接收上位机数据，另一通信口经一总线与16～256个行单片机连接；管理机向各行单片机发送该行的行状态和点状态数据；

各行单片机为8位单片机，包括行地址编码器和相应软件，行地址编码器中有一个唯一的行地址码，有多达256个点地址码，行单片机与管理机串行连接通信，行单片机经一根通信线和32～256个显示点连接，直流电源经两根电源线和32～256个显示点并联；行单片机根据本行的地址码接收管理机发送的本行的各显示点状态指令，并负责向本行各显示点发送亮或灭的状态指令；

每个显示点有一个或多个可变三色的发光二极管或者一组或多组三色发光二极管和具有接收、驱动和地址解码器功能的集成电路连接，集成电路的解码器有四种状态锁存输出，决定发光二级管的各色灯亮、灭状态，各显示点各有一个本行内唯一的点地址码；显示点的集成电路接受行单片机发送的与本点的地址码相同的状态指令，解码得到本显示点各个可变色发光二极管或各色组发光二极管的指令，集成电路驱动显示点的各发光二极管按指令状态亮或灭并保持，直到接收到新的指令。

2. 根据权利要求1所述的地址码控制的发光二极管显示系统，其特征在于：

当矩阵的行数大于64时，增加一上级管理机，上级管理机与2～64台管理机连接，上级管理机与上位机连接、接收上位机指令，再分解为行状态指令发送到各管理机上，每台管理机与不多于64个行单片机连接，将其接收的指令发送到与其连接的多个行单片机上。

3. 根据权利要求1所述的地址码控制的发光二极管显示系统，其特征在于：

对于少于64行的小型单个显示屏，与上位机连接的管理机兼为行单片机，管理机直接经通信线和32～256个显示点连接。

4. 根据权利要求1至3中任一项所述的地址码控制的发光二极管显示系统，其特征在于：

同一显示点有1～8组红、绿、蓝三色发光二极管，相邻的发光二极管颜色不同。

5. 根据权利要求1至3中任一项所述的地址码控制的发光二极管显示系统，其特征在于：

同一显示点有1～8个可发红、绿、蓝三色光的变色发光二极管。

6. 如权利要求1至3中任一项所述的地址码控制的发光二极管显示系统的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

上位机接收管理人员编辑的文字文件或图形文件，并将其转换为点阵图形文件，设置图形动画形式、时间、方向等参数，再分解为每一行每个显示点的颜色亮灭、重复次数、时间等状态信息，传送到管理机；

管理机依次接收上位机传来的各行、各显示点状态信息并存储，将其分解为各行的状态指令向各行单片机传送；发送完毕后管理机再给各行单片机一个显示指令；

各行单片机判断得到与本行地址码相同的指令则接收并保存，将各显示点状态数据转换为帧数据包，当接收到管理机的显示指令时，各行单片机同时向本行的各显示点发送各点状态指令数据包；

各显示点的集成电路判断属于本点地址码的状态指令接收保存，指令经集成电路解码器转换为控制本显示点各个可变色发光二极管或各色组发光二极管的指令，集成电路驱动显示点的各发光二极管按指令状态亮或灭并保持，直到接收到新的指令。

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