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LED大屏幕是通过一定的控制方式，用于显示文字、图像行情等各种信息 以及电视、录像信号，并由LED器件阵列组成的显示屏幕。LED大屏幕作为现代信息发布的重要媒体，正受到社会各界尤其是商业界、广告界的极大重视，被广 泛应用于上业、交通、商业、广告、金融、体育比赛、电子景观等。
目前市场上的LED屏基本上均为平板LED屏，这种屏具有显示稳定，显示内容易修改的优点。但是平板显示屏的原理决定了显示屏上的每一像素点均与单独的 LED一一对应，这必然造成平板显示系统造价过高显示控制系统庞大的等缺点，而且由于几何机构的限制，决定了平板显示屏的视场较小。而新型的旋转柱式 LED屏可以克服平板LED屏的上述不足-它以机械转动扫描方式代替逐行扫描，使用的LED数量大大减少，这使成本大大减低，而且可是屏幕范围达到了 360°。
SOPC是嵌入式设计的一个新的方向，利用SOPC技术可以将多个功能模块集成到一块可编程芯片上构成可编程芯片上。将SOPC技术和旋转LED控制有机结合起来可以实现结构紧凑，功能稳定的旋转LED控制系统，同时也有利于控制系统的功能升级和维护。
二、旋转LED屏基本原理及关键技术
2.1 LED阵列旋转显示
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室内P3全彩LED电子屏
旋转LED显示屏是一种通过同步控制发光二极管（LED）位置和点亮状态来实现图文显示的新型显示屏，因其结构新颖，成本低廉，可视范围达360°而得到 了迅速的发展，其核心技术在于精确控制LED位置与发光状态的同步。旋转LED屏的显示器件只有一列，并且这一列LED由转速恒定的LED带动进行旋转， 同时由控制电路对LED的点亮状态进行同步控制，使电机每转过一定角度，这一列LED的显示内容就改变一次，在旋转到任何一个位置都有唯一确定的显示内 容，也就是说旋转LED屏是采用逐列显示的，并且采用了机械转动来替代替代扫描显示，下图中a,b,c,d是旋转LED屏在不同时刻的显示状态，d是人眼 视觉看到的完整的画面"3"。
2.2 三基色LED的颜色灰度控制
本设计采用了三基色LED来实现彩色像素的显示，为了能实现丰富多彩的颜色显示，需要对LED的颜色灰度进行控制。这主要有两种即驱动电流控制法和驱动脉 冲占空比控制法，但前一种方法实现难度较大成本较高，而后者原理简单，容易采用数字设计方法实现，因此本文的LED灰度控制采用了占空比控制法。
占空比控制法控制LED的亮度实际上是控制LED点亮的时间。周期性地改变LED在一个周期内的点亮时间的长短，从而实现LED的亮度变化。在工作状态下 连续地改变LED在循环周期中的点亮时间就可以实现LED亮度灰度等级的连续变化。对于256色显示，只需要采用8bit色度数据来控制LED的灰度，列 数据位与占空比关系
2.3 旋转LED屏设计的关键
旋转LED屏的原理并不复杂，其硬件结构也相对简单，但是要使旋转LED屏能够稳定的显示设定的图像或文字，需要克服三个技术难点：
1.旋转屏控制控制电路的供电。在系统工作时，控制电路随着电机的转子转动，因此给旋转着的控制电路和LED提供一个稳定的供电电源具有一定的难度。
2.旋转屏横向显示拖影问题。由于旋转屏采用了单列LED旋转扫描实现柱面图像显示，这使得像数点显示在横向上出现了粘滞，形成拖影现象。
3.解决显示亮度不足，由于旋转LED电子屏的工作原理决定了相比于普通的平面LED屏，显示每一列的时间要少许多，因此亮度也会大大减小。
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户外防水P10全彩LED电子屏圆柱体
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要使设计的旋转LED屏具有较好的显示效果，需要在设计解决好这三个问题。对于旋转LED屏的供电来说，采用固 定在底座的电刷片和旋转的金属导轨或者金属轮轴接触的方式给系统供电，是比较简单而可靠的方法。本文的设计就是通过电刷提供一个恒定的12V直流电压，再 由DC-DC芯片转换成2.5V、3.3V、5V等电压来维持控制系统工作。解决旋转屏的横向拖影，主要是根据旋转扫描的特点，在两列像素点之间插入一个 全黑时隙，这样就可消除两列图像显示点的粘滞感。而对于解决亮度显示不足的问题，本文的设计在不继续加大LED灯亮度的情况下，采用的是用四列LED灯来 轮流显示每个旋转屏上的每个象素点，这样亮度在旋转速率不变的情况下就变为原来的四倍。
三、总体方案系统设计
本文的设计是以FPGA为核心，利用霍尔传感器，红外遥控以及三基色LED显示阵列搭建的柱式旋转LED屏系统。该系统主要由电机，控制电路，LED显示阵列三部分组成。
电机的作用就是带动电路部分进行旋转，这个部分的关键就在于电机的转速要均匀，这样才能保证图像在水平方向不会被局部伸展或者压缩。为了使LED转速保持稳定，一般在设计时，都是使用匀速的直流电机，或者是步进电机。
LED整列是旋转屏的显示主体，为了实现较好的显示效果，本文的设计采用了三基色的LED灯，通过电路的控制LED的颜色灰度等级，LED电子屏可以显示出复杂多变的色彩，虽然这样在控制电路的设计上更为复杂，但是具有更好的显示效果。
LED显示控制电路的作用是将存储在RAM内图像或符号，在旋转位置感应信号的同步下，根据旋转的位置按列扫描显示在LED阵列上。这部分是整个系统的核心。
四、旋转LED控制电路的SOPC设计
本设计硬件平台采用Altera公司的CycloneⅡ系列中EP2C20Q204C8作为FPGA为平台，通过使用Quartus II软件搭建的采用Nios软核处理、DMA、SDRAM控制器等外围模块以及自定义的LED驱动控制模块等搭建了旋转LED屏的控制系统。
4.1控制电路的结构
作为旋转LED屏的核心部分，本文所设计的旋转LED屏控制系统电路主要由以下一个部分组成
电源供电模块，主要功能是为旋转LED电子屏控制系统以及LED显示阵列提供连续稳定的电源。
FPGA及其配置电路，FPGA电路整个控制系统的核心，是实现Nios II处理器及相关功能模块的载体。
彩色LED阵列驱动控制电路，主要由LED的驱动芯片及相关器件组成。LED驱动芯片在控制器的控制下按照相应的顺序、颜色和亮度显示图形文字内容。
外围存储电路，包括SDRAM和CF卡。SDRAM作为Nios II处理器的程序运行空间，而大容量的CF卡则用于存储LED屏要显示的图像或者文字内容。
旋转位置感应电路，由一片集成的霍尔感应器件及相关器件组成，用于感应LED屏旋转的位置，使得输出内容与旋转位置相对应。
无线控制电路，由红外（irDA）接收芯片和手持式红外遥控器组成，主要实现对旋转LED显示内容的切换红外遥控。
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五、系统软件设计
整个旋转LED电子屏的控制电路的控制核心是Nios处理器，图像数据的读取，旋转位置的感应，以及LED的显示驱动都是由Nios处理器来实现控制调度 的。对于Nios软核处理器来说，其软件开发是在SOPC Builder下的Nios IDE集成开发环境下完成的。Nios处理器软件的流程结构如下图5所示：
六、总结
旋转LED屏作为一种新型的LED显示屏以其成本低，可视范围大等独特优点，也越来越受到人们的重视。本文根据旋转LED屏的工作原理以及设计要求，将基 于Nios软核的SOPC技术引入到设计中来，实现了基于SOPC的彩色旋转LED屏的设计。该设计把微处理器和用户逻辑接口都集成在一块FPGA芯片 上，其接口可以灵活地被编程人员定义，用户能根据显示屏的大小灵活调整硬件逻辑设计以实现对屏的控制，而不需要改变其原有硬件构成，因此具有很大的灵活 性，是旋转LED屏控制电路设计的一个新方向。
从上面介绍我们可以知道TM-21仅可以在相对很少的测试时间内估算出LED灯点亮不同时长后的流明维持量，但不能用于其它周边的设备的测试，所以LED显示屏的寿命还要将散热管理等多方面考虑进去才更有意义，才会更准确。
LED芯片是半导体发光器件LED的核心部件（LED灯），LED发光的原理主要在于LED芯片的P-N结。一般来说，半导体晶片由两部分组成，一 部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结(LED 电视)。
当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的（LED显示器）。
LED芯片主要由砷(AS)、铝(AL)、镓(Ga)、铟(IN)、磷(P)、氮(N)、锶(Si)这几种元素中的若干种组成，主要材料为单晶硅。 LED芯片
LED芯片的分类
用途：根据用途分为大功率led芯片、小功率led芯片两种;
颜色：主要分为三种：红色、绿色、蓝色(制作白光的原料);
形状：一般分为方片、圆片两种;
大小：小功率的芯片一般分为8mil、9mil、12mil、14mil等
LED芯片结构介绍
不同LED芯片，其结构大同小异，有外延用的芯片基板(蓝宝石基板、碳化硅基板等)和掺杂的外延半导体材料及透明金属电极等构成。
目前在一般的LED照明市场上，存在非隔离设计和隔离型驱动电源之分。非隔离设计仅限于双绝缘产品，例如灯泡的替代产品，其中LED和整个产品都集 成并密封在非导电塑料中，因此，最终用户并没有任何触电的危险。二级产品都是隔离型的，价格相对比较昂贵，但在用户可以接触到LED和输出接线的地方（通 常在LED照明和路灯照明应用的情况下），这种产品必不可少。
带隔离变压器或者电气隔离的LED驱动电源意味着LED可以直接用手接触而不会触电。而无隔离变压器的LED驱动电源虽仍可以借助防护外壳实现部分机械绝缘，但此时的LED在工作时并不能直接接触。
绝缘型灯泡在今后将成为主流
物理设计决定着驱动器是隔离式还是非隔离式。安全规则通常要求使用两个独立的隔离层。设计师可以选择两种物理隔离层，即塑料散光罩和玻璃护罩，并使用非隔离式电源。如果物理隔离成本太高、存在机械困难或者吸收太多光，就必须在电源中解决电气隔离问题。
隔离式电源通常要比同等功率水平的非隔离式电源大一些。照明灯设计师必须在他们所设计的每款产品中进行大量的成本及设计优化工作。由于适用于不同的应用，是采用隔离的绝缘变压器还是采用隔离的防护灯罩外壳，设计者在不同的角度考虑永远会有不同的见解。
通常，他们会从多方面去分析，例如成本与制造工艺、效率和体积、绝缘可靠性和安全规范的要求，等等。带变压器的驱动成本较高，但也相应让 LED灯具变得更加实用，能够满足终端用户偶然接触LED的需要。当白炽灯玻璃外壳很容易被损坏时，一个E27型号的普通灯泡可被替换成为LED灯。
此外，在工业区或者是办公设备应用中的灯具并不需要接触到终端用户，如路灯和商场照明，这时的LED灯也确实需要隔离变压器。
作为一个让最终用户能安全使用的产品，一定会考虑绝缘与隔离的可靠性。作为完整的产品，产品表面使用者能接触到的部分一定要经过隔离，不能 让人触电。而从产品整个系统而言，隔离是不可避免的，区别只是设置隔离的位置不同。有些设计者采用隔离的变压器设计，因此他们可以简化散热和灯罩的设计。 如果用非隔离的驱动设计，在灯壳等结构上就必须考虑可靠的绝缘要求。因此作为电源驱动，隔离与非隔离的方案一直都同时存在。
中国LED驱动电源制造商们可能面对的主要挑战是找到低成本的AC/DC驱动器，从而满足在低成本电源系统中实现更严格的功率因子和效率表 现。未来，在空间受限且存在散热困难的系统（比如LED灯具）中使用高质量、高可靠性的电源，将不再免费。然而，在最终用户使用过许多某款寿命在 10,000小时左右的灯泡之前，要想证明其质量高是相当困难的事情。
基于变压器的隔离型LED驱动电源将是主流
隔离和非隔离LED驱动电源方案各有优缺点。编者认为，ClassII将是主流，因为它简化了LED散热问题。ClassI或II系统依赖 接地系统，在大多数情况下，跟安装地点很有关系。ClassII较常见，它要求双级或加强型隔离，也即需要变压器磁性绕组、绝缘带和物理隔绝。 ClassI系统要求一个接地外壳和（或）机械障碍，而这时ClassII系统不需要的。
目前有好几个趋势正在推动LED照明市场的发展。首先是高亮度LED效率的不断改善和非常高效率的高可靠性恒流LED驱动电源的不断涌现，其次是全 球立法禁止白炽灯照明（由于其低效率）和CFL节能灯的逐步淡出（如果打破的话，它会流出对环境有害的水银）。这些因素综合起来正使得LED照明成为一个 长期的发展趋势。当然，低系统成本（包括LED、热管理系统和LED驱动器）永远是消费者广泛采用LED通用照明的推动力。
事实上，在很多LED照明产品中，失效是一个常见现象，大多数是因为电源的失效，而不是LED的失效。在设计层面上，这意味着OEM必须变成系统热设计的专家。LED提供高效率，但它们也比白炽灯或节能灯产生更多的传导热量。
由于许多LED照明应用封闭在一个很小的空间里，很难用通风的办法来散热。如果没有仔细的热设计，LED和电源驱动电路很容易因为高温而退化或永久失效。
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