LED數碼管

簡介

當 數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。如：顯示一個“2”字，那么應當是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp 不亮。LED數碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數碼管的顯示筆畫常用一個發光二極管組成，而大尺寸的數碼管由二個 或多個發光二極管組成，一般情況下，單個發光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數 碼管，發光二極管的陰極連接到一起連接到電源負極的稱為共陰數碼管。常用LED數碼管顯示的數字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、 B、C、D、E、F。

特點

1.LED 數碼管以發光二極管作為發光單元，顏色有單紅， 黃，藍，綠，白，黃綠等效果。單色，分段全彩管可用大樓，道路，河堤輪廓亮化，LED數碼管可均勻排布形成大面積顯示區域，可顯示圖案及文字，并可播放不 同格式的視頻文件。通過電腦下flash、動畫、文字等文件，或使用動畫設計軟件設計個性化動畫，播放各種動感變色的圖文效果；

2.可放在PCB電路板上按紅綠蘭順序呈直線排列，以專用驅動芯片控制，構成變化無窮的色彩和圖形。外殼采用阻燃PC塑料制作，強度高，抗沖擊，抗老化，防紫外線，防塵，防潮。LED護欄管具有功耗小，無熱量，耐沖擊，長壽命等優點，配合控制器，即可實現流水，漸變，跳變，追逐等效果。如果應用于大面積工程中，連接電腦同步控制器，還可顯示圖案，動畫視頻等效LED數碼全彩燈管可以組成一個模擬LED顯示屏，模擬顯示屏可以提供各種全彩效果及動態顯示圖像字符，可以采用脫機控制或計算機連接實行同步控制；可以顯示各式各樣的全彩動態效果。控制系統采用專用燈光編程軟件編 輯，數碼管控制花樣更改方便，只需將編輯生成的花樣格式文件復制進CF卡即可，數碼管控制器可以單獨控制，也可多臺聯機控制，數碼管安裝編排方式任意，適 合各種復雜工程需求。數碼管、控制器以及電源等以標準公母插頭連接，方便快捷，并具有獨特的外形設計，全新的戶外防水結構

技術參數

規格： （有圓形、半圓形、D形）；

直徑有：30mm、40mm、50mm、80mm、100mm、 110mm；

顏色：單紅，黃，藍，綠，白，七彩；

外殼顏色：乳白；

性能：防水，防塵，防紫外線，耐壓，耐破裂，耐高低溫，耐燃，超強抗沖擊老化；

防護等級：IP65級；

工作電壓范圍：24V-220V；

工作功率：8-12W；

工作環境：-40度-+75度；

正常壽命：>80,000小時。

結構原理

led 數碼管常用段數一般為7段有的另加一個小數點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等....，led數 碼管根據LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也 是不同的。圖2是共陰和共陽極數碼管的內部電路，它們的發光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數碼管廣泛用 于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。下面將介紹常用LED數碼管內部引腳圖片。

圖1 這是一個7段兩位帶小數點 10引腳的LED數碼管圖2 引腳定義每一筆劃都是對應 一個字母表示 DP是小數點。透過分時輪流控制各個LED數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。每位元數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人 的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感， 動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O口，而且功耗更低。

分類

1、按控制方式分：分為內控方式（內部有單片機，通電自動變色）和外控方式（需要外接控制器才能變色）。

2、按變化方式分：分為固定色彩的和七彩、全彩的；固定色彩的是用來勾輪廓的，全彩的可以勾輪廓，也可以組成管屏顯示文字、視頻等。

3、按尺寸分：有D50的、D30的，這是直徑；長度基本上1米的（可以定制）；這個需要根據實際需要進行選擇就行了。

4、按內部可控性分：有1米6段的，有1米8段的和1米12段、1米16段、1米32段的。也就是1米的管子內有幾段可以獨立受控； 1米段數越多，做視頻的效果越好。如果密度低，或者做些追逐效果，做1米6段也就可以了。

5、按led數量分：有1米96顆燈的，有1米144顆燈的；燈越多效果越好。一般做全彩的都是用1米144顆燈的。

6、按供電分：分為高壓供電(直接220V供電)和低壓供電(12v供電，220v電源需要加開關電源轉換)；一般選擇低壓供電的，比較可靠穩定，高壓供電的容易燒毀。

7、 按像素點分：一米16段燈管 就是1米的燈管有16個像素點。一般有6段數碼管、8段數碼管、12段數碼管、16段數碼管、32段數碼管等，16段的比較多。如6段數碼管一般使用在輪廓項目上。

驅動方式

LED數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據LED數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。

靜態顯示

靜 態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅 動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機 可用的I/O端口才32個，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。

動態顯示

LED數碼管動態 顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外 為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只 要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯 示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時 點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功 耗更低。

控制系統

1、防水LED護欄管一 般是在外罩接口處用熱熔膠或硅膠密封，內部LED、電路板都是裸露的，由于晝夜溫差大，外罩的端頭與外罩熱脹冷縮不同，導致熱熔膠或硅膠密封處出現縫隙， 下雨后雨水滲進內部，造成電路短路而燒毀LED。要解決這個問題，一定要求對內部電路和LED進行灌膠處理。接頭單用熱熔膠或硅膠密封固然簡單，但可靠性 達不到在戶外應用的要求。

2、防紫外線LED護欄管由于要求混光防雨，外面都會有外罩，外罩的材料選擇是很多不規范公司降低成本的又一個手段，質量好的產品都會使用增加了抗紫外線的材料。如GE、拜爾等材料，而質量不好的LED護欄管很多使用混合了水口料的材料，談不上抗紫外線，太陽光比較大的地方，不到一個月，外罩就變成黃色的了，從而出光效果變差，透光率也大大減小。

3、線損有色金屬漲價很多，采用劣質材料和減小線徑是一些廠家節省成本的方法，一般好的生產廠家都會在內部使用1mm以上的導線，而且導線材料使用的是符合國標的產品。如果導線面積不夠或材料的雜質太多，電阻值 就較大，前面的護欄管和后面的護欄管就有較大的電壓差，為了讓后面的LED也能正常工作，就需要增加輸入電壓，這樣無形中就增加了功耗，很多電能不是用于 驅動LED，而是浪費在導線和恒流芯片上。通用的恒流芯片都有功耗要求，電壓高功耗就大，如果功耗太大，熱量散不出去就會導致芯片燒毀。這就是為什么很多 LED護欄管都是前面損壞得多的原因了。

4、散熱一般LED護欄管外罩和底座完全是一體的，都是塑膠材料。當LED排布很密時，在通電熱平 衡后，LED的結溫已經很高了，就將造成LED的壽命急劇減少。實力強的LED護欄管公司肯定會有熱設計人員，在設計護欄管外罩時就會想法把LED的熱量 和恒流芯片的熱量有效的傳導到大氣中去。底座使用鋁材是比較好的方法。另外在設計時要盡量將PCB靠近鋁底座。

5、供電護欄管的供電有兩種 方式：220V的高壓和48V以下的低壓。220V直接供電是一種危險而又不經濟的方式，低壓的做法是用電容或電阻降壓后供給。這種方式首先是安全性就存 在很大的問題；其次是太耗電并對電網有極大的損害，供電部門是堅決反對的。由于突然在線路上加接了大量的容性負載，使供電線路失配形成了自激震蕩，就可能 出大事故。

應用領域

主要用于樓體亮化，廣告招牌、高檔的DISCO、酒吧、夜總會、會所的門頭廣告牌等。特別適合應用于廣告牌背景、立交橋、河、湖護欄、建筑物輪廓等大型動感光帶的夜景照明之中，可產生彩虹般絢麗的效果。 用護欄管裝飾建筑物的輪廓，可以起到突出美彩亮化建筑物的效果。事實證明，它已經成為照明產品中的一只奇葩，綻放在動感都市。

光源優劣

要是問起LED光源有幾種，相信這個問題對大家來說都很陌生！

總的來說，LED光源的來源有兩種做法： 一種是使用傳統小功率LED作組合，一般多達上百顆甚至數百顆，電源設計復雜。另一種是使用大功率管作光源，價格比較貴。

兩種方法都不可避免地要將散熱設計和工作可靠性作為主要設計考慮因素，國內多應用于政府示范性工程，真正市場化運作的工程很少，國外這方面的應用實例較多，但其最大的缺點依然是可靠性、出光流明數和價格，很多工程由于LED品質低劣，沒有很好地表現出壽命長的優點。

還有，從成本、市場的角度考慮，LED作為照明光源，其是否與太陽能結合使用，在設計上需要走不同的路線，并不是單獨作為一種光源來開發就能完成的。

功耗估算

1、靜態實像素（等間距與非等間距相同）：16*8實像素單一模組最大功耗 16*8*3*0.02=7.68 16——16個像素點寬；8——8個像素點高；3——每個像素點由三路電流；0.02——估算每一路電流的大小。

注： 2R1G1B實像素兩個紅色LED串聯在一塊只算一路電流。

2、靜態虛擬像素（等間距）2R1G1B：單一模組最大功耗 16*8*4*0.02=10.24 16——16個像素點寬；8——8個像素點高；4——每個像素點由4路電流；0.02——估算每一路電流的大小。

注： 2R1G1B虛擬像素兩個紅色LED分開每一燈管算一路電流。

3、 掃描實像（1R1G1B）或（2R1G1B）：以P10全彩四掃16*16模組為例 單一模組最大功 耗（16*16*3*0.02）/4=3.84 16——16個像素點寬；16——16個像素點高；3——每個像素點由3路電流；0.02——估算每 一路電流的大小；4——為1/4掃描。

注： 1R1G1B實像素四個LED燈管并聯算一路電流；掃描板每一電源估算使用率為80%。

驅動電流

1、 顯示效果： 由于LED基本上屬于電流敏感元件，其正向壓降的分散性很大，并且還與溫度有關，為了保證數碼管具有良好的亮度均勻度，就需要使其具有恒定的工作電流，且 不能受溫度及其它因素的影響。另外，當溫度變化時驅動晶片還要能夠自動調節輸出電流的大小以實現色差平衡溫度補償。

2、安全性： 即使是短時間的電流超載也可能對發光管造成永久性的損壞，采用恒流驅動電路后可防止由于電流故障所引起的數碼管的大面積損壞。 另外，我們所采用的超大型積體電路還具有級聯延時開關特性，可防止反向尖峰電壓對發光二極體的損害。超大型積體電路還具有熱保護功能，當任何一片的溫度超 過一定值時可自動關斷，并且可在控制室內看到故障顯示。

安裝步驟

第一步：在墻體上打孔，裝膨脹螺釘，再裝LED護欄燈，用自攻螺絲鎖住；護欄燈之間的距離根據客戶的要求而定；一般是1CM到3CM之間

第 二步：一般情況下為白色或紅色硅膠圈.然后將LED護欄燈的信號線、電源線對接起來，一定要對接緊密,然后把螺母扭緊. (最好外面再打上玻璃膠或黑色膠布繞一下,這樣對防水更有好處.)不要因為馬虎或難扭緊而沒有扭緊,造成進水,給后來維護帶來不少麻煩.信號線公司采用的 一般兩芯的小公母插頭；電源線是兩芯的大公母插；

第三步：根據變壓器的功率以及護欄燈的功率來計算每臺變壓器可 以帶多少條護欄燈；比如108燈的LED七彩護欄燈是10W/M；144燈的LED護欄燈是12W/M；若用400W的防水變壓器，則可以帶108燈 36M管；144燈的則帶32 M管。若變壓器可以帶36M管；變壓器則放在第18和19條中間，接兩條線出來，再接幾個分接口，每邊各帶18條。

引腳測量

找 公共共陰和公共共陽，首先，我們找個電源（3到5伏）和不同規格的電阻，VCC串接個電阻后和GND接在任意2個腳上，組合有很多，但總有一個LED會發 光的找到一個就夠了，然后用GND不動，VCC（串電阻）逐個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就共陰的了。相反用VCC不動，GND逐 個碰剩下的腳，如果有多個LED（一般是8個），那它就共陽的。也可以直接用數位萬用表，紅表筆是電源的正極，黑表筆是電源的負極。

故障檢修

不亮

產生此故障的原因可能有：

1）變壓器損壞、引線斷開或虛焊。若變壓器損壞，則予以更換或重新繞制；若引線斷開或虛焊，則應重新連接或重新焊接。

2）+5V 電源故障。應檢查顯示電路電源電壓及數碼管供電是否正常（正常時為5V直流電壓）。若兩者不正常則檢查7805三端穩壓器是否有5V電壓輸出。若三端穩壓 器有5V電壓輸出，則為電路板的連接線損壞，或未開爐或短路，若開路則應重新連接；若短路應清理短路點。若三端穩壓器沒有5V電壓輸出，則檢查 7805輸人端有無8V左右的電壓。若7805輸入端有8V電壓，則說明7805損壞。若7805輸入端沒有8V電壓，則檢查橋式整流電路有無8V左右電 壓輸出。若整端電路沒有8V電壓輸出，則檢查220V交流電源是否正常。若交流電源不正常，則應對交流電源進行檢查。若交流電源220V電壓正常，則在連 接線正常的情況下應為變壓器損壞，予以更換。

3）LED數碼管公共陽極（或公共陰極）上無+5V電壓。這種故障常常是由限流電阻發生虛焊或印制導線不通引起的。若無5V電壓，則按照前面所述檢查電源電壓的方法進行檢查；若限流電阻開路，則應予以更換；若為電路板虛焊或印制導線不通，則必須重新連接或焊接：

4）數碼管內部損壞，則應予以更換。

僅小數點亮

這一現象表明±5V電源正常，產生這種故障的原因可能有：

1）若A/D轉換器工作不正常，則應更換A/D轉換器。

2）若數碼管內部有故障，則應更換數碼管。

3）若A/D轉換器與數碼管之間的連線開路，則應重新連接或新焊接。

4）若A/D轉換器集成元器件損壞，則應更換集成元器件。

5）若A/D轉換器管腳接觸不良，則應必須重新焊接。

缺筆段

對 于A/D轉換器為7107的儀表，可檢查7107用于顯示輸出的各對應輸出腳與Ⅴ+（正電源腳）閘的電壓（即用萬用表的黑表筆接所對應的輸出腳，紅表筆接 電源供電正端電壓點），若始終為幾毫伏，則表明7107壞，應予以更換；如有4V 左右（數碼管管腳端為負），LED卻不亮，則表時7107輸出正常，接著可檢查數碼管的各自對應管腳與Ⅴ+之間的電壓（萬用表的黑表筆接所對應數碼管的管 腳，紅表筆接電源供電正端電壓點），若也有4V左右，則表明LED數碼管壞∵應更換該數碼管；若無電壓，則可能是7107管腳接觸不良，或從7107到數 碼管管腳之間的連接線路不通，應重新連接和重新焊接。若兩處電壓不同，則檢查電路板從7107到數碼管之間有沒有腐蝕或油污，若有，則必須清洗干凈并作好 絕緣處理工作；若沒有，則數碼管內部短路，必須予以更換。

亮度不足

產生這種故障的原因可能是：

1）LED數碼管使用時間太久，發光效率降低，可更換新的數碼管。

2）R9阻值太大，可重新更換或重新調整。

3）電路板漏電，與將電路板上的電容放電或清洗電路板，并經干燥處理后，再接線使用。

4） 若供電不足，檢查供電電路的連接電阻是否變值，若變值，則應予以更換；若穩壓器負載功率下降，則應予以更換；若濾波電容漏電，則應予以更換；若整流二極管 損壞，則應予以更換；若變壓器負載功率下降，則應予以更換；若常規檢查后仍然供電不足，則檢查所有負載電路中有無對地短路元件，若檢查出短路元件后，則應 予以更換。

5）A/D電路的輸出電壓不足，先檢查外圍電路有無對地短路元件，若有對地短路元件，則應予以更換；若檢查正常，則為A/D轉換集成電路損壞，應予以更換。

顯示溢出

（A/D 轉換器為7107時，顯示“1”或“－1”）或量程很小：這種現象多數是由于沒有基準電壓造成的。檢查時可將儀器的輸人端短接，若仍顯示 “1”，則應檢查7107的35、36腳之間的電壓。首先測量該儀表在30、31之間測量出滿量程電壓（也可以計算出）再取滿量值的1/2即為35、36 兩腳間的正常電壓值。若不正常， 則檢查上拉電阻和可調電阻是否變值（阻值變大）或虛焊？若變值，則予以更換；若虛焊， 則予以更換。

正值顯"－”

該顯示正值，卻顯示“－XXXX” 產生這種故障的原因可能是：

1）輸入信號接反，則應重新連接輸入信號。

2）連接電阻虛焊，可調電阻失效。可檢查7107的31（IN+）、30（IN －）管腳之間的電壓，其正常的電壓范圍約為0～2V（31腳為+端），若兩管腳間的電壓為負值，則應逐級往前檢查。若是連接電阻虛焊，則應重新進行焊接。若是可調電阻失效，則更換可調電阻。

3）檢查上拉電阻（與電源正端的電阻）是否正常，有無開路虛焊現象。若變值或開路，則應予以更換；若虛焊，則應重新焊接。

示值嚴重偏低

示 值嚴重偏低，調節量程電位器后示值也不升高，巳顯示頻繁閃動產生這種故障的原因很可能是：采樣周期過短，39、40腳之間的電阻數值不對，若為阻值不對， 則應重新調整阻值或更換相應的電阻。若7107（見圖1）的 38、39、40腳之間有短路或開路（電阻開路或電容短路），它們均都會使A/D轉換器的振蕩頻率升高，導致采樣速率過高，若出現這種現象，則應更換發生 故障的電容或電阻。

另外，基準電壓升高也會引起示值嚴重偏低，而基準電壓太高往往是由于分壓電路中的電阻或電位器虛焊、變值所引起的。特別是可調電位器最容易出現開路或變值，待檢查出有故障的電阻后，應予以更換。

始終顯示"1999”

始終顯示"1999”，且小數點顯示正常 產生這種故障的原囚可能是：

1）若+5V電源發生故障，則應按照前面所述檢查電源電路的方法進行檢查。

2）A/D轉換器損壞，則予以更換。

跳碼嚴重

產生這種故障的原因可能是：

1）若A/D轉換器壞，則應予更換。

2）若有干擾因素從輸人端引入，待查出干擾源后，若干擾源可以排除的，應予以排除；若干擾源無法排除的，應做到盡可能遠離干擾源并做好屏蔽工作。

3）采樣速率太高，則檢查7107的38、39、40腳之間有無短路或開路（電阻開路或電容短路）現象，相應處理方法可參考“示值嚴重偏低，調節量程電位器后示值也不太高，且顯示頻繁閃動”相應部分。

4） ±5V電源紋波大，往往還伴隨著電壓不足，數值不穩。若電源濾波電容失效，應予以更換；若整流二極管中某一二極管被擊穿，則應予以更換。

5）電路板之間存在漏電現象或線路之間有干擾現象。其主要原因是線路受潮或線路有導體雜質的存在，或者是維修后沒有做好絕緣處理，應重新清洗電路板并做好絕緣處理。

6）若輸入或基準線路及電源線路中有虛焊或某電子元器件功率降低，待檢查出故障元器件后，予以更換并重新焊接好各個焊點。

示值漂移大

產生這樣故障的原因可能是：

1）7107電路不佳，應予以更換。

2）7107發燙，可能是由于LED數碼管電流太大，可將限流電阻換大再進行測試。

3）基準電壓發生漂移大多是由于可調電阻失效或上（下）拉電阻功率降低或更換的電阻功率過低引起的。若發生這種情況，則應更換相應的電阻。