3d立方体显示器系统3dcubedisplaysystem(附件)【字数：16834】
摘 要摘 要自从半导体发光二极管问世以来，LED技术已经在多个领域大显身手。在日常生活中，LED也随处可见，无论是大型商业广告，还是交通信号灯，无一不是LED技术的体现。作为显示领域应用最为广泛的产品，LED不光在材料技术方面，在工艺性能方面也都优于同类照明材料和显示材料，目前，对半导体材料的研究仍在大步向前，相信在不远的将来，LED技术还可以在更多领域展现出它的优势。本论文全面的介绍了光立方的基本制作过程，主控制芯片采用51单片机STC12C5A60S2，将512个LED灯的阴极连接在一起，换而言之共阴极连接，并以74HC595做为单片机的I/O接口，以APM4953作为层面驱动，搭建一个8×8×8的立方体，我们利用单片机的时钟电路来控制LED灯，产生延迟亮灭效果，最终展现丰富多彩的3D画面。此外，具体介绍了光立方硬件选型和设计，硬件的制作和软件的设计，最后讲述了光立方的各方面的测试。本论文的主控芯片是STC12C5A60S2芯片，在硬件电路中，74HC595和74HC138分别构成列驱动和层驱动。用寄存器存储信息控制列和层的选通，从而控制灯的亮灭，再用Keil编写程序下载到单片机中实现动画显示。软件设计将整个程序模块化，剖析成一个个的小部分，逐个实现每个部分的功能，最终实现整个部分功能，减小出错率，增强稳定性。关键词: 光立方;LED; STC12C5A60S2; Keil;
目录
第一章绪论 1
1.1现代影像技术发展 1
1.2国内外研究现状及未来的趋势 1
1.3选题的目的和意义 5
1.4主要研究的内容 6
1.5小结 6
第二章系统总体方案设计 7
2.1 系统的工作原理 7
2.2 系统总体硬件方案选择 7
2.2.1 3D显示屏核心控制器 7
2.2.2 电源电路 8
2.2.3 I/O口扩展芯片 8
2.2.4 层面控制驱动电路 9
2.2.5 LED发光显示模块 9
2.3 小结 10
第三章系统硬件方案设计 11
3.1 硬件整体设计概述及功能分析 11
3.2 51系列单片机简介 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
12
3.2.1 单片机最小系统 12
3.2.2 时钟电路设计 12
3.2.3 复位电路设计 13
3.3 驱动电路设计 13
3.3.1 层驱动电路设计 13
3.3.2 列驱动电路设计 15
3.4 小结 19
第四章系统软件方案设计 20
4.1 光立方的制作及工作原理介绍 20
4.1.1 3D LED光立方的搭建 20
4.1.2 3D LED光立方工作原理 22
4.2 软件概述 23
4.3 主程序设计 23
4.4 显示程序设计 24
4.4.1 LED显示屏的数据传送 24
4.4.2 显示程序的设计 25
4.5 软件程序下载 26
4.6 软件中防止程序出错处理 26
4.7 小结 27
第五章系统测试 28
5.1硬件系统测试 28
5.2软件系统测试 29
5.3 系统测试结果与结论 30
5.3.1 测试结果分析 30
5.3.2 测试结论 30
5.4 本章小结 30
结论与展望 31
致谢 32
参考文献 33
附录1 主程序 35
附录2元器件清单 43
第一章 绪论
1.1 现代影像技术发展
在信息显示方面,人们最想达到的目的是“身临其境”,这由两方面组成,一个是高清晰度,另一个就是立体显示。当前的显示技术在高清晰度方面已日渐完善,但在立体显示方面仍然有很大的发展空间[1]。到目前为止，关于立体显示共有三种技术，分别是视差与立体显示、体积型立体显示方式和电子全息立体显示。
这些技术现在已经逐渐在医学影像、游戏、广告等领域得到应用[2]。这些立体显示的原理都和物理中几何光学和波动光学的基本原理相关，如果在实验教学中引入这些显示技术，甚至应用这些技术立体显示教学内容，必将活跃课堂气氛，使课堂焕然一新。需要引起重视的是，虽然根据视差原理开发的立体显示技术已经相对成熟[3]，但是这些显示技术通常会引起视觉疲劳，不适合长期观看，并且有多方面的限制，例如观看角度、范围等，所以为了得到真实自然的显示方式，并且适合多人同时观看，体积型和电子全息方式的立体显示方式将是较有前途的发展方向[4]。
1.2 国内外研究现状及未来的趋势
3D立方体显示器系统已经被广泛地应用于诸多领域，相比于旧时代的显示设备，这种需求量不小的LED大屏幕显示技术成为大家口中炽热的话题[5]。不仅可以用于室内环境美化还可以运用在户外媒体信息传播，具有电视显示屏、投影仪等无与伦比的优点[6]。而且大屏显示技术的显示场景，色彩，立体感都给人带来强大的视觉震撼，在我们的生活中这样的显示技术随处可见。文献中也提到，置身于新时代中，随着社会科学技术的快速发展，LED显示屏技术也在持续地更新自己，并在众多领域中得到更广泛地应用[7]。
（1）国内研究现状?
自90年代以来，我国LED显示屏规模发展迅速、产品不断更新，持续凭借着相当高端的技术在该领域占优势[8]。在LED显示屏控制专用大规模集成电路领域，国内企业也得到了较好的开发、生产及实际应用。近几年，国内的东部、北部和南部地区，LED广告大屏幕制造厂商相对密集，国内市场几近被这样的大型制造商的市场领域笼罩[9]。国产LED广告大屏幕有着相对领先的性价比，几乎在市场里随处可见。经过几年的完善，在LED显示屏产业领域，好多“挑大梁”的企业如雨后春笋般层出不穷[10]。国内的LED显示屏产业不光发展了规模，而且产品技术也一直吐故纳新，持续保持相对前卫的技术。我国电子信息产业的核心慢慢变成了LED显示屏产业，它也成为平板显示领域重要的驻足国内形成的民族高科技产业[11]。如图11所示，第一次应用“发光树”是在2009年国庆60周年晚会上。“光立方”与奥运会开幕式的“人体字模”是相异的，字模的表演具有段落性，就是一个片段表演结束就收场，但“光立方”表演是从头到尾贯彻整个晚会每个章节[12]。此外，“光立方”表演的占地面积很大，高达九千平方米，其按照晚会每个时段、每段章节的主旨，协同烟火和联欢演出，改变不同的图形和色彩，给观众带来极为丰富的视觉震撼，像这样大型的表演形式和表演群体也得到了很大的突破[13]。
我们可以看到文献[6]简单讲述了我国LED显示屏产业的大概情况，历经这么多年的不断改善，我国LED 显示屏产业已经有了一定的初步运行状态，并且好多企业都具有一定的占优势的规模[14]。1998年，差不多有55家基本成型的单位，几乎占据了国际市场上代表性很强并感染力较大的LED显示屏行业的核心企业。据行业协会统计，放眼1998年之后，我国LED显示屏行业呈现不断前进的状态，不光在技术上有所进步，其规模也是持续扩大[15]。
目录
第一章绪论 1
1.1现代影像技术发展 1
1.2国内外研究现状及未来的趋势 1
1.3选题的目的和意义 5
1.4主要研究的内容 6
1.5小结 6
第二章系统总体方案设计 7
2.1 系统的工作原理 7
2.2 系统总体硬件方案选择 7
2.2.1 3D显示屏核心控制器 7
2.2.2 电源电路 8
2.2.3 I/O口扩展芯片 8
2.2.4 层面控制驱动电路 9
2.2.5 LED发光显示模块 9
2.3 小结 10
第三章系统硬件方案设计 11
3.1 硬件整体设计概述及功能分析 11
3.2 51系列单片机简介 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
12
3.2.1 单片机最小系统 12
3.2.2 时钟电路设计 12
3.2.3 复位电路设计 13
3.3 驱动电路设计 13
3.3.1 层驱动电路设计 13
3.3.2 列驱动电路设计 15
3.4 小结 19
第四章系统软件方案设计 20
4.1 光立方的制作及工作原理介绍 20
4.1.1 3D LED光立方的搭建 20
4.1.2 3D LED光立方工作原理 22
4.2 软件概述 23
4.3 主程序设计 23
4.4 显示程序设计 24
4.4.1 LED显示屏的数据传送 24
4.4.2 显示程序的设计 25
4.5 软件程序下载 26
4.6 软件中防止程序出错处理 26
4.7 小结 27
第五章系统测试 28
5.1硬件系统测试 28
5.2软件系统测试 29
5.3 系统测试结果与结论 30
5.3.1 测试结果分析 30
5.3.2 测试结论 30
5.4 本章小结 30
结论与展望 31
致谢 32
参考文献 33
附录1 主程序 35
附录2元器件清单 43
第一章 绪论
1.1 现代影像技术发展
在信息显示方面,人们最想达到的目的是“身临其境”,这由两方面组成,一个是高清晰度,另一个就是立体显示。当前的显示技术在高清晰度方面已日渐完善,但在立体显示方面仍然有很大的发展空间[1]。到目前为止，关于立体显示共有三种技术，分别是视差与立体显示、体积型立体显示方式和电子全息立体显示。
这些技术现在已经逐渐在医学影像、游戏、广告等领域得到应用[2]。这些立体显示的原理都和物理中几何光学和波动光学的基本原理相关，如果在实验教学中引入这些显示技术，甚至应用这些技术立体显示教学内容，必将活跃课堂气氛，使课堂焕然一新。需要引起重视的是，虽然根据视差原理开发的立体显示技术已经相对成熟[3]，但是这些显示技术通常会引起视觉疲劳，不适合长期观看，并且有多方面的限制，例如观看角度、范围等，所以为了得到真实自然的显示方式，并且适合多人同时观看，体积型和电子全息方式的立体显示方式将是较有前途的发展方向[4]。
1.2 国内外研究现状及未来的趋势
3D立方体显示器系统已经被广泛地应用于诸多领域，相比于旧时代的显示设备，这种需求量不小的LED大屏幕显示技术成为大家口中炽热的话题[5]。不仅可以用于室内环境美化还可以运用在户外媒体信息传播，具有电视显示屏、投影仪等无与伦比的优点[6]。而且大屏显示技术的显示场景，色彩，立体感都给人带来强大的视觉震撼，在我们的生活中这样的显示技术随处可见。文献中也提到，置身于新时代中，随着社会科学技术的快速发展，LED显示屏技术也在持续地更新自己，并在众多领域中得到更广泛地应用[7]。
（1）国内研究现状?
自90年代以来，我国LED显示屏规模发展迅速、产品不断更新，持续凭借着相当高端的技术在该领域占优势[8]。在LED显示屏控制专用大规模集成电路领域，国内企业也得到了较好的开发、生产及实际应用。近几年，国内的东部、北部和南部地区，LED广告大屏幕制造厂商相对密集，国内市场几近被这样的大型制造商的市场领域笼罩[9]。国产LED广告大屏幕有着相对领先的性价比，几乎在市场里随处可见。经过几年的完善，在LED显示屏产业领域，好多“挑大梁”的企业如雨后春笋般层出不穷[10]。国内的LED显示屏产业不光发展了规模，而且产品技术也一直吐故纳新，持续保持相对前卫的技术。我国电子信息产业的核心慢慢变成了LED显示屏产业，它也成为平板显示领域重要的驻足国内形成的民族高科技产业[11]。如图11所示，第一次应用“发光树”是在2009年国庆60周年晚会上。“光立方”与奥运会开幕式的“人体字模”是相异的，字模的表演具有段落性，就是一个片段表演结束就收场，但“光立方”表演是从头到尾贯彻整个晚会每个章节[12]。此外，“光立方”表演的占地面积很大，高达九千平方米，其按照晚会每个时段、每段章节的主旨，协同烟火和联欢演出，改变不同的图形和色彩，给观众带来极为丰富的视觉震撼，像这样大型的表演形式和表演群体也得到了很大的突破[13]。
我们可以看到文献[6]简单讲述了我国LED显示屏产业的大概情况，历经这么多年的不断改善，我国LED 显示屏产业已经有了一定的初步运行状态，并且好多企业都具有一定的占优势的规模[14]。1998年，差不多有55家基本成型的单位，几乎占据了国际市场上代表性很强并感染力较大的LED显示屏行业的核心企业。据行业协会统计，放眼1998年之后，我国LED显示屏行业呈现不断前进的状态，不光在技术上有所进步，其规模也是持续扩大[15]。
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