3D16 全彩光立方设计

沈希龙，王贵平，马靖文，薛 清

（江苏海洋大学理学院，连云港 222005）

0 引言

随着互联网的发展，数字化的多媒体内容将占据主流，新型的大屏幕显示设备将代替传统显示屏幕带来新的视觉体验。3D光立方大大区别于传统二维显示，能够显示一些复杂立体的图像和动画，画面鲜艳，具有超强立体感。

1 方案设计

以前的全彩光立方采用的是74HC573驱动模块，来实现图像的移动，并且功能只是不同的灯珠同时显示不同的颜色，并不能真正实现全彩显示，于是我们采用ILI9341即液晶屏幕驱动模块，控制红绿蓝三个色点的电压，让不同浓度的三色混合，就能形成所需要的各种颜色，可以控制灯珠调节出十余种色彩，做到单个灯珠全彩显示。

2 硬件设计

硬件系统模块组成主要包含主控芯片，显示模块，驱动模块以及控制模块。如图1所示。

图1 设计流程图

2.1 主控芯片

为了增加芯片运行速度，我们采用stm32芯片，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。32芯片外设口多自身包含多个内置时钟，各个模块之间互不占用，功能强大，提高了运算速度。

2.2 显示模块

本作品是16*16*16的光立方，共采用4096个全彩共阴LED灯珠，大量LED 灯珠聚集在一起间隔仅20mm，所以能够实现清晰的立体图像显示，增强了3D 视觉效果。

2.3 驱动模块

取代了以往的74HC573 驱动芯片，我们创新性的采用ILI9341液晶芯片，将每一个灯珠看作一个像素点，把每一层展开，16 层变为64*64 的点阵，就像显示屏一样。1L19341 支持8/9/16/18 位数据总线的MCU 接口，6/16/18 位数据总线的RGB接口，以及3/4线的SPI 接口。移动图像区域可以通过窗口地址功能在内部GRAMI 来指定。指定的窗口区域可以选择性地更新，因此，可以在图像区域同时独立地显示移动图像。通过ILI9341控制每个LED 三个脚的输入电压可以实现多种颜色变换。

2.4 控制模块

首先在电脑上面建立一个光立方3D 模型，然后通过仿真软件可以进行光立方图像控制的仿真模拟，例如在首层作出一个图案，进行上下移动等图像变换，并且输出信号。这时光立方通过Wi-Fi 模块连接网络与电脑串口通信，接收到电脑的信号后可以根据信号进行实时的图像变换。

图2 RGB接口控制

图3 ILI9341原理图

3 结束语

本光立方设计方案对于传统光立方有极大创新：一是设计通过三基色的混合可以真正实现LED 灯的全彩显示，从而使光立方的图像显示功能更加完善。二是作品可以通过无线传输来实现对光立方的即时控制，这个功能有很大的应用价值，例如可以显示一些简单的3D 物体，对比在电脑上进行仿真模拟更加直观可视化。