3D16 全彩光立方設(shè)計

沈希龍，王貴平，馬靖文，薛 清

（江蘇海洋大學(xué)理學(xué)院，連云港 222005）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，數(shù)字化的多媒體內(nèi)容將占據(jù)主流，新型的大屏幕顯示設(shè)備將代替?zhèn)鹘y(tǒng)顯示屏幕帶來新的視覺體驗。3D光立方大大區(qū)別于傳統(tǒng)二維顯示，能夠顯示一些復(fù)雜立體的圖像和動畫，畫面鮮艷，具有超強立體感。

1 方案設(shè)計

以前的全彩光立方采用的是74HC573驅(qū)動模塊，來實現(xiàn)圖像的移動，并且功能只是不同的燈珠同時顯示不同的顏色，并不能真正實現(xiàn)全彩顯示，于是我們采用ILI9341即液晶屏幕驅(qū)動模塊，控制紅綠藍(lán)三個色點的電壓，讓不同濃度的三色混合，就能形成所需要的各種顏色，可以控制燈珠調(diào)節(jié)出十余種色彩，做到單個燈珠全彩顯示。

2 硬件設(shè)計

硬件系統(tǒng)模塊組成主要包含主控芯片，顯示模塊，驅(qū)動模塊以及控制模塊。如圖1所示。

圖1 設(shè)計流程圖

2.1 主控芯片

為了增加芯片運行速度，我們采用stm32芯片，STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARMCortex-M3內(nèi)核。32芯片外設(shè)口多自身包含多個內(nèi)置時鐘，各個模塊之間互不占用，功能強大，提高了運算速度。

2.2 顯示模塊

本作品是16*16*16的光立方，共采用4096個全彩共陰LED燈珠，大量LED 燈珠聚集在一起間隔僅20mm，所以能夠?qū)崿F(xiàn)清晰的立體圖像顯示，增強了3D 視覺效果。

2.3 驅(qū)動模塊

取代了以往的74HC573 驅(qū)動芯片，我們創(chuàng)新性的采用ILI9341液晶芯片，將每一個燈珠看作一個像素點，把每一層展開，16 層變?yōu)?4*64 的點陣，就像顯示屏一樣。1L19341 支持8/9/16/18 位數(shù)據(jù)總線的MCU 接口，6/16/18 位數(shù)據(jù)總線的RGB接口，以及3/4線的SPI 接口。移動圖像區(qū)域可以通過窗口地址功能在內(nèi)部GRAMI 來指定。指定的窗口區(qū)域可以選擇性地更新，因此，可以在圖像區(qū)域同時獨立地顯示移動圖像。通過ILI9341控制每個LED 三個腳的輸入電壓可以實現(xiàn)多種顏色變換。

2.4 控制模塊

首先在電腦上面建立一個光立方3D 模型，然后通過仿真軟件可以進(jìn)行光立方圖像控制的仿真模擬，例如在首層作出一個圖案，進(jìn)行上下移動等圖像變換，并且輸出信號。這時光立方通過Wi-Fi 模塊連接網(wǎng)絡(luò)與電腦串口通信，接收到電腦的信號后可以根據(jù)信號進(jìn)行實時的圖像變換。

圖2 RGB接口控制

圖3 ILI9341原理圖

3 結(jié)束語

本光立方設(shè)計方案對于傳統(tǒng)光立方有極大創(chuàng)新：一是設(shè)計通過三基色的混合可以真正實現(xiàn)LED 燈的全彩顯示，從而使光立方的圖像顯示功能更加完善。二是作品可以通過無線傳輸來實現(xiàn)對光立方的即時控制，這個功能有很大的應(yīng)用價值，例如可以顯示一些簡單的3D 物體，對比在電腦上進(jìn)行仿真模擬更加直觀可視化。