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(多图) 基于STM32单片机的DLP驱动电路的研究

陈春?? 朱向冰?? 朱骞?? 武汉?? 2013年05月13日 ?? 收藏0
Stm32是32位单片机,速度快,功能强,已被越来越多地应用于各类电子产品设计中,大功率RGB三色LED的体积小、重量轻、色彩饱和度好,已成为投影仪、背投电视等显示仪器首选的新型光源。为了得到结构更简单,携带更方便的仪器,本文在现有技术的基础上用stm32改进了DMD投影仪的驱动电路,用三色LED替代了传统DMD投影仪中的分立LED光源。与传统的DMD显示相比,该系统具有结构简单、体积小、重量轻、易于编程控制、成本低、节能环保等优点。

DLP投影技术是应用美国德州仪器公司开发的数字微镜元件--DMD(Digital Micromirror Device)作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程的技术。DLP显示的色彩清晰度高、艳丽、细腻、逼真,且为全数字显示即可靠性极高,能在各类产品(如大屏幕数字电视、公司/家庭/专业会议投影机和数码相机(DLP Cinema))中提供最佳图像效果。目前,大部分的家用或商用DLP投影机都采用了单片结构,使得其便于移动携带,因而得到越来越广泛的应用。在目前应用发展的基础上,又对其结构的精简性、携带的方便性提出了更高的要求。传统的DLP投影仪是通过DVI接口接收外部信号,并且经过信号转换传送给DLP控制器来控制DLP的显示,占用的空间较大,接收信号的模式较局限,难以整合到现有仪器设备中,如果能将现有仪器设备中的数字信号直接发给DLP,而不经过多次数据转换,则能减小体积和降低成本,并能将DLP方便的整合到仪表仪器中。

DLP投影仪使用三色LED作为光源,对LED的选择也至关重要,近年来由于RGB三色LLED在散热、可靠度、色彩饱和度以及能源效率上超越了其他发光器件,照明设计中对其的使用也越来越普遍。目前许多LED器件制造商都使用独立的红光、绿光和蓝光LED组合来提供所需的色彩,在应用上使用分立的LED封装存在一些缺点,例如为了符合封装结构所造成的空间浪费,以及使分离较远的光源取得有效色彩混合而需要的额外努力,因此需要一种整体封装的LED芯片来代替传统的独立光源,即单一封装内集成红光、绿光和蓝光LED芯片的产品,其中每一个LED芯片都可以独立控制,提供各种不同的色彩输出。

文中以DLP1700为例,从信号输入控制和显示的光源这两方面对传统的DLP投影系统进行改进,显示的光源方面采用大功率RGB三色LED替代传统的多颗单色LED,信号输人控制方面,取消传统的DVI接头、MSP430,用带有I2C功能的STM32单片机产生控制信号和图像信号直接控制DLP1700的控制器DLPC100,进而控制DLP1700的显示。该设计能使DLP显示仪硬件电路结构更加精简,电路控制更易于实现,能够方便的整合到各种仪器中。

1 信号输入控制

传统的数字微镜显示技术的信号输入端是由DVI接口提供图像信号和行场同步信号,由MSP430单片机对DLPC100进行基本的控制,且是通过I2C总线进行控制信号的传输,整个过程涉及的芯片较多,线路较复杂,本文设计中我们采用基于Cortex_M3内核的STM32系列单片机对信号输入部分进行改进,将Stm32发送的图像信号和行场同步信号传送给DLPC100,来控制DLP1700的显示和LED的驱动。因为STM32内部本身携带有I2C总线接口,即可代替传统的MSP430和I2C总线对DLPC100内部进行一系列的控制。具体的电路连接方框图如图1所示。


图1 停车输入电路被替代部分

2 显示光源

用整体封装的RGB三色LED代替传统的独立封装的多颗LED,与分立封装器件比较,这样的做法可以让光源更加紧凑,并且大幅度缩小每个独立光源间的距离。要取得良好的色彩混合,LED光源的最大间距不能超过5mm,三合一作法可以将这个距离缩小到只有1.5mm.在LED间距缩小后,有效进行色彩混合的所需区域也可以同时缩小。经过研究发现,这种整体封装的LED在散热方面也有着良好效率。

文中设计采用的是安华高科技有限公司的Moonstone系列3W RGB三色LED,该光源具有光强更高、体积更小的特点。RGB三色LED光源性能参数如表1,单片RGB三色LED光源可替代传统的卤钨灯和多颗单色LED光源,达到相同光效所用的空间面积只有普通白光LED的几分之一,是传统卤钨灯的几十分之一。


表1 RGB三色LED光源性能参数

利用光学设计软件进行照明系统设计,按照光源性能的参数对光源进行建模,RGB三色LED光源的模型如图2所示。图中三颗单色LED发光芯片的尺寸分别为0.8x0.8mm2,单色光源分别为1个蓝色发光芯片,1个绿色发光芯片和1个红色发光芯片,分布情况见图2.光源出射角度为120°,出射光按表1提供的参数进行设定。利用该光源设计投影仪、背投电视、大屏幕显示等的照明系统可以使结构简化、体积减小、操作方便。


图2 RGB三色LED的排列


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STM32? 单片机? DLP驱动? DLP1700?

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