基于STM32單片機(jī)的DLP驅(qū)動(dòng)電路的研究

摘要：Stm32是32位單片機(jī)，速度快，功能強(qiáng)，已被越來(lái)越多的應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，大功率RGB三色LED的體積小、重量輕、色彩飽和度好，已成為投影儀、背投電視等顯示儀器首選的新型光源。為了得到結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，攜帶更方便的儀器，本文在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上用stm32改進(jìn)了DMD投影儀的驅(qū)動(dòng)電路，用三色LED替代了傳統(tǒng)DMD投影儀中的分立LED光源。與傳統(tǒng)的DMD顯示相比，該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、易于編程控制、成本低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：Stm32；RGB三色LED；DMD；驅(qū)動(dòng)電路

DLP投影技術(shù)是應(yīng)用美國(guó)德州儀器公司開(kāi)發(fā)的數(shù)字微鏡元件——DMD(Digital Micromirror Device)作為主要關(guān)鍵處理元件以實(shí)現(xiàn)數(shù)字光學(xué)處理過(guò)程的技術(shù)。DLP顯示的色彩清晰度高、艷麗、細(xì)膩、逼真，且為全數(shù)字顯示即可靠性極高，能在各類產(chǎn)品(如大屏幕數(shù)字電視、公司／家庭／專業(yè)會(huì)議投影機(jī)和數(shù)碼相機(jī)(DLP Cinema))中提供最佳圖像效果。目前，大部分的家用或商用DLP投影機(jī)都采用了單片結(jié)構(gòu)，使得其便于移動(dòng)攜帶，因而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在目前應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)上，又對(duì)其結(jié)構(gòu)的精簡(jiǎn)性、攜帶的方便性提出了更高的要求。傳統(tǒng)的DLP投影儀是通過(guò)DVI接口接收外部信號(hào)，并且經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換傳送給DLP控制器來(lái)控制DLP的顯示，占用的空間較大，接收信號(hào)的模式較局限，難以整合到現(xiàn)有儀器設(shè)備中，如果能將現(xiàn)有儀器設(shè)備中的數(shù)字信號(hào)直接發(fā)給DLP，而不經(jīng)過(guò)多次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，則能減小體積和降低成本，并能將DLP方便的整合到儀表儀器中。
DLP投影儀使用三色LED作為光源，對(duì)LED的選擇也至關(guān)重要，近年來(lái)由于RGB三色LLED在散熱、可靠度、色彩飽和度以及能源效率上超越了其他發(fā)光器件，照明設(shè)計(jì)中對(duì)其的使用也越來(lái)越普遍。目前許多LED器件制造商都使用獨(dú)立的紅光、綠光和藍(lán)光LED組合來(lái)提供所需的色彩，在應(yīng)用上使用分立的LED封裝存在一些缺點(diǎn)，例如為了符合封裝結(jié)構(gòu)所造成的空間浪費(fèi)，以及使分離較遠(yuǎn)的光源取得有效色彩混合而需要的額外努力，因此需要一種整體封裝的LED芯片來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的獨(dú)立光源，即單一封裝內(nèi)集成紅光、綠光和藍(lán)光LED芯片的產(chǎn)品，其中每一個(gè)LED芯片都可以獨(dú)立控制，提供各種不同的色彩輸出。
文中以DLP1700為例，從信號(hào)輸入控制和顯示的光源這兩方面對(duì)傳統(tǒng)的DLP投影系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，顯示的光源方面采用大功率RGB三色LED替代傳統(tǒng)的多顆單色LED，信號(hào)輸人控制方面，取消傳統(tǒng)的DVI接頭、MSP430，用帶有I2C功能的Stm32單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)和圖像信號(hào)直接控制DLP1700的控制器DLPC100，進(jìn)而控制DLP1700的顯示。該設(shè)計(jì)能使DLP顯示儀硬件電路結(jié)構(gòu)更加精簡(jiǎn)，電路控制更易于實(shí)現(xiàn)，能夠方便的整合到各種儀器中。

1 信號(hào)輸入控制
傳統(tǒng)的數(shù)字微鏡顯示技術(shù)的信號(hào)輸入端是由DVI接口提供圖像信號(hào)和行場(chǎng)同步信號(hào)，由MSP430單片機(jī)對(duì)DLPC100進(jìn)行基本的控制，且是通過(guò)I2C總線進(jìn)行控制信號(hào)的傳輸，整個(gè)過(guò)程涉及的芯片較多，線路較復(fù)雜，本文設(shè)計(jì)中我們采用基于Cortex_M3內(nèi)核的STM32系列單片機(jī)對(duì)信號(hào)輸入部分進(jìn)行改進(jìn)，將Stm32發(fā)送的圖像信號(hào)和行場(chǎng)同步信號(hào)傳送給DLPC100，來(lái)控制DLP1700的顯示和LED的驅(qū)動(dòng)。因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/STM32">STM32內(nèi)部本身攜帶有I2C總線接口，即可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MSP430和I2C總線對(duì)DLPC100內(nèi)部進(jìn)行一系列的控制。具體的電路連接方框圖如圖1所示。

2 顯示光源
用整體封裝的RGB三色LED代替?zhèn)鹘y(tǒng)的獨(dú)立封裝的多顆LED，與分立封裝器件比較，這樣的做法可以讓光源更加緊湊，并且大幅度縮小每個(gè)獨(dú)立光源間的距離。要取得良好的色彩混合，LED光源的最大間距不能超過(guò)5 mm，三合一作法可以將這個(gè)距離縮小到只有1．5mm。在LED間距縮小后，有效進(jìn)行色彩混合的所需區(qū)域也可以同時(shí)縮小。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，這種整體封裝的LED在散熱方面也有著良好效率。
文中設(shè)計(jì)采用的是安華高科技有限公司的Moonstone系列3W RGB三色LED，該光源具有光強(qiáng)更高、體積更小的特點(diǎn)。RGB三色LED光源性能參數(shù)如表1，單片RGB三色LED光源可替代傳統(tǒng)的鹵鎢燈和多顆單色LED光源，達(dá)到相同光效所用的空間面積只有普通白光LED的幾分之一，是傳統(tǒng)鹵鎢燈的幾十分之一。

利用光學(xué)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)，按照光源性能的參數(shù)對(duì)光源進(jìn)行建模，RGB三色LED光源的模型如圖2所示。圖中三顆單色LED發(fā)光芯片的尺寸分別為0.8x0.8 mm2，單色光源分別為1個(gè)藍(lán)色發(fā)光芯片，1個(gè)綠色發(fā)光芯片和1個(gè)紅色發(fā)光芯片，分布情況見(jiàn)圖2。光源出射角度為120°，出射光按表1提供的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。利用該光源設(shè)計(jì)投影儀、背投電視、大屏幕顯示等的照明系統(tǒng)可以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積減小、操作方便。