基于STM32单片机的DLP驱动电路研究 数字, 可靠性, 光学, 开发

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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5 mm，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0.8x0.8 mm2，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
3 电路原理及整体电路图
传统的DLP1700显示系统电路图如图3所示，图中信号输入用到DVI接口、MSP430单片机、I2C总线，线路控制比较复杂;右边从DLPC100输出的RGB EN和RGB PWM信号控制LED驱动器进而控制多颗单色LED.改进后的系统电路如图4所示，由STM32单片机控制DLPC100并输入数据信号给DLPC100，继而驱动LED驱动器，当DLPC100对输入的信号数据进行如图5所示的数据格式转换、信号增强、DMD格式转换等处理后将信号传送给DMD芯片DLP1700，DMD芯片上的480x320个微镜在输入信号的控制下以一定的角度偏转，LED驱动器驱动三色LED为DLP显示提供光源，在屏幕上得到完美的图像显示。


图3 传统的DLP1700显示系统电路图


图4 改进后的DLP显示系统电路框图

图5 DLPC100对信号的转换

4 结论
以上通过对DLP1700显示的电路、光路系统进行改进设计，得到一个更为简洁直观的系统，用STM32系列单片机代替复杂的输入模块设计，由它接收处理数字信号并生成图像信号，输入结构简单、易于编程控制;用新型的整体封装的大功率RGB三色LED代替传统多颗单色LED，与传统的分立式LED封装比较，三合一封装解决方案不管是在色彩混合度或空间需求上都有更好的表现，并拥有良好的散热能力和可靠性，可以为工程应用开发带来更高的灵活度。改进后的DMD显示仪器携带方便、结构简单、体积小、节能环保并且可以方便的整合到各种设备中，使DLP仪器设备更好的发挥其优势，即轻便、可靠性高、容易操作控制等，为其更大规模的应用提供坚实有力的条件。