基于STM32的DMD投影仪的驱动电路的设计

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。


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。

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。

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。