基于MSP430G2303的TV背光3D红外信号发射的方案

液晶(LCD)电视机在家电消费市场已经全面普及，因为 LCD 显示需要背光，而传统的 CCFL 背光已经逐渐被 LED 背光替代。在 LED 背光方案中，常常需要一个 MCU 来控制 LED Driver。同时，因为 3D 电视的市场占有率越来越高，在 3D 电视中，也需要使用一个 MCU 来发射 3D 眼镜同步信号。

本文介绍了一种基于 MSP430G2303 单片机实现 3D TV 的背光扫描和 3D 红外信号发射的解决方案。该方案采用一颗高性价比的 MCU 实现了 3D TV 背光扫描和红外发射功能，具有成本低，性能可靠的特点。

1. 简介

快门式的 3D 电视需要发射左、右眼的同步信号给眼镜，眼镜根据这个信号来控制左右眼的开关，从而实现 3D 显示。同时，为了获得更好的 3D 效果，主机会按照左右眼的同步信号，调节显示器的背光，即 3D Scanning 背光扫描。

通常应用中会用一个 MCU 来处理 3D 红外信号发射，用另一个 MCU 实现背光扫描。本文介绍了一种使用一个 MCU 实现 3D 红外信号发射和背光扫描的方法。采用 TI 公司的高性能，低成本的 MSP430G 系列 MCU 可以很方便实现这两个功能。

2. 原理框图

2.1 功能框图

基于 MSP430G2303 MCU 设计 TV 背光、3D 红外发射二合一功能控制器的系统框图如下:

? 配置内部数字振荡器(DCO)工作在 8MHz 最高主频，为 MCLK，ACLK 分别提供 8MHz 的时钟源；

? 配置 USCI_A 工作在从 I2C 模式，接收上位机发过来的参数数据；
? MCU 检测 GPIO 的上升、下降沿中断，并根据 TV 模式设置背光 PWM输出；
? TIMER_A0 的 CCP1，CCP2 用来分别实现 3D 模式下的 8 通道的 PWM 背光输出控制；
? TIMER_A0 的 CCP0 实现红外编码处理；
? TIMER_A1 实现 20kHz 的红外载波频率输出。

2.2 引脚分配框图

在本应用中，MSP430G2303 的管脚分配如下图所示。

其中：
- P1.0-P1.5, P2.0-P2.1 用作 8 路 PWM 输出，控制 LED 背光；
- P2.2 用作红外发射控制管脚，控制 3D 红外信号发射；
- P2.3 用来接收 3D 信号的 R/L 信号；
- P2.4 用来接收 2D 模式下的 PWM 输入；
- P2.5 用来接收主机的 2D/3D 模式切换；
- P1.6、P1.7 用作 I2C 总线 SDA 和 SCL，接收主机发送的命令和参数。

2.3 原理图

设计原理图如下图所示：

2.4 系统框图及优势

目前，大多数的 LCD 电视厂家采用主板+电源板的系统架构。主板负责处理电视信号，电源板负责管理系统电源以及 LCD 背光驱动。

支持 3D 模式的电视机上，电源板上采用一个 MCU1 来处理 3D Scanning 模式的背光扫描，在主板上使用一个 MCU2 控制 3D 眼睛的红外信号发射。如图4 所示。这种架构的方案有如下几个缺点:

1. 由于不同的 LCD 显示屏对背光扫描的参数不一样，所以位于电源板上的MCU1 要根据不同的 LCD 显示屏配置不同的参数， 生产和管理很不方便；

   2. 不同的电视尺寸背光的通道数是不一样的，同一个 MCU 的软件很难支持各种规格的电视；

   3. 背光 MCU 的 SYNC 信号和主芯片发送给主板上的 MCU 的 L/R 信号存在一定相差，容易造成 3D 眼睛和背光不同步。

TI 的二合一方案，利用一个 MCU 处理 3D 电视的背光和 3D 眼睛的红外信号，系统框图如图 5 所示。本方案的优势如下:

1. 该方案采用一个 MCU，只需要一套软件；便于软件开发和管理；
2. 在主芯片和 MCU 之间增加了 I2C 接口进行通信，所有的参数都可以通过该接口传给 MCU；
3. 使用同一套软件不同的屏参和 LED 背光通道数的控制，方便生产和物料管理。

3. 设计原理

3.1 2D 模式下的背光控制

在 2D 模式下，MCU 控制 8-CH 的背光输出跟随 PWMIN 的信号。本应用中，采用 P2.4 引脚作为 2D 模式下的 PWM_IN 的输入引脚，P2.4 被设计成上升/下降沿触发中断，在中断处理函数中，CPU 根据 PWM_IN 的信号设置 8 个通道的 PWM 输出电平。背光输出波形如下图所示：

由于采用的管脚中断触发 PWM 输出，所以 PWM 的输出精度受到中断处理的影响，会带来 10~20uS 的延时误差。

3.2 3D 模式下的背光控制

3.2.1 需求分析

在 3D 模式下，MCU 接收从 LCD 显示屏发出的 R/L 信号，并根据设置好的Phase 和 Duty 参数，分别输出 8 路 PWM 控制信号驱动 LED Driver 点亮背光。为了适应各种屏的需要，8 路 PWM 信号的 Phase 和 Duty 可以由主机通过 I2C总线设置。具体的命令参见本文的“4. 命令字”章节。

3D 模式下的背光控制输出和 R/L 信号的波形图，如下图所示：

由于 MCU 采用 GPIO 的中断触发方式检测 R/L 信号，每个通道的处理是通过 TIMER 中断触发，所以在实际操作中会带来一定的延时误差。实际测试的误差在 20uS 以内。

由于中断处理需要占用 CPU 一定的处理