CN103117733A - 一种数字微镜器件驱动波形发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字微镜器件驱动波形发生器，该发生器包括PC机、数字微镜驱动器及电压转换器，通过USB实现PC机与数字微镜驱动器的通信，进行参数的编辑与输入；将触摸屏作为人机交互的界面，控制和操作方便简单；通过32位的并行通信，ARM将波形的参数信息传递给FPGA，进而产生原始的驱动波形；经过电压转换器的升压，驱动电压的高电平可以升高到15V-200V，调节方便简单，同时将负载电流反馈给ARM，实现自动调整。本发明解决了当前数字微镜器件驱动波形发生电路单一的问题，通过本发明可以在不改变驱动电路的情况下，通过改变参数，调节电源得到波形多变，电压可调，自动调整的数字微镜驱动波形。

Description

一种数字微镜器件驱动波形发生器

技术领域

本发明涉及显示图像的数字微镜器件驱动开发领域，尤其是一种任意可调的数字微镜驱动波形发生器。

背景技术

目前最新的投影技术中，基于DLP（数字光处理）的投影系统竞争力最强，主要是因为其体积小，结构紧凑，重量轻，同时显示的图像色彩丰富，亮度高，对比度高，清晰度好。

数字微镜器件由美国TI公司的Larry Hornbeck博士在1977年开始研究，并一直被发展和完善。数字微镜器件主要应用于投影系统中，但近几年TI公司致力于挖掘和扩大其应用，比如立体显示、平板印刷、微显示及宽光谱应用等。

数字微镜器件在DLP投影系统中采用光调制的方法产生图像，一个单片式的DLP由三部分组成：一个带有数字微镜器件的主板（用于处理视频信息和驱动数字微镜器件）；光源控制器和高压汞灯（组成投影系统的光源）；光路系统（用于引导光线）。其中，在数字微镜器件上有成千上万个结构一致的可以反光的微镜，每个微镜只有“开”和“关”两个状态，可以通过驱动波形来控制每个微镜的开关状态。

当DLP系统开始工作时，高压汞灯发出高强度的白光，照射在高速转动的光源控制器上，由于光源控制器的特殊性（将圆周进行分段，每一段只允许三基色中的一种颜色的光通过），透过光源控制器的光会按照色段的顺序规律变化。透过光源控制器的光线经过光路系统的引导照射到数字微镜上，那些处于“开”的状态的微镜会将光线反射出去并投射在屏幕上，处于“关”的状态的微镜在屏幕上显示黑，这样就有了图像，由于光源控制器的高速旋转，人眼难以识别，看到的只是三基色的合成图像。

在显示的过程中，主要是通过控制微镜的“开”“关”时间来体现图像的灰度变化。微镜的“开”“关”可以通过二进制的数字脉冲进行控制，微镜的开关时间决定了灰度值的大小，开启时间长，关闭时间短产生的灰度像素就浅，反之开启时间短关闭时间长，产生的灰度像素就深，因此通过改变控制脉冲可以产生灰度图像。

在整个系统中，控制微镜的“开”“关”状态有着很重要的作用，能否精确控制微镜的“开”“关”状态以及“开”“关”时间，会对图像的正确与否，灰度呈现有很大影响，势必影响人眼的视觉效果。在实际控制中，微镜的翻转速度可以达到上千次每秒，每个微镜的“开”“关”状态各不相同，另一方面，微镜由于自身材料结构以及物理特性，会对控制信号提出特别的要求，比如开启的反应时间，最佳驱动电压和最优驱动波形等等，这些客观因素都给数字微镜的驱动波形提出了严格的要求，针对不同的产品就需要不同的驱动波形，而现在并不存在普适的驱动波形发生器，如果因此而修改驱动电路，势必是一件耗费精力又浪费金钱的事情。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种数字微镜器件驱动波形发生器，通过该发生器可以产生波形任意、电平可调、自动调整的驱动波形，普适性强，经触摸屏和PC机即可实现设置和控制，使得驱动波形的产生变得多样、方便而且灵活，大大提高了工作效率和工作质量。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种数字微镜器件驱动波形发生器，特点是该发生器包括：PC机、数字微镜驱动器及电压转换器，数字微镜驱动器分别连接PC机及电压转换器，其中：

PC机：通过USB与数字微镜驱动器连接，用于数字微镜器件驱动参数的编辑和输入；

数字微镜驱动器：由微处理器ARM、动态随机存储器SDRAM、FLASH、可编程逻辑器件FPGA、两片动态随机存储器DDR2、触摸屏TFT以及光源控制器组成，其中： 

a）微处理器ARM用于与PC机及FPGA之间通信，处理电流反馈信息，控制光源控制器以及触摸屏；

b）动态随机存储器SDRAM用于微处理器ARM在工作时，临时存放数据；

c）FLASH用于存放主程序；

d）触摸屏TFT用于菜单的显示以及控制操作；

e）可编程逻辑器件FPGA用于产生数字微镜的目标驱动波形；

f）两片动态随机存储器DDR2用于临时存放复杂的驱动波形信息；

电压转换器：用于电压转换和电流反馈，将可编程逻辑器件FPGA产生的幅值为3.3V的原始驱动信号转换成调节范围为30-60V的驱动信号，同时将负载电流反馈给数字微镜驱动器上的微处理器ARM。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

⑴、简单方便，易操作，可以通过PC编辑和输入驱动参数，以触摸屏作为人机交互界面，简单明了，操作方便；

⑵、采用FPGA作为波形发生器，精度高，可变性强，同步性好。外接电压转换器，驱动电压调节范围广，驱动能力强，避免了针对不同数字微镜修改驱动器，是一款普适性强的驱动波形发生器；

⑶、对负载电流进行实时监控，进而自动调整驱动波形，得到最优驱动电压，避免电流过大。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明数字微镜驱动器的结构框图；

图3为本发明数字微镜驱动器驱动的数字微镜工作状态示意图；

图4为本发明微处理器ARM控制流程图；

图5为本发明FPGA工作流程图；

图6为本发明产生的一种驱动波形图。

具体实施方式

参阅图1，本发明由PC机，数字微镜驱动器，电压转换器三部分构成。PC机通过USB与数字微镜驱动器实现通信，可以在PC机上实现波形的编辑、参数的设定与修改；数字微镜驱动器产生的原始驱动信号传递到电压转换器，同时电压转换器将负载电流反馈给数字微镜驱动器；电压转换器的电压由外部电源直接供给，大小可以通过电源调节，调节范围为30V-60V。

参阅图2，本发明的数字微镜驱动器包括ARM（微处理器，型号S3C2440）、FPGA（可编程逻辑器件，型号EP3C16F484C6N）、TFT触摸屏、SDRAM（动态随机存储器）、FLASH、DDR2（动态随机存储器）以及光源控制器。

ARM实现以下功能：

a）与PC机通过USB进行通信，实现相关参数的传递；

b）检测并驱动光源控制器；

c）控制触摸屏，作为人机交互界面，显示操作菜单并实现控制；

d）与FPGA进行通信，将从PC机接收到的驱动波形的相关信息传递给FPGA，采用并行通信的方式，大大提高通信的效率； 

e）接收电压转换器的电流反馈信息，并进行分析，进而实现波形自动调整。

FPGA用于产生驱动波形，产生的波形精确度高，同步性好，可变性强。并且，利用DDR2可以方便产生复杂的驱动波形。

参阅图3，本发明数字微镜驱动器驱动的数字微镜有三个电极，控制需要三个信号：                                               

、

、

。其中

是偏置电压，

和 

是驱动电压。通过改变这三种信号，可以改变数字微镜的“开”“关”状态以及“开”“关”时间。其中控制数字微镜处于“开”的状态的电平为

；控制数字微镜处于“关”的状态的电平为

；压差越高，数字微镜的偏转角度越大。当数字微镜处于“开”的状态时，

为高电平，数字微镜左边吸合，光源的光经过镜面反射，正好进入透镜，进而被投射，在屏幕上呈现出亮；当处于“关”的状态时，

为高电平，微镜右边吸合，光线不被投射，在屏幕上呈现出黑。不同的数字微镜，承受电压的能力不同，最佳工作电压不同，对驱动电压的要求不同。

参阅图4，图4是本发明ARM的控制流程图。上电之后，ARM微处理器首先执行初始化程序，包括人机界面的初始化和数字微镜的初始化；接着启动光源控制器，并对其进行检测，如果工作正常则进入稳定工作状态，否则关闭光源；系统稳定工作期间，经历以下几个过程：

a）检测人机界面是否有输入，有则执行相关操作；

b）检测负载电流是否正常，如果不正常则调整波形参数；

c）检测光源工作是否正常，如果不正常则关闭光源。

参阅图5，图5为本发明FPGA的工作流程图。上电之后，首先进行初始化，置数字微镜为“关”的状态，接着进入工作状态，工作状态主要包括以下两个过程：

a）检测ARM是否有指令或参数传输，有则对指令进行判断并执行；

b）参数装载，对于复杂的参数，结合DDR2进行参数的存储以及处理。 

参阅图6，图6为本发明实现的一种驱动波形。FPGA的输出幅度为3.3V的驱动信号，、

、

分别通过三个IO口得到，其中t₁和t₂可以通过编程进行改变，t₁的大小可以达到纳秒级。电源转换器对驱动信号进行升压，由于、

、

三个电极的电源是独立的，可以提供不同的电压，图6中的幅值分别为30V、15V、30V。根据数字微镜工作的原理，

，，可以得到最终的驱动信号的波形。

至此，在整个设置中，无需进行电路的改变，只需进行参数的设定和电源的调节，即可得到波形多变，电压可调，自动调整的数字微镜驱动波形。

Claims (1)

1.一种数字微镜器件驱动波形发生器，其特征在于该发生器包括：PC机、数字微镜驱动器及电压转换器，数字微镜驱动器分别连接PC机及电压转换器，其中：

PC机：通过USB与数字微镜驱动器连接，用于数字微镜器件驱动参数的编辑和输入；

数字微镜驱动器：由微处理器ARM、动态随机存储器SDRAM、FLASH、可编程逻辑器件FPGA、两片动态随机存储器DDR2、触摸屏TFT以及光源控制器组成，其中： 

a）微处理器ARM用于与PC机及FPGA之间通信，处理电流反馈信息，控制光源控制器以及触摸屏；

b）动态随机存储器SDRAM用于微处理器ARM在工作时，临时存放数据；

c）FLASH用于存放主程序；

d）触摸屏TFT用于菜单的显示以及控制操作；

e）可编程逻辑器件FPGA用于产生数字微镜的目标驱动波形；

f）两片动态随机存储器DDR2用于临时存放复杂的驱动波形信息；

电压转换器：用于电压转换和电流反馈，将可编程逻辑器件FPGA产生的幅值为3.3V的原始驱动信号转换成调节范围为30-60V的驱动信号，同时将负载电流反馈给数字微镜驱动器上的微处理器ARM。

Images