基于TMS320DM643的投影仪颜色转换器的设计与分析

摘要:投影仪在人们学习、生活、工作中得到广泛使用,但是在使用一段时间后,其颜色效果就会出现问题,比如显示器上显示的是红色,但投到投影仪上却变成了其它色。“投影仪颜色转换器”就是通过软、硬件结合的方式来解决此问题的。本文主要涉及硬件部分,包括视频专用模/数转换器AD9883A电路、数/模转换器ADV7125电路、SDRAM位扩展电路和部分外围电路、制作高频PCB板的技巧。

关键词:投影仪颜色转换;TMS320DM643;AD9883A;ADV7125

中图分类号:TP37 文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)10-2472-03

Design and Analysis of Projector Color Conventor Based on TMS320DM643

CUI Li-mei1,2

(1.Kunming University of Science and Technology, College of Management and Economics, Kunming 650093, China; 2.Qujing Normal University, College of Computer and Engineer, Qujing 655011, China)

Abstract: Projector in people "s learn, live, work has been widely used, however, after a period of time in using,.Its color effect will be a problem. For example, the color shown in display is red, but which putted into the projector has turned out to other color. This problem can be carried out by" Projector color converter" which combinesthe hardware and software. This paper addresses the hardware part including video-specific analog/digital converter AD9883A Circuit, D/A converter ADV7125 Circuit, SDRAM-bit extensioned to the circuit, certain peripheral circuits, and fabrication of high-frequency PCB board skills

Key words: Projector color converter; TMS320DM643; AD9883A; ADV7125

现代人追求高品质生活,对图像显示效果要求较高。但使用投影仪投影时,投影对象的颜色往往和显示器显示的颜色相差较大。尤其是图像处理方面,比如,使用Photoshop做图像处理时,在显示器上调好的颜色到投影仪上往往达不到应有的效果。为使投影仪上投影的颜色和显示器显示的颜色基本一致,“投影仪颜色转换器”设计较为重要。投影仪颜色转换器涉及到DSP访问SDRAM技术,DSP与PC机串口通信技术和高频PCB板制做等三大核心技术。该文主要研究投影仪颜色转换器软硬件平台的设计与制作。

1 投影仪颜色转换器的设计

系统要完成的任务:对输出给投影仪的RGB信号做矩阵变换得到 ,以实现投影仪和显示效果达到一致。

1.1 设计方案的讨论与分析

方案一: 基于软件方式的设计

实现方式:获取计算机显存中给投影仪的数据并进行处理,然后把处理后的数据给VGA接口。但给投影仪的图像数据与显示器显示的图像数据共用同一显存;若改变显存中的数据,显示器上的显示图像也必然发生改变,因此达不到理想的结果。

方案二: 基于单片机系统的设计

实现方式:对VGA接口输出的RGB信号做A/D转换,然后单片机对RGB数字信号进行处理得到R"G"B"数字信号;再将R"G"B"进行D/A转换。分辨为1024×768、刷新率为75Hz时,每秒钟要处理79MB数据。但单片机的处理速度较慢,对于实时性要求较高的数字信号,单片机处理数据时会出现数据丢失现象,因此也达不到理想的结果。

方案三: 基于DSP为核心的处理设计

实现方式:系统包括软件部分和硬件部分。软件部分用于获取颜色匹配矩阵,然后将矩阵和相关设置信息通过PC串口发送给DSP。硬件部分:首先DSP将[0,0,0]~[255,255,255]之间的数据和PC发来的颜色匹配矩阵相乘,此结果存入到外扩的SDRAM中。然后DSP采集由AD9883A转换后的RGB数字信号,并做相应的地址变换,作为地址发送给SDRAM读出数据。最后SDRAM将数据传给ADV7125做D/A转换,得到R"G"B"模拟信号。

高性能DSP处理速度快、有丰富的I/O接口、可扩展大容量随机存储器。该系统中,利用DSP提供的丰富接口扩展外部存储器。考虑图像的数据流非常庞大,而且对速度要求也很高,因此此设计可实现预想结果。

1.2 投影仪颜色转换器设计系统结构图

整个系统分软件和硬件两部分,设计框图如图1所示。软件部分主要获取颜色匹配矩阵,然后通过串口发送给DSP。硬件部分包括:A/D转换电路、D/A转换电路、SDRAM电路和部分外围电路。

本设计选择的DSP芯片是TI公司的TMS320DM643-600,此芯片具有快速处理数据的能力;支持并行运算、流水线操作、译码和执行等操作可重叠执行等优点[1]。随着高性能 DSP芯片的不断推出,DSP 系统开发已经成为控制与实时处理领域发展的一个新热点。

VGA接口总共包括15个引脚,如图2所示[2]。1)红、绿、蓝三基色:即为RGB三基色颜色标准。2)行同步:显示器一般都是逐行扫描,行同步信号就是在扫描完一行就给显示器一个时钟信号,让显示器换行。3)场同步:通过该信号来控制显示器刷新频率。显示过程中这三种信号是最重要的,其他的地线主要是为了降低信号之间相互干扰而设置。

2 系统相关设计

2.1 系统A/D模块设计

从PC机VGA接口输出的数据量非常大。比如,1024×768分辨率,75HZ刷新频率数据量达到79MBPS,对于一般的A/D转换芯片无法达到这样的速率。本系统设计中A/D转换是采用ADI公司专用的VGA视频转换芯片AD9883A。AD9883A功耗低(500mW)、支持RGB三路同时转换、最大转换速率为140MBPS,300MHz模拟带宽,刷新频率为75Hz时分辨率最大可支持到1280×1024[3]。

2.2 SDRAM设计

SDRAM用来存储R"G"B"结果。DSP先将[0,0,0]~[255,255,255]与匹配矩阵的乘积存放在SDRAM中。当DSP采集到RGB的数字信号后,通过简单变换,把RGB数据当作SDRAM的地址,读出SDRAM中数据并给ADV7125做D/A转换。这样通过查表的方式提高响应速率。数据流读写速度要求在79MBPS以上,因此选取的内存芯片是MT48LC16M8A2TG。该芯片有8位位宽,4个逻辑bank,每个bank有4MB的Depth。因为RGB有三路数据,设计中采用位扩展的方式用3片SDRAM芯片将位宽扩为24bit。

2.3 系统D/A模块的设计

由于从DSP输出的视频显示数据是RGB数字信号,必须经过D/A转换器将RGB数字信号转换成VGA需要的RGB模拟信号,才可以通过VGA接口连接到显示器。本设计中采用的D/A转换器是由AD公司生产的ADV7125,此芯片是AD公司生产的主要应用于单片集成电路上的24位高速D/A转换器,主要针对高速色彩图形和视频系统领域。它由3个8位的高速视频D/A转换器组成,输入阻抗高,模拟视频输出[4]。

2.4 DSP模块的配置

DM643的EMIF接口提供64bit宽度的外总线数据接口,有最高1024M的寻址能力,它的时钟可选择为CPU时钟的四分频、六分频或者外部时钟输入。增加PDT信号支持外部设备到外部设备之间的传输;它支持与SDRAM进行无缝接口。

此系统中扩展了三片芯片,单片容量为128Mbit,芯片的型号是MT48LC16M8A2。设计中采用100MHZ的EMIFA时钟,每秒钟能完成大约800Mbit的数据传输,完全满足设计要求。DM643的EMIFA可灵活地设置SDRAM地址的结构参数。包括列地址数目(页的大小)、行地址数目(每个bank中页的数量)以及存储体的数量(打开的页面数量) [5-6]。

2.5 串口通信

本设计在实际应用中使用了9针 RS232标准串口。此系统采用专用异步串口通信芯片MAX3160,其电路原理图参照文献[7]。

2.6 其他外围电路

2.6.1 电源模块设计

稳定的电源是系统稳定正常的保证。本系统中含有3.3V和1.4V稳压电源,分别为DSP 的I/O供电和对它们的内核供电。因此系统的供电需要分块进行[8-9]。

DM643芯片的工作电压为3.3V和1.4V (600MHz )。其中,1.4V是为该器件的内核供电的电压,包括CPU和所有的外设逻辑。外部I/O仍然采用3.3V电压,这样可直接与外部低压器件接口。

考虑到供电电压的稳定性、功率输出、芯片之间的兼容性,我们选择TI公司生产的电源芯片TPS54310为DM643供电。TPS54310电源芯片的输出电压可以在0.9V-3.3V之间任意选择,电压输出由用户设计的滤波电路中电阻电容的排列和参数选择决定。

2.6.2 时钟电路设计

时钟电路的设计选用可编程时钟芯片电路。可编程时钟芯片电路由可编程时钟芯片、晶体和2个外部电容构成。有多个时钟输出,可产生特殊频率值,适用于多个时钟源的系统,驱动能力强,频宽最高可达200MHz,输出信号电平一般为 5V或3.3V。

此设计的系统中需要多个时钟输入,ADV7125采用EMIF采用100MHz,DM643 的主频采用50MHz的12倍频。而且对时钟质量要求很高,所以从时钟的质量和成本两方面折中考虑,设计中选取使用可编程时钟芯片的方法来设计时钟电路。选取的芯片为CY22381。

2.6.3 JTAG接口控制

JTAG (Joint Test Action Group)是一种国际标准测试协议,主要用于芯片内部测试。 JTAG接口也通常用于对芯片进行在线编程或进行仿真,现有的大多数DSP, FPGA等都支持JTAG协议。TMS320CDM643 提供的JTAG端口包含TMS、TDI、TDO、TCK、TRST、EMU0、EMU1信号[8]。

3 高速PCB板设计

本系统工作频率在100~133MHZ之间,整个系统设计完成后,PCB制作是一个非常关键的重要环节。

3.1 电源和地的设计

即使整个PCB 板中的布线完成得都很好,但由于电源、地线考虑不周而引起的干扰,会使产品的性能下降,甚至影响到产品的成功率。应尽可能地将电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证产品的质量[10-12]。

3.2 旁路电容和去耦电容应用

1)旁路电容的使用。 为使芯片电源更加稳定,消除电源波动,在PCB板上给芯片上的每个电源引脚都加一个0.1uF的小瓷片电容,起滤波作用。

2)电源输入端跨接一个47uF的电解电容器。因该板子以数字处理芯片为主,当电路从一个状态转换为另一种状态时,就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流,形成瞬变的噪声电压,用47uF的电容能很好的起滤波作用。

4 成果展示

本文所设计的投影仪颜色转换器如图3所示。通过各方面的测试发现,产品性能参数几乎都达到预想之目的。

5 结束语

本文对基于TMS320DM643投影仪颜色转换器的设计方案、内外部模块、TMS320DM643与PC机的串口通信、DSP的EMIF接口技术、SDRAM芯片访问技术、VGA转换芯片AD9883A和ADV7125的使用方法以及PCB板的制作技术进行了详尽的设计与分析,并利用此设计制作了投影仪颜色转换器,各性能参数与预想相差不大。

参考文献:

[1]Texas Instruments Incorporated.TMS320C6000系列DSP的CPU与外设[M].卞红雨,纪祥春,乔刚,译.北京: 清华大学出版社,2008.

[2] 广州宏控电子科技有限公司.模拟计算机信号接口(VGA接口和RGB接口)[EB/OL].(2006-7-19.).cn/qkpdf/dnjl/dnjl201010/dnjl20101074-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文 推荐访问： 投影仪 转换器 颜色 分析 设计