基于LPC3250的微型投影系统设计与实现-中国期刊网

基于LPC3250的微型投影系统设计与实现

尚辉辉，李春茂

（华南理工大学电力学院，广东广州510640）

摘要：本系统以高性能ARM9处理器LPC3250为核心，HX88xx为LCOS驱动芯片，HX70xx为LCOS模块，LQ035Q1DG01为LCD模块，建立μC/OS-II嵌入式实时操作系统，通过红外控制实现系统在投影仪和LCD之间切换。本文重点阐述了系统主要接口硬件电路的设计和系统软件的实现。实现了寿命长、成本低、可靠性高的便携式微型投影系统的设计。

关键词：LPC3250；μC/OS-II操作系统；LCOS；LCD；微型投影系统

中图分类号：TH741.5文献标识码：A文章编号：1007-9599(2010)04-0000-03

Design&ImplementofMicro-projectionSystemBasedonLPC3250

ShangHuihui,LiChunmao

(SouthChinaTechnologyUniversity,ElectronicPowerCllege,Guangzhou510640,China)

Abstract:ThissystemtakemicrocontrollerLPC3250asthecore,HX88xxasLCOSdriverIC,HX70xxasLCOSmodule,andLQ035Q1DG01asLCDmodule,buildingμC/OS-IIEmbeddedReal-TimeOperatingSystemonit,usingremotecontrolrealizetheswitchbetweenLCDandprojector.Thispaperfocusesonintroducingthehardwaredesignofinterfacesandsystemsoftwaredesign,realizedalonglife,lowcostandhighreliabilitydesignofaportablemicro-projectionsystem.

Keywords:LPC3250;μC/OS-IIOperatingSystem;LCOS;LCD;Micro-projectionsystem

随着技术的进步，一方面，LED光源亮度得到提升；另一方面，投影芯片体积可以做到很小。这在很大程度上加速了微型投影仪的发展。

微型投影仪的应用前景相当可观，主要包括以下行业：

一、商务应用领域

微型投影仪因其小型化的体积，对于经常移动演示的商务用户来说，省去了携带投影机外加笔记本电脑的麻烦，真正实现了解放信号源；

二、手持数码领域

MP4、CMMB、数码相机、数码摄像机等数码设备均具备视频输出功能，这正好符合微型投影的信号输入需要，而微型投影仪的大屏投影功能，也正好符合广大消费者对于大屏高清视频的需要；

三、移动设备集成领域

将微型投影仪集成到手机、笔记本等移动设备中，直接将这些设备中的内容投影出来，而手机则是采用这种方式的重点移动设备，让手机又增加一个新的功能，从整体上来说，无论是在商务上，还是在娱乐市场上，其潜力都是巨大的，虽然手机在消费者心目中的地位已经非常高，但投影手机的出现定会让手机行业爆发一次新的革命。

鉴于微型投影仪有如此之大的潜在应用空间，本文研究了一种基于ARM9处理器LPC3250和嵌入式μC/OS-II操作系统，结合LCOS模块和LCD模块，从软硬件角度讨论了如何实现一个基于LPC3250的微型投影系统，以满足嵌入式设备的体积小、可靠性高以及大屏显示的功能需求。本文的方法具有成本低、占用资源少、可扩展性强等特点。

（一）微型投影系统原理及硬件电路设计

该系统采用LCOS（LiquidCrystalonSilicon）显示技术[1]。LCOS显示技术属于新型的反射式MICROLCD投影技术，其原理和制作过程[2]是：在硅片上，利用半导体制作驱动面板（又称为CMOS-LCD），然后在电晶体上透过研磨技术磨平，并镀上铝当作反射镜，形成CMOS基板，然后将CMOS基板与含有透明电极之上玻璃基板贴合，再注入液晶。

本系统硬件电路设计主要包括主板电路、LCOS接口电路、LCD接口电路、IrDA红外通讯接口电路、系统电源电路五大模块的设计[3]，其设计框图如图1所示。

图1微型投影系统组成电路框图

Fig.1Blockdiagramofmicro-projectionsystem

1.LPC3250芯片及LCOS模块

本系统选用Philips公司推出的一款超强功能、超低功耗ARM926EJ-SCPU内核的16/32位微控制器LPC3250[4]，其CPU时钟速率可高达208MHz。其多层AHB系统为每个AHB主机单独提供总线，包括CPU的指令总线和数据总线、DMA控制器的两条数据总线和USB控制器的另一条总线，其中，DMA控制器的两条数据总线分别用于LCD和以太网MAC。LPC3250有4个标准UART，其中一个标准的UART支持IrDA；有2个独立的主机I2C接口，具有标准开漏管脚，I2C总线接口支持单主机、从机和多主机的I2C配置。当允许通过其它外设功能来重新启动CPU时，可利用停止模式来节省功耗。

LCOS模块具有分辨率高、体积小、功耗低、价格低、反射式成像的特点。它的像素点和像素间隔能非常微小，这使得它在构造上就拥有其它显示技术难以比拟的高分辨率优势。LCOS芯片的色域非常宽广，其色域范围要远远大于CRT及DLP芯片所能表现的范围。

2．LCOS接口电路设计

LCOS接口电路是整个系统硬件设计的核心部分，主要用到HX88xx[5]驱动芯片和HX70xx[6]显示模块，其原理图如图2所示。

该接口电路设计主要包括如下两个方面：

一、HX88xx以LPC3250输出的分辨率为320*240的RGB565信号为输入，经过缩放引擎、视频图像增强等功能后，输出帧率达120Hz分辨率为640*480的RGB888信号；

二、通过I2C控制LCOS模块HX70xx，可以实现图像的VGA投影显示。

在设计过程中应注意一下问题：

（1）确保各数字电路和模拟电路供电的稳定性，如15V、3.3V、1.8V、1.5V；

（2）保证RGB的各输入输出信号线尽量等长，并确保时钟信号、场同步信号的稳定性，避免因信号衰减导致时钟信号、同步信号失真；

（3）确保I2C稳定通信，防止因挂载I2C设备太多，导致I2C通讯不正常，此时可适当调整I2C接口的上拉电阻。

图2LCOS接口电路原理图

Fig.2LCOSinterfacecircuitdiagram

3.LCD、IrDA红外通讯接口电路设计

LCD和IrDA红外通讯接口电路如图3所示。

LQ035Q1DG01是54pin的LCD模块，由于有些端口没有用到，此处只给出了其32pin转接板电路图，其输入信号是从LPC3250输出的RGB565信号，在PCB设计的时候应注意尽可能保证各信号走线等长。

LPC3250的UART6具有IrDA通讯功能，采用高速IrDA无线收发模块HSDL-3602组成IrDA红外通讯接口，其最高传输速度为4Mbps，而且传输速度允许动态设置。

图3LCD和IrDA红外通讯接口电路原理图

Fig.3LCDandIrDAinfraredcommunicationinterfacecircuitdiagram

4.系统电源电路设计

对于嵌入式系统而言，供电电源直接影响着系统的性能，因此，系统电源电路设计的好坏直接影响着整个系统的稳定性和可靠性。

该系统电源电路如图4所示，首先由电源接口输入9V直流电源，二极管D81用于防止电源反接，经过C98、C99电容滤波，然后通过一款PWM型降压型稳压器SP7656直接配置3.3V稳定输出，用于给系统外围模拟电路、数字电路供电，然后，通过一款降压型DC/DC转换器SP6669将输入的3.3V直流电源转换成1.2V直流电源，用于给CPU内核供电。另外，USB模块还可以提供5V的直流电源给数字电路供电。

设计中应重点注意如下问题：

（1）选用0.1μF的滤波电容C81、C82、C91，设计时尽量靠近芯片管脚，可以使电路更加稳定的工作；

（2）选用10μF/16V的电解电容C84、C88、C93、C96，可以减少纹波、电流噪声等，增加输出电压的稳定性；

（3）SP7656的第9脚可以不接，为了保证大电流输出可以将第9脚和第7脚接在一起；

（4）数字地和模拟地应分隔走线，从而有效地降低数字地上的高频噪声对模拟地的干扰。

图4系统电源电路原理图

Fig.4Systempowercircuitdiagram

（二）微型投影系统软件实现

该系统的软件实现[7]主要包括：μC/OS-II操作系统在LPC3250上的移植、文件系统的建立、底层的硬件驱动的实现、图形用户接口的实现、LCOS接口部分软件的实现，以及系统运行的软件实现。

1.μC/OS-II操作系统简介

μC/OS-II是一种适用于嵌入式系统的抢占式实时多任务操作系统，开放源代码。它具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点。

严格地讲，μC/OS-II仅是一个实时内核，它并不像其他实时操作系统一样提供API函数接口给用户，因此，把μC/OS-II移植到LPC3250上只是系统设计工作的一部分，还需要对其进行功能扩展，主要包括文件系统、底层的硬件驱动、图形用户接口（GUI）等，从而建立一个实用的RTOS。详细内容请参见参考文献[8]。

2.LCOS接口部分的软件实现

由于LCOS模块HX70xx不支持微控制器LPC3250直接输出的RGB565信号，所以，需要对LPC3250输出的信号进行转化，然后再通过LCOS模块输出。

LCOS接口部分软件设计主要包括以下三个方面：

一、按照合理的顺序给LCOS接口部分电路上电，为了防止因发热而烧坏LCOS模块，通常会给其添加一个风扇，此时也应该给风扇上电；

二、对HX88xx进行初始化，通过I2C控制LCOS驱动芯片HX88xx将输入的RGB565信号转化为分辨率为640*480的RGB888120Hz信号；

三、对HX70xx进行初始化，通过I2C控制LCOS模块驱动LCOS模块进行图像显示。

3.系统运行的软件实现

该系统运行后的软件流程如图5所示。

图5微型投影系统软件流程图（Output_type为输出类型）

Fig.5Micro-projectionsystemsoftwareflowchart

系统运行的软件实现主要包括以下几个方面：

一、系统上电后，加载基本的外设驱动，使系统可以正常运行起来，这主要包括：SDRAM存储器、FLASH存储器、USB模块、IR模块等驱动的加载；

二、初始化基本输出设备LQ035Q1DG01模块，其输入信号为RGB565，输出QVGA信号；

三、此时系统已经可以运行常用的应用程序，如播放音乐、阅读电子书等，如果检测到有IR中断发生，系统会进入LCD模块与LCOS模块切换的中断服务子程序，或者直接关机退出系统。

当系统进入中断服务子程序后，先进行判断当前的系统输出类型，如果是LCD输出，此时会实现从LCD到LCOS的切换，即LCOS接口部分的软件实现；如果是LCOS输出，此时应实现LCOS到LCD的切换，首先需要关闭LCOS接口的一系列电源，然后实现LCD模块的初始化，为了使LCOS模块散热更彻底，等LCD显示正常后，然后再关闭风扇。

当系统检测到的是关机中断消息时，此时系统会实现先退出当前应用程序，然后关闭各功能模块，最后切断系统电源，系统运行结束。

结束语

该系统实现了在运行基本应用程序的时候能随时实现大小屏间的切换，即LCD模块与LCOS模块的切换，该系统的实现比较简单，随着LCOS技术的不断进步，该系统体积将越来越小，非常适合作为便携嵌入式系统的附加功能，而且成本也将越来越低，这些特点决定了微型投影系统的发展空间将很大。该系统在手机上的应用将是最近几年的热点，使用户在享受投影手机的便携通信功能和数码拍照功能的同时，又可以享受其大屏高清视频的功能。

参考文献：

[1]贺银波,熊静懿,吴国忠等.LCOS投影显示技术及应用[J].光学仪器,2002,24(2):38～40

[2]H.S.Kwok,H.C.Huang.LiquidCrystalonSiliconMicrodisplays.20047thInternationalConferenceonSolid-StateandIntegratedCircuitsTechnologyProceedings.vol.3,2004,1987～1989

[3]张绮文,解书钢.ARM嵌入式常用模块与综合系统设计实例精讲(第2版)[M].北京:电子工业出版社,2008.

[4]PHILIPS.LPC32x0Usermanual

[5]HX88xxUsermanual

[6]HX70xxUsermanual

[7]杜春雷.ARM体系结构与编程[北京:清华大学出版社,2003