面向光栅光调制器阵列的动态图像显示控制系统设计

论文摘要

光栅光调制器是一种基于MEMS技术的光调制器件,可用于数字投影显示。由于对器件的研究尚处于初步阶段,设计一种可用于验证和测试器件的动态显示效果的控制电路系统是课题研究的一个重要组成部分。本文分析了光栅光调制器的投影显示原理,并根据光栅光调制器的灰度实现方法,提出了一种针对无源和有源光栅光调制器阵列（16×16）的动态显示控制系统。该系统可以实现不同效果的单色的灰度等级为16的动态图像的显示。分析和探讨了PC应用程序与USB设备的通信原理,在PC上应用Visual C++语言设计应用软件,产生文字、灰度渐变和绘图效果的动态图像数据,并将其显示在应用程序的界面上,同时通过格式转换、数据打包后将动态图像数据通过USB数据线传输到带有USB控制器的开发板。以Altera公司Cyclone系列的FPGA芯片（EP1C6Q240C8）作为硬件开发平台,使用硬件描述语言Verilog HDL进行FPGA设计,实现了无源和有源光栅光调制器阵列（16×16）的数字控制电路（单色四位二进制灰度值）。该控制电路包括FPGA到USB数据接口模块,桶形移位的位面格式转换模块,双口RAM乒乓操作控制电路、以及用于无源器件的二进制脉宽调制的逐行扫描控制电路和用于有源器件的子场法二进制脉宽调制电路。分析了无源光栅光调制器的交叉效应,针对无源光栅光调制器阵列（16×16）设计了可抑制交叉效应的可调偏压法驱动电路。根据无源光栅光调制器阵列与LED阵列在逐行扫描显示方法及在灰度实现原理的相似性,设计了LED阵列代替无源光栅光调制器阵列的测试电路板,对了整个控制系统进行了实验测试。搭建了光栅光调制器阵列单像素测试平台,对新加工的器件进行了单像素工作电压、吸合电压、方波电压驱动的工作频率进行了测试实验。最后,设计并搭建了光栅光调制器动态投影显示系统试验平台,针对控制系统进行了动态图像的投影显示实验。实验结果表明,该系统运行稳定、可靠,操作方便,为控制和测试光栅光调制器的动态显示提供了有力的技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 基于MEMS 的显示器件的国内外现状
• 1.1.1 MEMS 简介
• 1.1.2 DLP?投影技术
• 1.1.3 GLV 技术
• 1.1.4 硅基液晶（LCOS）显示技术
• 1.1.5 GLM 的基本结构和显示原理
• 1.2 课题的研究目的、意义及其主要研究内容
• 1.2.1 课题的研究目的及意义
• 1.2.2 课题主要研究内容
• 1.3 小结
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 控制系统的总体设计
• 2.3 Visual C++简介
• 2.4 USB 设备与应用程序通讯
• 2.4.1 USB 接口简介及工作原理
• 2.4.2 主机客户软件与USB 设备之间的通讯
• 2.5 FPGA 芯片与 Verilog HDL 介绍
• 2.6 小结
• 3 Windows 应用软件的设计
• 3.1 引言
• 3.2 Windows 应用软件的界面设计
• 3.3 应用程序和USB 设备的通信
• 3.4 小结
• 4 FPGA 数字控制电路的设计
• 4.1 控制电路总体方案的设计
• 4.2 USB 接口电路的设计
• 4.2.1 USB 的Slave FIFO 接口模式
• 4.2.2 异步Slave FIFO 方式读USB 数据
• 4.3 位面格式转换电路设计
• 4.3.1 位面格式转换方法
• 4.3.2 数据选择位面格式转换电路
• 4.3.3 桶形移位位面格式转换电路
• 4.4 乒乓操作控制电路设计
• 4.4.1 乒乓缓存技术
• 4.4.2 乒乓操作控制器的设计
• 4.5 无源驱动方式的脉宽调制电路设计
• 4.5.1 二进制脉宽调制实现灰度的原理
• 4.5.2 无源驱动方式的二进制脉宽调制电路设计
• 4.6 有源驱动方式的脉宽调制电路设计
• 4.6.1 有源驱动方式
• 4.6.2 有源驱动方式二进制脉宽调制原理
• 4.6.3 有源二进制脉宽调制电路设计与仿真
• 4.7 小结
• 5 无源驱动电路的设计与系统的测试实验
• 5.1 无源驱动方式
• 5.1.1 无源驱动方式的交叉效应
• 5.1.2 无源驱动电路设计
• 5.2 系统测试实验
• 5.2.1 逻辑分析仪测试USB 数据传输
• 5.2.2 LED 阵列行列驱动电路设计
• 5.2.3 控制系统的LED 阵列动态实验
• 5.2.4 光栅光调制器的加工
• 5.2.5 光栅光调制器的电压测试实验
• 5.2.6 光栅光调制器阵列的动态显示投影实验
• 5.3 小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录