基于gm5020芯片的等离子彩电的研制

2006-12-04 14:15:34来源: 电子技术应用 关键字:PDP  LCD  图像  视频

等离子彩电能安全避免辐射,是100%的绿色环保电视。由于不受磁气和磁场的影响,具有机身纤薄、重量轻、屏幕大、色彩鲜艳、画面清晰、亮度高、失真度小、节省空间等优点。等离子彩电(PDP)实现电视、电脑、电讯的三合一,直接满足了宽带多媒体信息网的要求。PDP电视是目前彩电大型化的方向之一,在未来的数码时代将逐步取代体积巨大的盒体状CPT显示器而成为未来彩电市场的主导产品。世界上最大的几家PDP生产厂家纷纷宣布推出了PDP新产品,昭示着PDP已开始跃上显示器市场的大舞台。但是,PDP价格高昂,严重制约了它的普及。

采用gm5020设计平板显示器,具有简单、灵活、费用低等特点,国内外大多数液晶显示器都采用了这种芯片。我们用gm5020设计等离子彩电,借以实现降低等离子彩电的成本。

1 gm5020的特点及功能

gm5020是加拿大genesis公司为液晶显示器(LCD)和其它点阵显示器生产的高度集成的图像处理芯片,具有以下主要的特征:

(1)三个ADC输入(RGB),作为计算机显卡的输入;

(2)一个8-bit ITU-R BT656视频输入信号(YUV)端口;

(3)一个数字视频交互接口(DVI),内含高带宽数字信息加密保护(HDCP);

(4)具有图像放大/缩小/冻结功能;

(5)具有在屏显示(OSD)控制的功能;

(6)片内有8051结构的单片机;

(7)具有帧率转换(FRC)控制的功能;

(8)视频工作频率高达160MHz;

(9)最高分辨率SXGA为1280×1024;

(10)提供一个支持平板显示器(LCD或PDP)的输出接口和一个支持CRT显示器的输出接口;

(11)提供一个9线双向的数据接口(GPIO)与外部的MCU相连;

(12)一个2线I2C接口和一个6线I2C接口;

(13)具有调节RGB和YUV信号的色度、对比度、亮度、饱和度的功能。

gm5020的供电电压为3.3V,采用292pin和27mm×27mm的PBGA封装形式。gm5020原理框图如图1所示。

除四个外部时钟外,所有时钟都是由gm5020内部通过直接数字同步(DDS)来产生所需要的同步时钟。

gm5020有两种复位方式:硬件复位和软件复位。硬件复位指gm5020的reset脚(T1)接低电平1μs后使gm5020复位。软件复位指通过设置寄存器HOST_CONTROL的位SOFTWARE_RESET=0使gm5020复位。

gm5020可接收三种输入数据模式:(1)24bit RGB;(2)8bit ITU-RBT656(CCIR626 422);(3)数字视频交互信号DVI。

gm5020能够测量输入视频信号的行扫描(HS)和场扫描(VS)时间参数,用于检测输入视频信号是否改变和确定输入视频信号的模式。

gm5020能够对捕获的数字图像数据进行背景、亮度、色度、对比度、饱和度调节。

有相互独立的水平和垂直两个方向的放大和缩小功能,其值由输入图像尺寸和放大图像尺寸所确定。

通过帧存储接口实现视频输入数据和视频输出数据的帧率转换(FRC)。

gm5020提供两个OSD模式:字符模式和图形模式。字符模式支持4种颜色字体同时显示,图形模式支持256种颜色显示。OSD可以在内部SRAM或外部扩展SDRAM存储字表或位图。通过对OSD寄存器的设置,可以控制其字型、尺寸、显示位置颜色、闪烁、背景透明、背景不透明、旋转等功能。

Gm5020提供一个支持平板显示器(LCD或PDP)的输出接口和一个支持CRT显示器的输出接口,输出接口信号包括18bit和24bit RGB像素数据,显示允许(DEN)、显示时钟、行同步(DHS)和场同步(DVS)等信号,所有显示的数据和时钟与输出时间DCLK同步,其显示可通过I2C接口编程控制。

2 gm5020寄存器描述

gm5020共设有512个内部控制寄存器,通过I2C接口对寄存器编程,可以控制gm5020,以实现各种功能。下面对部分寄存器分类介绍。

通用配置寄存器:00h用于分别记录公司ID、版本号和芯片序列号;0x006H,0x0d5h,0x0d6h用于FRC设置。

输入模式控制寄存器(0x50h,0x004h,0x6dh,0x74h):用于设置输入信号模式ADC。

ADC寄存器(50h~6Ah):用于设置RGB(红、绿、蓝)的参数。

TMDS寄存器(6Bh~73h):用于设置DVI的参数。

YUV寄存器(7dh~86h):当输入信号Video解码为YUV时,用于设置YUV的参数。

输入模式寄存器(8dh~A4h):用于存储输入信号模式的参数,包括输入信号的水平显示起始位置、水平显示终止位置、垂直显示起始位置、垂直显示终止位置、水平显示延迟和垂直水平显示延迟。

测量寄存器(A9h~b6h):将测量RGB和TMDS信号的HS、VS、HT存入该寄存器。

输入时钟寄存器(1Bh~20h):包括六个读写寄存器,用于设置合适时钟脉冲。

输出寄存器(156h~1DFh,1FFh):分别用于定义输出显示的水平扫描总线数HT、垂直扫描总线数VT、水平显示起始位置、水平显示终止位置、垂直显示起始位置、垂直显示终止位置和帧延迟等。

OSD控制寄存器(11Ah~153h):通过这些寄存器可以定义OSD模式和OSD所用的四种颜色以及两个OSD窗口的各自参数。

背景亮度控制寄存器(24h~29h):通过这些寄存器设置PWM,用于调节LCD的背景亮度。

GPIO控制寄存器(24h~29h):用于检测键盘的输入状态和输出指示状态。

3 gm5020在PDP显示系统中的应用

图2是gm5020应用在PDP平板显示系统中的硬件电路结构图。

MCU采用可编程芯片AT89C51RD2,具有64K Flash ram,软件代码存储在该芯片内。MCU的作用为:(1)接收键盘或遥控的指令。(2)通过I2C总线设置视频解码器、gm5020、TV解谐器、PT2313寄存器,完成指定的功能。

视频解码器采用三星LG公司的KS0127,Video、S-Video、component-Video信号输入到KS0127,KS0127将视频模拟信号转变为满足BT656协议的YUV数据传给gm5020。

TV调谐器采用菲利浦公司的Fl1236MK2,通过I2C总线选择频道。射频信号经TV调谐器分解产生Video和Audio信号。

音量控制器采用四通道的PT2313,通过I2C总线选择通道,控制音量(Volume)、均衡(Balance)、高低音质(Treble&Bass)和响度(Loudness)。

SDRAM采用LG公司的K4S16162,SDRAM容量为16M,主要用于存储图像数据。

串口芯片采用ICL232CPE,用于CMOS/TTL电平转换,供单片机MCU和PC机进行通信。实现等离子体彩电的软件修改。

来自视频解码器的YUV信号、PC机的RGB图形信号、数字视频交互信号(DVI)经Gm5020芯片处理,直接驱动等离子体显示屏显示。

4 系统软件设计

PDP平板显示系统中软件的程序流程图如图3所示。系统软件主要分为三大部分:

(1)初始化:主要包括MCU初始化,全局变量初始化,gm5020内部MCU初始化,视频解码初始化。

(2)输入信号模式检测:自动识别Video、NTSC/SECAM,支持显示Video、S-Video、Componen-Video。侦测无信号输入状态并提示,1分钟后处于待机状态。

(3)用户参数设置:①显示屏尺寸。②图像缩小/放大,具有16:9,4:3两种画面切换。③图像亮度、对比度、饱和度调节。④输出图像行频HS,场频VS,场扫描总线数VT。⑤图像位置调节:图像位置左右、上下移动,图像位置左右、上下倒置。⑥图像冻结。

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