基于LCoS微型显示系统的设计与实现

摘要

随着信息技术的发展，微显示(Microdisplay)技术在人类社会中扮演着越来越重要的角色。头盔显示器(Head Mounted Display,HMD)是一种典型的微型显示器，在军事、虚拟现实、医疗、工业生产、模拟训练、娱乐等领域有着广阔的应用前景。硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)是半导体技术和液晶显示技术相结合的新型显示器件，具有分辨率高、功耗低、体积小、重量轻等优点，非常适合在微显示系统尤其是HMD中的应用。
　　 目前从事HMD研发和生产的厂商主要集中在欧美和日本，我国在该领域的应用、开发起步较晚，和国外相比，差距很大。本文在学习LCoS显示原理的基础上，选用一片0.7英寸，分辨率为1024*768的LCoS设计了一款高分辨率彩色头盔显示器样机，该头盔显示器使用单片场序混色的方式实现彩色显示，具有光学系统简单、体积小、成本低等优点。
　　 该显示系统以FPGA为控制核心，通过解码芯片AD9882从计算机显卡获取视频信号，经图像处理后，通过两片100MHz高速D/A变为驱动LCoS的模拟信号并产生控制时序，实现视频信号在LCoS上的显示。在设计中，借助基于FPGA的高速LVDS数据传输成功实现了系统的模块化设计，有效地减轻了头盔显示器的重量，将放入头盔的PCB面积减少到46mm×56mm；使用高速32位SDRAM替换SRAM作为帧存储器，为系统提供了足够的容量和带宽，并减小了PCB占用面积，降低了成本。
　　 论文重点介绍了头盔显示器的硬件电路设计，之后给出了FPGA逻辑设计的模块划分和功能实现，在逻辑设计中充分考虑了多种可能的意外情况，分别设计了应对策略，从而保证了系统的可靠性；最后介绍了测试方案，经对样机进行测试，结果表明，系统工作稳定可靠，能够实现高分辨率彩色图像的实时显示，而且图像清晰。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2微显示技术概述

1.3课题的目的和主要内容

第二章LCoS微显示系统基本原理

2.1 LCoS的显示原理

2.2 LCoS场序混色原理

2.3单片彩色LCoS系统的光学结构

2.4伽玛校正

第三章系统硬件设计

3.1系统方案设计

3.2驱动电路设计

3.2.1所选LCoS器件介绍

3.2.2数模转换和控制部分设计

3.2.3 LED背光电路设计

3.2.4驱动板PCB设计

3.3图像处理电路设计

3.3.1图像输入电路设计

3.3.2帧缓存模块设计

3.3.3控制电路设计

3.3.4图像处理板PCB设计

3.4 LVDS传输设计

3.5电源电路设计

第四章系统逻辑设计与实现

4.1总体结构

4.2子模块的实现

4.2.1 IIC控制器

4.2.2数据接收模块

4.2.3异步FIFO

4.2.4 WrSDRAM模块

4.2.5 SDRAM控制器

4.2.6 MainControl模块

4.2.7 RdSDRAM模块

4.2.8 switch模块

4.2.9 lcosdriver模块

4.2.10 LVDS收发模块

4.2.11伽玛校正

4.3增强系统稳定性设计

4.3.1 场同步信号VS的检测

4.3.2软复位电路

第五章系统调试和性能测试

5.1 AD9882的调试及验证

5.2 SDRAM控制的调试及验证

5.3模数转换的调试

5.4系统的联调和测试结果

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

在攻读硕士学位期间发表的论文

附录