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基于Genesis gm5020芯片的等離子彩電的設計
摘要：gm5020是加拿大genesis公司為液晶顯示器和其它點陣顯示器產(chǎn)生的高度集成的圖像處理芯片，介紹了該芯片的特點、功能、原理。并利用gm5020設計了等離子彩電，給出了其硬件結構和軟件流程。
等離子彩電能安全避免輻射，是100%的綠色環(huán)保電視。由于不受磁氣和磁場的影響，具有機身纖薄、重量輕、屏幕大、色彩鮮艷、畫面清晰、亮度高、失真度小、節(jié)省空間等優(yōu)點。等離子彩電（PDP）實現(xiàn)電視、計算機、電訊的三合一，直接滿足了寬帶多媒體信息網(wǎng)的要求。PDP電視是目前彩電大型化的方向之一，在未來的數(shù)碼時代將逐步取代體積巨大的盒體狀CPT顯示器而成為未來彩電市場的主導產(chǎn)品。世界上最大的幾家PDP生產(chǎn)廠家紛紛宣布推出了PDP新產(chǎn)品，昭示著PDP已開始躍上顯示器市場的大舞臺。但是，PDP價格高昂，嚴重制約了它的普及。
采用gm5020設計平板顯示器，具有簡單、靈活、費用低等特點，國內(nèi)外大多數(shù)液晶顯示器都采用了這種芯片。我們用gm5020設計等離子彩電，藉以實現(xiàn)降低等離子彩電的成本。
1、gm5020的特點及功能
gm5020是加拿大genesis公司為液晶顯示器（LCD）和其它點陣顯示器生產(chǎn)的高度集成的圖像處理芯片，具有以下主要的特征：
（1）三個ADC輸入（RGB），作為計算機顯卡的輸入；
（2）一個8-bit ITU-R BT656視頻輸入信號（YUV）端口；
（3）一個數(shù)字視頻交互接口（DVI），內(nèi)含高帶寬數(shù)字信息加密保護（HDCP）；
（4）具有圖像放大/縮小/凍結功能；
（5）具有在屏顯示（OSD）控制的功能；
（6）片內(nèi)有8051結構的單片機；
（7）具有幀率轉換（FRC）控制的功能；
（8）視頻工作頻率高達160MHz；
（9）最高分辨率SXGA為1280×1024；
（10）提供一個支持平板顯示器（LCD或PDP）的輸出接口和一個支持CRT顯示器的輸出接口；
（11）提供一個9線雙向的數(shù)據(jù)接口（GPIO）與外部的MCU相連；
（12）一個2線I2C界面和一個6線I2C界面；
（13）具有調(diào)節(jié)RGB和YUV信號的色度、對比度、亮度、飽和度的功能。
gm5020的供電電壓為3.3V，采用292pin和27mm×27mm的PBGA封裝形式。gm5020原理框圖如圖1所示。除四個外部時鐘外，所有時鐘都是由gm5020內(nèi)部通過直接數(shù)字同步（DDS）來產(chǎn)生所需要的同步時鐘。
gm5020有兩種復位方式：硬件復位和軟件復位。硬件復位指gm5020的reset腳（T1）接低電平1μs后使gm5020復位。軟件復位指通過設置寄存器HOST_CONTROL的位SOFTWARE_RESET=0使gm5020復位。
gm5020可接收三種輸入數(shù)據(jù)模式：（1）24bit RGB;(2)8bit ITU-RBT656（CCIR626 422）；（3）數(shù)位視頻交互信號DVI。
gm5020能夠測量輸入視頻信號的行掃描（HS）和場掃描（VS）時間參數(shù)，用于檢測輸入視頻信號是否改變和確定輸入視頻信號的模式。
gm5020能夠?qū)Σ东@的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)進行背景、亮度、色度、對比度、飽和度調(diào)節(jié)。
有相互獨立的水平和垂直兩個方向的放大和縮小功能，其值由輸入圖像尺寸和放大圖像尺寸所確定。
通過幀存儲接口實現(xiàn)視頻輸入數(shù)據(jù)和視頻輸出數(shù)據(jù)的幀率轉換（FRC）。
gm5020提供兩個OSD模式：字符模式和圖形模式。字符模式支持4種顏色字體同時顯示，圖形模式支持256種顏色顯示。OSD可以在內(nèi)部SRAM或外部擴展SDRAM存儲字表或位圖。通過對OSD寄存器的設置，可以控制其字型、尺寸、顯示位置顏色、閃爍、背景透明、背景不透明、旋轉等功能。
Gm5020提供一個支持平板顯示器（LCD或PDP）的輸出接口和一個支持CRT顯示器的輸出接口，輸出接口信號包括18bit和24bit RGB像素數(shù)據(jù)，顯示允許（DEN）、顯示時鐘、行同步（DHS）和場同步（DVS）等信號，所有顯示的數(shù)據(jù)和時鐘與輸出時間DCLK同步，其顯示可通過I2C接口編程控制。
2 gm5020寄存器描述
gm5020共設有512個內(nèi)部控制寄存器，通過I2C接口對寄存器編程，可以控制gm5020，以實現(xiàn)各種功能。下面對部分寄存器分類介紹。
通用配置寄存器：00h用于分別記錄公司ID、版本號和芯片序列號；0x006H,0x0d5h，0x0d6h用于FRC設置。
輸入模式控制寄存器(0x50h,0x004h,0x6dh,0x74h)：用于設置輸入信號模式ADC。
ADC寄存器（50h～6Ah）：用于設置RGB（紅、綠、藍）的參數(shù)。
TMDS寄存器（6Bh～73h）：用于設置DVI的參數(shù)。
YUV寄存器（7dh～86h）：當輸入信號Video譯碼為YUV時，用于設置YUV的參數(shù)。
輸入模式寄存器（8dh～A4h）：用于存儲輸入信號模式的參數(shù)，包括輸入信號的水平顯示起始位置、水平顯示終止位置、垂直顯示起始位置、垂直顯示終止位置、水平顯示延遲和垂直水平顯示延遲。
測量寄存器（A9h～b6h）：將測量RGB和TMDS信號的HS、VS、HT存入該寄存器。
輸入時鐘寄存器（1Bh～20h）：包括六個讀寫寄存器，用于設置合適時鐘脈沖。
輸出寄存器（156h～1DFh，1FFh）：分別用于定義輸出顯示的水平掃描總線數(shù)HT、垂直掃描總線數(shù)VT、水平顯示起始位置、水平顯示終止位置、垂直顯示起始位置、垂直顯示終止位置和幀延遲等。
OSD控制寄存器（11Ah～153h）：通過這些寄存器可以定義OSD模式和OSD所用的四種顏色以及兩個OSD窗口的各自參數(shù)。
背景亮度控制寄存器（24h～29h）：通過這些寄存器設置PWM，用于調(diào)節(jié)LCD的背景亮度。
GPIO控制寄存器（24h～29h）：用于檢測鍵盤的輸入狀態(tài)和輸出指示狀態(tài)。
3 gm5020在PDP顯示系統(tǒng)中的應用
圖2是gm5020應用在PDP平板顯示系統(tǒng)中的硬件電路結構圖。
MCU采用可編程芯片AT89C51RD2，具有64K Flash ram，軟件代碼存儲在該芯片內(nèi)。MCU的作用為：（1）接收鍵盤或遙控的指令。（2）通過I2C總線設置視頻譯碼器、gm5020、TV解諧器、PT2313寄存器，完成指定的功能。
視頻譯碼器采用三星LG公司的KS0127，Video、S-Video、component-Video信號輸入到KS0127，KS0127將視頻模擬信號轉變?yōu)闈M足BT656協(xié)議的YUV數(shù)據(jù)傳給gm5020。
TV調(diào)諧器采用菲利浦公司的Fl1236MK2，通過I2C總線選擇頻道。射頻信號經(jīng)TV調(diào)諧器分解產(chǎn)生Video和Audio信號。
音量控制器采用四信道的PT2313，通過I2C總線選擇信道，控制音量（Volume）、均衡（Balance）、高低音質(zhì)（Treble&Bass）和響度（Loudness）。
SDRAM采用LG公司的K4S16162，SDRAM容量為16M，主要用于存儲圖像數(shù)據(jù)。
串口芯片采用ICL232CPE，用于CMOS/TTL電平轉換，供單片機MCU和PC機進行通信。實現(xiàn)等離子體彩電的軟件修改。
來自視頻譯碼器的YUV信號、PC機的RGB圖形信號、數(shù)字視頻交互信號（DVI）經(jīng)Gm5020芯片處理，直接驅(qū)動等離子體顯示屏顯示。 
4 系統(tǒng)軟件設計
PDP平板顯示系統(tǒng)中軟件的程序流程圖如圖3所示。系統(tǒng)軟件主要分為三大部分：
（1）初始化：主要包括MCU初始化，全局變量初始化，gm5020內(nèi)部MCU初始化，視頻解碼初始化。
（2）輸入信號模式檢測：自動識別Video、NTSC/SECAM,支持顯示Video、S-Video、Componen-Video。偵測無信號輸入狀態(tài)并提示，1分鐘后處于待機狀態(tài)。
（3）用戶參數(shù)設置：①顯示屏尺寸。②圖像縮小/放大，具有16：9，4：3兩種畫面切換。③圖像亮度、對比度、飽和度調(diào)節(jié)。④輸出圖像行頻HS，場頻VS，場掃描總線數(shù)VT。⑤圖像位置調(diào)節(jié)：圖像位置左右、上下移動，圖像位置左右、上下倒置。⑥圖像凍結。
工商網(wǎng)監(jiān)
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