基于gm5020芯片的等离子彩电的研制

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。