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作者(中文):廖偉廷
作者(外文):Liao, Wei-Ting
論文名稱(中文):數位微鏡元件之電子介面與控制系統的設計開發
論文名稱(外文):Design and Development of Electronic Interface and Control System to the Digital Micromirror Device
指導教授(中文):曹哲之
指導教授(外文):Tsao, Che-Chih
口試委員(中文):陳榮順
陳政寰
口試委員(外文):Chen, Rong-Shun
Chen, Cheng-Huan
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學號:104033584
出版年(民國):106
畢業學年度:106
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:3D顯示數位微鏡元件(DMD)高畫面率資料更新
外文關鍵詞:3D DisplayDigital Micromirror Device (DMD)high frame rate data update
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市面上現有的數位微鏡元件(DMD)控制器雖然能夠即時更新影像資料,但是成本過高,因此本研究為開發一低成本且能高速傳輸資料的DMD控制器,使得體積3D顯示的應用上能夠達到高畫面更新率。而DMD控制器主要分為電子介面與時序控制,電子介面選用EZ-USB FX3™ 的USB 3.0開發套件,搭配設計的高速中介板,產生DLP3000晶片所需的2個68 MHz時脈。時序控制則是透過FX3編程狀態機,產生控制訊號與資料訊號後再送至高速中介板上的DLP3000晶片。以DLP3000晶片的datasheet與相關文件中有限的資訊為基礎,設計不同的控制訊號與資料訊號並系統化測試,再根據測試的結果調整控制時序。本研究找出DLP晶片中關鍵控制訊號的組合,並可調控輸入的資料訊號,在DLP晶片上顯示設計的影像資料。

關鍵字: 3D顯示,數位微鏡元件(DMD),高畫面更新率

Currently available commercial Digital Micromirror Device (DMD) controller electronics cannot satisfy the demands of real-time image data update cost-effectively. This research was conducted to develop an electronic interface and especially its control schemes to the DMD, for applications in volumetric 3D displays as a high frame rate image source. The electronic interface included a EZ-USB FX3™ USB 3.0 development kit with a new high speed interface board with two 68 MHz clock signals to connect to a DLP3000 chip. Method of programming the state machine of the FX3 system was developed to provide control signals and data inputs to the high speed interface board. Different control signal configurations and input data were designed, based on limited information from the DLP3000 datasheet and some related documents, and tested in systematic steps and the process was repeated and adjusted based on test results many times. Key combinations of signals and data capable of writing data into the DLP chip were determined. Displaying intended image contents in the chip was demonstrated.

Key words: 3D Display, Digital Micromirror Device (DMD), high frame rate data update
摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
第一章 緒論 1
1.1 動機與目的 1
1.2 技術背景 2
1.2.1 全向3D顯示技術 2
1.2.2 DMD技術與應用 3
1.2.3 DMD晶片控制相關研究 6
1.3研究方法 8
第二章 高速電子介面與控制系統的改良 10
2.1高速中介板改良 10
2.2 PCB-DMD電源板改良 14
第三章 DMD控制程序研究及測試 16
3.1 FX3狀態機設計 16
3.2固定式資料訊號 20
3.2.1 控制訊號猜測 22
3.2.2 時序圖設計1_自行設計訊號 25
3.2.3 時序圖設計2_投影機訊號分析 34
3.2.4 固定式資料測試結果討論 43
3.3 調控式資料訊號 44
3.3.1 雙端座傳輸 49
3.3.2 時序圖設計1重現_自行設計訊號 51
3.3.3 時序圖設計2重現_投影機訊號 65
3.3.4 調控式資料測試結果討論 68
3.4 現階段控制DMD程度 73
第四章 結論與未來研究方向 78
4.1 結論 78
4.2 未來研究方向 79
參考文獻 83
附錄 86
A-1 訊號板BOM表 86
A-2 FX3韌體改寫 87
A-3 DMD資料HEX轉換資料表 91
[1] 曹哲之,國科會專題研究計畫書“具多重顯示模式的全向3D顯示器與體積3D互動人機系統”,NSC 102-2218-E-007-009-MY2,2013 (未公開文件)。
[2] 曹哲之、劉孟皓、謝劼、許惠中、廖偉廷、楊之碩,科技部專題研究計畫期中報告”具多重顯示模式的全向3D顯示器與體積3D互動人機系統”科技部工程司103年度機械固力、熱流、能源學門聯合成果發表會報告輯,2014
[3] DLP投影機DMD芯片技術深度解析及數字微鏡光控技術創新的應用, http://m.intl.taobao.com/detail/desc.html?spm=a1z5f.7698090.0.0.oO4Ve6&id=6811635845.
[4] DLP技術在工業和汽車市場應用漸入佳境,https://read01.com/ajzEND.html
[5] Texas Instruments, “DLP In industrial Applications”, June, 2013.
[6] Tao Yu, “Accelerated Aging of the Digital Micromirror Device Using Full Cus-tom Electrostatic Control”, August, 2004.
[7] Texas Instruments, “DMD 0.7 XGA 12∘DDR DMD DiscoveryTM ” August, 2005.



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[9] Texas Instruments, “DLP® Discovery™ 4100 Chipset Data Sheet”, DLPU008A, 2013.
[10] 劉孟皓, “數位微鏡元件之電子介面與控制系統的初步設計開發”, 2016.
[11] SILICON LABS, “1:8 Low Jitter CMOS Clock Buffer”, Rev. 1.0, at http://www.farnell.com/datasheets/1813450.pdf
[12] Texas Instruments, “DLP® 0.3 WVGA Series 220 DMD”, DLPS022A, 2012.
[13] Cypress Semiconductor Corporation. “EZ-USB® FX3: Super Speed USB
Controller” CYUSB301X, 2014
[14] D. Doherty, G. Hewlett, “10.4: Phased Reset Timing for Improved Digital
Micromirror DeviceTM (DMDTM) Brightness”, SID Symposium Digest of Tech-nical Papers, Volume 29, Issue 1, Version of Record online: 5 JUL 2012
[15] Karnik Shah, “How to Implement an Image Sensor Interface Using EZ-USB®
FX3™ in a USB Video Class (UVC) Framework”, AN75779, 2012.
[16] Gregory J. Hewle tt, Donald B. Doherty, “Control timing for spatial light modu-lator”, US 7876298 B2, 2011.
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[19] Granville E. Ott, “Optical system for projection display using spatial light modu-lator device”, US4680579A, 1987.
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[21] Rama Sai Krishna V, “Designing with the EZ-USB®FX3™Slave FIFO Interface”, AN65974, 2014.

 
 
 
 
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