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移动终端高清影音转接器

专家
2013-01-15 13:58:37    评分

作者:广东科技学院 吴锦鹏 周天强 林瑜杰
指导教师:莫夫 刘倍雄

  作品简介  

 
 

  1.设计背景
  以手机为代表的移动终端正在向智能化、大容量方向发展,其中的DV短片、照片、网络视频、电影、学习资料等等应有尽有,通过无线网络还可以直接收看电视节目。但局限于屏幕过小以及音效等方面的原因,与家人、朋友、同事分享快乐的时不能尽人意。使用传统USB将移动终端与高清电视对接,这样电视收到这些信号后要进行解压缩和解密,这个过程就损失了信号的清晰程度
  HDMI Type A接口是目前电视等显示设备的标准高清输入接口,有 19个管脚。HDMI Type A接口的尺寸为13.9 mm × 4.45 mm 接口比较宽,不适合作为移动终端输出接口,Type C接口的尺寸为2.42 mm × 10.42 mm,但引脚的定义与Type A一样,手机等移动终端输出接口极少配备这种接口。
  Mobile High-Definition Link (MHL)是一种连接便携式消费电子装置的影音标准接口,是在兼容 Micro USB接口的基础上开发的标准,在外形上和引脚数上与目前手机上通用的micro USB接口一致。MHL的4个管脚用来传输音频和视频信号的;另一个管脚CBUS是一条控制总线,把 TMDS和 DDC、CEC 结合起来,对音频和视频进行全方位的控制,使数据的储存和数据的传输变得更加容易。
  本设计开发一个MHL到HDMI的移动终端高清影响转接器,实现将移动终端的媒体内容传输到高清播放且不损伤高分辨率的效果。

  2.系统结构
  系统采用SII1292作为MHL到HDMI信号转换的处理芯片,遥控器通过红外发送指令,MCU负责对SII1292进行初始化,充电的过载保护和接收红外遥控信号。信号输入接口同时兼容HDMI接口,将本方案,将转换器内置于电视或显示器内部,电视机或显示器的HDMI接口将同时具备兼容MHL和HDMI两种信号的输入。

  3.主要功能
  利用高清电视、显示器、投影仪等无损伤的播放移动终端的电影和进行图片展示
  提升利用移动终端玩游戏的体验感受
  通过无线网络收看电视节目
  不受连线长度限制,通过红外遥控器随时随地操作手机

  4.使用方法
  (1) 连接转接器信号输出接口(HDMI)
  (2) 连接转接器信号输入接口(HDMI与MHL兼容)
  (3) 连接供电
  (4) 连接手机输出接口(Micro USB),手机开始充电,表示支持MHL输出
  (5) 手机由USB输出切换为MHL输出,显示设备出去与手机同步画面,系统启动成功

  5.遥控器功能
  利用红外遥控实现对手机的操作,可以执行的指令包括:菜单、确定、退出、上移、下移、左移、右移;上一曲、下一曲、播放/暂停、停止。

  平台选型说明  

         

  设计说明

  1. 功能要求
  (1)使用现有的通用接口,不需要额外增加插口;
  (2)支持手机无损传输高清音视频,可播放1080p的数字高清晰视频;
  (3)操作简单,支持即插即用;
  (4)手机可长时间播放电影而不会耗尽电量;
  (5)可通过手机上网看电视,实现互联网电视功能;
  (6)设计人性化,可遥控操作。

  2. 设计分析
  为通过分析上述功能要求,对系统的分析如下:
  (1) 为保证设计开发速度,选用较为通用的单片机(本系统选用平台指定单片机);
  (2) 采用最新的MHL技术,选用SII1292芯片,实现利用现有的 Micro USB接口传输MHL信号,进行无损视频传输;
  (3) 在使用的过程中,可对手机充电
  (4) 采用技术成熟的红外实现遥控操作;
  (5) 在PCB的设计上,考虑电磁干扰的影响;

  3. 硬件设计
  系统主要由供电电路SII1292芯片电路和以单片机为核心的信号控制处理电路组成。
  SII1292芯片电路又包括MHL信号接收电路和HDMI信号发射驱动电路。单片机电路负责管理SII转换芯片和接收红外遥控信号。系统硬件框图如下:  

 

  3.1 供电电路设计
  本系统工作电压为5V,可通过需要提供5V,3.3V,1.2V和8V几路电压,供电设计如下:
  (1)通过低压差稳压器AP7313-33将5V的电压转换为3.3V电压,  

 

  (2)利用NCP1521降压转换器获得1.2V电压,NCP1521可输出 600 mA低静态电流是一个高效的电压转换器。

   

  (3)8V供电
  NC7S14、电阻R138和C54组成振荡电路,在4脚产生梯形波,平均电压为5V。VCC_5通过D32的1、2脚与此梯形波叠加,平均升压为9V,然后通过D32的3、2脚构成的倍压整流滤波电路后,输出8V直流电压。  

 

  3.2 单片机电路设计
  按照竞赛平台的统一要求,控制核心采用STC IAP15F2K61S2单片机。该单片机内部集成61K字节片内Flash程序存储器,擦写次数10万次以上;片内容量2048字节的SRAM;片内集成晶振,工作频率为18.423MHZ。
  本系统要求单片机Flash36K字节以上,工作频率要求不高(1MHz-30MHz均可)。为减少PCB面积可用贴片的单片机产品,如LQFP44封装的STC12C5A60S2,工作频率范围:0 - 35MHz,Flash60KB。
  MCU接线方式:P1.1口接收SII1292的唤醒信号(WAKE);P1.6,P1.7口分别连接SCL、SCL,与SII1292进行I2C总线通信;P3.2口(中断0)接收SII1292的中断请求信号号,P3.3口接收红外遥控信号。

  3.3 SII1292芯片电路设计
  (1)信号输入部分电路部分  

  本设计兼容HDMI,实际上MHL用到的只用了5根线,分别是:HP_DET(MHL0…………..的CBUS总线,用来传输控制指令);+5V(手机充电);D0+(差分信号正);D0-(差分信号负);GND(地线);
  Q12和R112、R93提供单片机的唤醒信号,平时为高电平状态,接收到MHL信号跳变为低电平,R2和Q14、Q13组成假负载。  

 

  如图3-7,当D2_S连接到输入端口,由于使用的线材D2_S端内部带有上拉电阻,当接口插入时D2_S被拉高(表明是MHL信号而非Micro USB信号),Q16导通RPWR_CTRL信号变为0;  

 



关键词: 移动     终端     高清     影音     转接器     手机     信号     接口         

专家
2013-01-15 13:59:51    评分
2楼

  RPWR_CTRL信号变为0,断开DDC_SCL信号(图3-8);同时Q8导通(图3-7),MHL_CBL_DET信号变为1,该信号送到SII1292芯片pin5,当Pin5有高电平进入进,由Pin13产生PS_CNTL#(低电平)去使能VBUS开关器件,输出本机5V为外设供电。同时上拉DDC_SCL和DDC_SDA信号线,为信号转换做准备。
  (2)信号输出部分设计  

 

  输出接口为19Pin的标准HDMI Type A接口。
  (3)充电电路  

 

  PS_CNTL#为控制信号(0开启充电,默认为1关闭充电),控制VBUS的关断;PWR_FAULT#为过流过载信号(过流为0),输入给单片机,由单片机发出过流保护指令。
  (4)信号阻抗匹配设计
  在MHL信号输入下,输入阻抗在95欧左右,要达到100欧的要求,需在在差分信号线上串联了5.1欧电阻进行阻抗调节,且布线里靠近SII1292芯片放置,在PCB layout时还是按照100欧来设计。  

 

  4. 软件设计
  4.1 系统软件设计
  系统上电之后,首先对系统进行初始化设置,如果检测到系统无异常时,则进一步对SII1292进行硬件初始化,此时为了节约转换器的整体功耗,将微控制单元MCU设置为休眠模式,只有检测到有Mobile High-Definition Link (MHL) 移动终端高清影音标准接口信号输入时,才启动MCU进入工作状态。
  当MCU被唤醒后,系统同步将打开VBUS红红外遥控接收电路供电,启动红外遥控监控,并进入红外中断监测模式。当红外遥控接收器在一定的时间期限内没有检测到遥控信号时,将重新使MCU进入休眠模式,降低功耗;当在预定的时间内检测到红外遥控信号时,执行中断服务子程序,对获取到的信号进行解码。  

 

  4.2 红外遥控程序设计
  红外遥控解码为非延时读取红外码,所以占用资源少。算法使用检测连续两个下降沿的时间间隔,判断为0或1,当遇到引导码时,计数清0,当系统接收完32位码后,遇到重复码则不再进行判断,从而避免第二次按键按键出错。
  当完整接收到32位码后,再对接收到的信号与标准的红外遥控信号值进行比对,进行遥控器按钮的识别处理,排除干扰信号,当有匹配时,此时遥控信号识别完成,完成解码工作,并执行相应的遥控指令操作,与时同时将重置接收缓冲器,重新等待检测遥控信号。  

 

  5. 为提高传输质量采用的技术
  (1) 合理的元件布局和布线  

 

  阻抗匹配电阻距离SII1292芯片引脚必须在1CM以内,否则影响匹配效果。  

 

  HDMI高速差分信号必须等长且不能有过孔。否则会引起信号畸变严重时导致整个系统不能正常使用。  

 

  PCB使用四层板。提供低阻抗的电源回路和良好的参考地。  

 

  为HDMI信号地提供独立的接GND层,以达到四个差分信号相同的参考地,同时减少对地的阻抗。  

 

  滤波电容需离芯片尽可能贴近SII1292芯片引脚,才能起到好的效果。
  (2) 使用高品质元件,提高稳定性
  由于MHL和HDMI是高速信号,对所选的信号的稳定性要求高,在MOS管元器件选择上优先注重元器件的品质。

  作品特色

  1. 流行性
  本系统紧跟电子技术发展潮流,便携式移动终端的发展需要一种采用最新的接口方式输出高清信号,本系统采用了最新的MHL接口技术,只需要简单连接就能实现HDMI信号输出,深受体验用户特别是年轻用户的喜爱。

  2. 即插即用,简便快捷
  将手机等移动终端连接高清电视、显示器等显示输出设备,就可以直接显示手机同步画面,无需驱动,操作简单。

  3. 运行稳定
  本系统采用按产品化标准进行设计,性能稳定。经测试,本系统连接播放1080P高清电影300分钟,电影画面清晰流畅;运行极品飞车等3D游戏180分钟,画面逼真,无延时。

  4. 边使用边充电,解决电池续航问题
  本系统内置了充电功能,在输出数字高清内容的同时可以为移动终端启动充电,让移动终端在播放完一部高清电影以后还可以继续正常使用。

  5. 遥控操作手机
  设计了红外遥控模块,解决MHL数据线的长度问题,可以随时随地操作手机,可以执行的指令包括:菜单、确定、退出、上移、下移、左移、右移;上一曲、下一曲、播放/暂停、停止。

  6. 为高清显示设备提供升级解决方案
  本系统的输入接口兼容HDMI接口输入,做到一口两用,将本系统内置于高清电视机或带HDMI接口的显示器内部,可为原有的HDMI增加MHL信号接收功能,增加产品的卖点和市场竞争力。

系统演示视频:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2421


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