提出了一種基于ARM和FPGA的數字微鏡器件（DMD）驅動波形實驗平臺的設計，該設計由數字微鏡驅動器和電壓轉換器兩部分構成。闡述了數字微鏡驅動器和電壓轉換器的硬件工作原理，以及ARM微控制器和FPGA的軟件工作流程。實驗結果表明，該系統能夠達到預計的設計要求。

　　數字微鏡器件DMD（Digital Micromirror Device）由美國德州儀器公司于1987年發明［1］，由其構成的成像系統具有體積小、重量輕、呈像色彩豐富、清晰度高等優點。應用十分廣泛，已經由最初的投影、高清數字電視領域拓展到了立體顯示、平面印刷等方面［2］。相對于國外的領先技術，我國在這方面的研究相對滯后，因此對數字微鏡及其驅動技術的研究具有重要的意義。在數字微鏡器件的驅動開發過程中，很重要的一個過程是尋找控制微鏡翻轉的最佳驅動波形和最優驅動電壓。由于微鏡制作工藝不同，物理特性各異，不同的產品需要不同的驅動波形來滿足其驅動要求。目前的研究與開發中，缺少普適的驅動波形實驗平臺，而本文提出的設計滿足了這方面的需求。

　　1 DMD的驅動原理及其驅動影響因素

　　1.1 DMD的驅動原理

　　數字微鏡器件是一種基于半導體制造技術，由高速數字式光反射開關陣列組成［3］。將一個數字式光反射開關稱為一個微鏡單元。在呈像過程中，每個微鏡單元對應了圖像中的一個像素，通過控制微鏡的旋轉角度與時間來改變呈現的圖像及其特性。圖1為一個微鏡單元的機械結構，微鏡有3個微型電極，分別為：VON、VMIRROR、VOFF，其中VMIRROR為偏置電壓，VON、VOFF為驅動電壓。這3個微型電極可以被數字信號激活，控制微鏡開關的電平可由式（1）和式（2）得到：

　　當V開為高電平、V關為低電平時，鏡片迎著光源（開啟），將會有一個白色像素通過鏡頭反射到屏幕上;當V開為低電平、V關為高電平時，鏡片避開光源（關閉），鏡面像素在熒幕上的位置呈現深色。實現了通過數字信號調節微鏡單元的翻轉方向，進而改變呈像。為了產生灰度變化的圖像，需要控制微鏡開關狀態的時間。通過控制高電平的持續時間，即改變驅動波形的占空比實現：V開保持高電平的時間長，則微鏡開啟時間也長，對應的灰度像素就淺；V關保持高電平的時間長，則微鏡關閉時間也長，對應的灰度像素就深。微鏡工作示意圖如圖2所示。

　　1.2 DMD的驅動影響因素

　　在DMD芯片中，微鏡是最小的工作單位，也是影響其性能的關鍵。DMD是微機電系統MEMS的一員，通過靜電力的作用控制微鏡的偏轉［4］，因此微鏡的工作性能與其制作工藝息息相關。在微鏡翻轉的過程中，微鏡在機械結構限位和控制電壓的作用下，最終穩定在相應的位置［5］，因此其機械結構與控制電壓需要完美配合，才能保證微鏡的完美工作。

　　通過上述分析可知，不同的制作工藝，不同的微鏡機械結構都會對數字微鏡器件的驅動波形提出不同的要求。針對不同的微鏡，對應的最佳工作模式也有所不同，需要在驅動開發過程中尋找最佳的驅動波形模式。

　　2 系統功能與整體方案

　　2.1 系統功能

　　本系統由數字微鏡驅動器和電壓轉換器兩部分構成，實現驅動波形的設定、產生以及調整。其優點在于：（1）增強了系統的靈活性，方便擴展其他功能；（2）操作簡單方便，可控性強。整個系統具有很強的可變性，針對不同的數字微鏡器件，可以方便地設定驅動波形，調整驅動電壓，進而確定最佳的工作狀態，其中電壓幅度范圍可以達到10 V~60 V。

　　2.2 整體方案

　　系統整體設計分為兩個部分：數字微鏡驅動器和電壓轉換器。數字微鏡驅動器主要完成接收PC的參數設定，產生波形、調整波形，其中與PC之間的通信是基于USB完成的。電壓轉換器主要完成驅動電壓的轉換，以及負載電流的采集與放大。

　　3 硬件電路設計與實現

　　3.1 數字微鏡驅動器的硬件系統

　　數字微鏡驅動器作為驅動波形實驗平臺的核心部分，其硬件系統如圖3所示，該系統結合了ARM微處理器（S3C2440）與FPGA。ARM微處理器作為控制核心，主要實現以下功能： （1）與PC通信，實現對數字微鏡器件驅動波形相關參數的編輯與輸入；（2）與FPGA通信，傳遞目標驅動波形的相關參數以及控制指令； （3）控制光源控制器（色輪、LED、Laser）； （4）控制觸摸屏，用于菜單顯示、狀態顯示以及簡單的控制與設置； （5）處理電流反饋信息，并及時調整驅動波形。本系統充分利用了ARM微處理器豐富的外部接口，包括觸摸屏、USB接口等，很好地提高了系統的實用性，操作更為人性化。