背光自動(dòng)控制模塊
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(3)背光實(shí)施
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/281898.htmLED背光亮度與其電流呈線(xiàn)性關(guān)系。集成了LED驅動(dòng)器的液晶屏可以通過(guò)PWM直接控制液晶屏背光亮度。本設計中參考液晶屏的數據手冊PWM信號的頻率選用100Hz，由STM32F103的TIM3產(chǎn)生。
在背光調節過(guò)程中應避免從一個(gè)亮度級直接跳轉到另一個(gè)亮度級(驟變式的亮度變化會(huì )對眼睛造成沖擊)，而應該平滑上調和下調背光亮度，確保不同亮度等級之間無(wú)縫過(guò)渡。為了達到這一目的，可采用帶有固定或不同亮度步長(cháng)、可逐步調節亮度的定時(shí)中斷。本設計中參考MAX44009應用筆記中推薦的步進(jìn)式亮度調節的算法進(jìn)行亮度的平滑調節。
將采集進(jìn)來(lái)的室內光照度轉化為微處理器內PWM寄存器的值，記為當前PWM值。將前PWM寄存器值記為PWM原值。將PWM原值與當前PWM值不斷比較遞增或遞減，使PWM輸出以極小的步長(cháng)跟蹤當前PWM值，從而實(shí)現平滑調光。此算法還能解決啟動(dòng)跳變問(wèn)題，使系統啟動(dòng)時(shí)PWM由零慢慢變化到當前PWM值。
PWM定時(shí)器的跳變值應該在定時(shí)器溢出中斷中重新賦值，避免跳變值的改變可能出現PWM信號有波動(dòng)。
(4)設置上、下限閥值
MAX44009可以設置上、下限門(mén)限，在光線(xiàn)強度偏離上、下門(mén)限一定時(shí)間后，產(chǎn)生中斷通知微處理器讀取光強度。
由表2可知MAX44009的上、下門(mén)限只是針對高字節流明的。怎么把一個(gè)浮點(diǎn)型的流明數值變換成上、下限寄存器的格式數據。在這里需要采用frexp[3]函數：double frexp(double x, int *exp);其中0.5≤x<1;exp為整數。然后再對數據進(jìn)行調整，程序如下：
u8 Threshold_reg(float lux_Threshold)
{
double x;
int n;
u8 y,Threshold;
x=frexp(lux_Threshold,&n);
if(lux_Threshold<8)
{
y=(u8)(x*80);
if((y%10)>4) y+=10;
y=y/10;
Threshold =(((u8)(n-3))<<4)|y;
return Threshold;
}
else
{
y=(u8)(x*160);
if((y%10)>4) y+=10;
y=y/10;
Threshold =(((u8)(n-4))<<4)|y;
return Threshold;
}
}
設置上、下限閥值主要是為了改善系統對環(huán)境光強變化的響應，避免因為光強的瞬間變化(譬如一扇窗戶(hù)打開(kāi)或瞬間有一束光掃過(guò))而過(guò)快地改變亮度等級，這往往會(huì )造成用戶(hù)感覺(jué)不適。最初級的方法是每隔一兩秒鐘檢查一次光傳感器，然后相應地調整背光亮度。更好的方法是，只有光線(xiàn)強度偏離特定范圍一定時(shí)間后，才對背光亮度進(jìn)行調節。
MAXIM推薦的例子是：“如果正常光強是200lux，可能只會(huì )在光強降到180lux以下或升至220lux以上，而且持續時(shí)間超過(guò)數秒的情況下才調節亮度”。由于上、下限閥值設定是個(gè)固定值，當系統的使用環(huán)境更換時(shí)(比如說(shuō)室外轉移到室內)，會(huì )造成背光調節的偏差，特別是新環(huán)境的光強度超出了上、下限閥值時(shí)，系統的調光效果跟最初級的方法效果一樣了。
為了解決這一問(wèn)題，本設計中采用了動(dòng)態(tài)設置上、下限閥值的方法。讀取當前光強度，然后取±10%為偏移量，寫(xiě)進(jìn)上、下限寄存器中。
3.2.2 PWM控制
STM32F103共有7個(gè)定時(shí)器，TIM1和TIM8是高級定時(shí)器，TIM2、TIM3和TIM4是通用定時(shí)器，TIM6和TIM7是基本定時(shí)器。本設計中采用通用定時(shí)器TIM3，利用TIM3產(chǎn)生周期為100Hz的PWM信號。
PWM配置步驟如下：1、設定TIM3信號周期;2、設定TIM3預分頻值;2、設定TIM3分頻系數;4、設定TIM3計數模式;5、初始化TIM_TimeBaseStructure[4];6、設定TIM3的OC模式;7、TIM3輸出使能;8、設定電平跳變初值;9、設定PWM信號的極性;10、使能TIM3信號通道;11、使能TIM3中斷;12、使能TIM3重載寄存器CCRX;13、使能TIM3計數;14、在中斷中設置新的電平跳變值。
3.2.3 USB通信
在ST提供的USB-HID的例程上做修改，增加到3個(gè)USB端點(diǎn)。EP0為控制端點(diǎn)，EP1為INTERRUPT OUT端點(diǎn)(PC向MCU發(fā)送數據)，EP2為INTERRUPT IN端點(diǎn)(MCU向PC發(fā)送數據)。需要對“usb_desc.c”文件進(jìn)行修改，VID和PID[5]不能跟現有的設備相沖突。詳細可參考USB HID V1.1協(xié)議。模塊收到上位機發(fā)送過(guò)來(lái)的數據后，對數據進(jìn)行解析并根據命令做出相關(guān)操作，代碼如下：
if(USB_ReceiveFlg == TRUE) //收到數據
{
USB_ReceiveFlg = FALSE;
if((RxBuffer[0]==0xff)&(RxBuffer[4]==0xcc))
{
if(RxBuffer[1]==0x50) //自動(dòng)調光
{
Light_AM_flag=1;
I2C_WriteByte(0x01,INT_ENABLE,MAX44009_ADDR);
Light_HM_flag=0;
}
else if(RxBuffer[1]==0x05) //手動(dòng)調光
{
Light_AM_flag=0;
I2C_WriteByte(0x00,INT_ENABLE,MAX44009_ADDR);
HM_light=RxBuffer[3];
HM_light=HM_light/100;
PWM_diff(HM_light,1); //調光百分比
}
}
}
3.3 上位機軟件
在VB編程環(huán)境中應用“HidAPI.bas”組件進(jìn)行USB通訊編程，根據上述的通信協(xié)議通過(guò)USB接口與控制模塊進(jìn)行信息指令交換。軟件有兩個(gè)功能：1、勾選“AM”控制模塊進(jìn)入自動(dòng)控光模式，滑條將被屏蔽不允許操作;2、不勾選“AM”進(jìn)入手動(dòng)控光模式，可以通過(guò)滑條進(jìn)行亮度調節。
在VB中滑條需要鼠標左鍵才能觸發(fā)，為了鼠標的滑輪能夠使用，加入了定數器，每20ms讀取一次滑條的值，保存并與上一次數據項比較，如果有變化則通過(guò)USB發(fā)送控制指令，否則不做處理。代碼如下：
Dim lightdata_r As String
Dim lightdata As String
Private Sub Timer1_Timer()
Text1.Text = Slider1.Value
lightdata_r = lightdata ‘保存上一次數據
lightdata = Slider1.Value ‘重新賦值
If lightdata <> lightdata_r Then ‘比較
Data(1) = &H5
Data(3) = lightdata
Call WriteReport‘發(fā)送數據
End If
End Sub
軟件界面效果如圖6所示。
4 結論及成品展示
通過(guò)對本系統的調試與測試，實(shí)現了液晶背光的自動(dòng)和手動(dòng)控制。系統運行可靠，操作簡(jiǎn)單，而且硬件模塊體積小便于安裝。已應用于多個(gè)顯示器產(chǎn)品中。
參考文獻：
[1]Maxim. MAX44009 Data sheet Rev 0[Z]. Maximintegrated .2011
[2]Windows. Integrating Ambient Light Sensors with Computers Running Windows 7[R].Microsoft.2010
[3]譚浩強.C程序設計(第三版)[M].北京:清華大學(xué)出版社.2005
[4] ST.UM0427 Rev 2[Z] . STMicroelectronics .2000
[5] USB Device Working Group.Device Class Definition for Human Interface Devices[Z].USB.org.1999
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