背光自動控制模塊

(3)背光實施

　　LED背光亮度與其電流呈線性關系。集成了LED驅動器的液晶屏可以通過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產生。

　　在背光調節過程中應避免從一個亮度級直接跳轉到另一個亮度級(驟變式的亮度變化會對眼睛造成沖擊)，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縫過渡。為了達到這一目的，可采用帶有固定或不同亮度步長、可逐步調節亮度的定時中斷。本設計中參考MAX44009應用筆記中推薦的步進式亮度調節的算法進行亮度的平滑調節。

　　將采集進來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輸出以極小的步長跟蹤當前PWM值，從而實現平滑調光。此算法還能解決啟動跳變問題，使系統啟動時PWM由零慢慢變化到當前PWM值。

　　PWM定時器的跳變值應該在定時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。

　　(4)設置上、下限閥值

　　MAX44009可以設置上、下限門限，在光線強度偏離上、下門限一定時間后，產生中斷通知微處理器讀取光強度。

　　由表2可知MAX44009的上、下門限只是針對高字節流明的。怎么把一個浮點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(譬如一扇窗戶打開或瞬間有一束光掃過)而過快地改變亮度等級，這往往會造成用戶感覺不適。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，只有光線強度偏離特定范圍一定時間后，才對背光亮度進行調節。

　　MAXIM推薦的例子是：“如果正常光強是200lux，可能只會在光強降到180lux以下或升至220lux以上，而且持續時間超過數秒的情況下才調節亮度”。由于上、下限閥值設定是個固定值，當系統的使用環境更換時(比如說室外轉移到室內)，會造成背光調節的偏差，特別是新環境的光強度超出了上、下限閥值時，系統的調光效果跟最初級的方法效果一樣了。

　　為了解決這一問題，本設計中采用了動態設置上、下限閥值的方法。讀取當前光強度，然后取±10%為偏移量，寫進上、下限寄存器中。

3.2.2 PWM控制

　　STM32F103共有7個定時器，TIM1和TIM8是高級定時器，TIM2、TIM3和TIM4是通用定時器，TIM6和TIM7是基本定時器。本設計中采用通用定時器TIM3，利用TIM3產生周期為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USB端點。EP0為控制端點，EP1為INTERRUPT OUT端點(PC向MCU發送數據)，EP2為INTERRUPT IN端點(MCU向PC發送數據)。需要對“usb_desc.c”文件進行修改，VID和PID[5]不能跟現有的設備相沖突。詳細可參考USB HID V1.1協議。模塊收到上位機發送過來的數據后，對數據進行解析并根據命令做出相關操作，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) //自動調光

　　{

　　Light_AM_flag=1;

　　I2C_WriteByte(0x01,INT_ENABLE,MAX44009_ADDR);

　　Light_HM_flag=0;

　　}

　　else if(RxBuffer[1]==0x05) //手動調光

　　{

　　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編程環境中應用“HidAPI.bas”組件進行USB通訊編程，根據上述的通信協議通過USB接口與控制模塊進行信息指令交換。軟件有兩個功能：1、勾選“AM”控制模塊進入自動控光模式，滑條將被屏蔽不允許操作;2、不勾選“AM”進入手動控光模式，可以通過滑條進行亮度調節。

　　在VB中滑條需要鼠標左鍵才能觸發，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USB發送控制指令，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

　　通過對本系統的調試與測試，實現了液晶背光的自動和手動控制。系統運行可靠，操作簡單，而且硬件模塊體積小便于安裝。已應用于多個顯示器產品中。

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