背光自动控制模块

  ：本文主要介绍采用集成环境光传感器控制显示屏背光亮度的应用。系统依据环境光强度实行动态的背光控制，降低功耗。让显示屏亮度依据环境光条件自行调整到最佳状态，改善使用者真实的体验。同时也能手动调节背光亮度。

  一个完整的液晶背光控制管理系统包括二部分：(1)背光自动控制模块;(2)LED驱动器。其中背光自动控制模块有光传感器和数据处理装置(通常是微控制器)组成。系统框图如图1所示。

  现在绝大部分CCFL背光的液晶屏都已经停产，各液晶屏生产商都已经采用WLED背光，并且有的已经将LED驱动器集成到液晶屏。本文介绍背光自动控制模块。

  背光自动控制模块(以下简称为控制模块)的基本组成结构设计如图2所示，最重要的包含控制模块硬件和上位机控制系统软件。硬件模块由单片机、光强传感器、电源转换芯片组成;上位机软件是由VB编写的一个USB通信控制软件。

  负责读取光传感器的环境光强数据，并将这些信息处理转换成脉冲信号控制液晶屏的背光驱动器，进而完成背光亮度的控制;

  硬件电路原理图如图3所示，主要由光强传感器、微处理器、电源电路等组成。考虑到显示器的空间限制，在保证功能的前提下第一先考虑小封装的元器件。

  选用Maxim公司的MAX4009集成环境光强传感器，将所有信号调节和AD转换器集成在一个封装内，有效节省电路板面积;低功耗(ICC=0.65μA);传感器的光谱灵敏度需要与人眼接近;采用I²C通信协议;可设置上、下限阀值中断使其与微控制器的连接方式更简单，数据传输速度更快。

  选用ST公司的STM32F103T8U6单片机，QFN36封装;内部集成IIC以及USB控制器;通过USB口与外部通信;IIC配合外部中断与光强传感器通信;TIM3输出PWM控制信号;TIM2为通用定时器。

  对系统设计的功能要求进行深入分析，将软件设计分为三部分：通信协议、单片机程序和上位机软件。

  通信协议是指双方实体完成通信或服务所一定要遵循的规则和约定，是确保数据顺利地、正确地传送的基础。本设计中只是小数据量的有线通信，所以只是建立了一个简单的通信协议。具体如下：

  自动模式下：XX、YY分别为光传感器的高字节流明寄存器和低字节流明寄存器的数据。

  单片机程序流程如图4左部分所示。系统上电之后，先会对单片机进行初始化，然后判断上位机是否通过USB发送控制指令过来，接着判断是自动控制指令还是手动控制指令，如果是自动控制指令，则读取当前环境光强度，并设置上、下限门限，接着把光强度变换成背光亮度的百分比，最后调用PWM滑动调节控制背光;如果是手动控制命令，则读取上位机发送过来的背光亮度的百分比，调用PWM滑动调节控制背光。

  STM32F103通过I2C与MAX44009进行通信。通过设置上、下限阀值，在光线强度偏离设定范围一段时间后，产生中断通知微处理器读取光强度，进行背光亮度调节，并设置新的上、下限门限。本设计中上、下限阀值范围为当前光强度的±10%。

  流明寄存器包含高、低字节流明寄存器。高字节流明寄存器0x03包括4位指数位E3:E0和尾数字节的4个最高有效位M7:M4，表示环境光强的流明数。尾数字节的其余4位M3:M0位于低字节流明寄存器0x04。如表1所示。用户都能够选择只读高字节流明寄存器或者连续读高、低字节流明2个寄存器来得到流明数。

  本设计中为增强IC的流明读数分辨率，所以最终选择连续读取高、低字节流明寄存器。有必要注意一下的是，为了确认和保证内部ADC和I2C寄存器之间正确传输数据，在I2C读操作期间，芯片内部禁止高字节流明寄存器和低字节流明寄存器的更新，只有主机发送STOP[1]命令时，才恢复I2C寄存器更新。所以在连续读取2个字节流明寄存器时，读完高字节寄存器后不能发送STOP信号，必须在读完的字节低字节寄存器后才能发送STOP。

  本设计中采用的一种映射方式是Microsoft®针对运行Windows® 7[2]操作系统计算机提出的。如图5所示曲线，它可以将环境光强度映射到显示屏亮度(以全部亮度的百分比表示)。

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