背光亮度自處理式的環境光傳感器系統設計

　　調節顯示屏亮度

　　該控制方案的第二部分是調節顯示屏的背光亮度。這可通過多種方式實現，具體取決於設備中的顯示屏模塊。

　　有兩種最簡單的方式：

　　1.藉助脈衝寬度調製(PWM)方案的直接調節方式，

　　2.採用顯示屏控制器的間接調節方式。

　　許多顯示屏模塊如今都配有一個集成控制器，用戶可以通過向控制器發送串行命令，直接設置背光亮度。

　　如果顯示屏模塊未配備集成控制器，還可安裝一個簡單的背光控制執行器，控制顯示屏後面用於背光照明的白光LED燈的輸入電流。實現這種控制的一種簡單辦法是：直接給LED串聯一個場效應電晶體(FET)，使用PWM信號快速打開、關閉FET (圖5)。

　　然而，也可以利用單一晶片(用於LED控制的MAX1698升壓轉換器)準確、可靠地調節(圖6)。
 

　　圖5 簡單的PMW控制電路

　　圖6 基於MAX1698的LED亮度調節器

　　建立連接

　　最後一步就是在傳感器和執行器之間建立連接，通過微控制器實現。有人可能首先要問：「環境光強如何映射到背光亮度?」事實上，有些文獻專門介紹了相關方案。其中一種映射方式是，Microsoft針對運行Windows 7作業系統的計算機提出的。圖7所示曲線是由Microsoft提供的，它可以將環境光強度映射到顯示屏亮度(以全部亮度的百分比表示)。

　　圖7 將環境光強映射為最佳顯示屏亮度的曲線示例

　　這種特殊曲線可以用以下函數表示：

　　如果設備採用的是已集成亮度控制功能的LCD控制晶片，就可通過向晶片發送指令，輕鬆設置背光亮度。如果設備採用的是PWM直接控制亮度，則要考慮如何將比例信號映射至顯示屏亮度。

　　在MAX1698示例中，根據其產品說明書的介紹，可以將驅動電流映射為電壓。通過這個示例，我們可以假設LED電流強度幾乎與其電流呈線性關係。這樣，我們就可以在上述等式中乘上一個係數，計算出PWM所映射的有效電壓，該電壓再被映射至LED電流，最後轉化成顯示屏亮度。

　　方案實施

　　最好不要從一個亮度級直接跳轉到另一個亮度級，而是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，最好採用帶有固定或不同亮度步長、可逐步調節亮度的定時中斷，也可採用帶有可控制LED輸入電流的PWM值的定時中斷，或者是能夠發送到顯示屏控制器的串行指令的定時中斷。圖8提供了這種算法的一個示例。

　　圖8 步進式亮度調節的算法示例

　　另一個問題是，系統響應環境光強變化的速度。我們應儘量避免過快地改變亮度等級。這是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)可能導致背光亮度發生不必要的變化，這往往會造成用戶感覺不適。並且，較長的響應時間還有助於減少微控制器對光傳感器的檢測次數，從而可以釋放一定的微控制器資源。

　　最初級的方法就是每隔一兩秒鐘檢查一次光傳感器，然後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範圍一定時間後，才對背光亮度進行調節。譬如，如果正常光強是200lux，我們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。幸運的是，MAX9635和MAX44009都集成了中斷引腳和閾值寄存器，可輕鬆實現這個目的。