基于嵌入式Linux的LCD背光調節及驅動的實現

摘要：為了減少手持式設備的功耗并滿足LCD背光調節的應用需求，在嵌入式Linux下，設計了一種用按鍵來調節輸出方波占空比以實現背光調節的解決方案。該方案采用S3C2440的定時器產生PWM信號，系統根據LCD使用情況和外界光線強度的變化，用傳入的按鍵觸發次數來控制定時器輸出PWM信號的占空比，通過軟件實現背光狀態的實時調節，并完成了背光驅動程序的設計。測試結果表明，該方法可以降低設備的功耗并能滿足背光調節的要求，具有良好的穩定性及通用性。
關鍵詞：嵌入式系統；PWM；按鍵；背光調節

0 引言
在手持式設備中，液晶顯示屏的使用越來越廣泛。由于LCD自身是不能發光的，它需要一個強勁的光源來給它提供背光，以便清晰地顯示信息。這樣的光源是非常耗電的，通常液晶顯示屏的功耗常常占到系統總功耗的60％以上。以群創的7寸屏為例，通常背光燈的功耗為2．5 W，而LCD的功耗只有0．825 W。由此可見，背光光源的功耗在整個電源中的比重是相當高的。如果系統在不用顯示屏時，也全功率的運行，系統的電池能量將很快被耗光。所以，調節LCD的背光源，降低系統在不用顯示屏時的能耗是十分必要的工作。另外，由于手持式設備工作環境的變化，也需要根據外界光線強度的變化，對背光的亮度做出相應的調節，以適合人眼觀看的舒適度。
基于上述2種原因，考慮到設備功耗的降低以及使用的便利性，本文在嵌入式Linux下，設計了一種使用S3C2440的定時器產生PWM(Pulse Width Modulation)信號，根據設備實際使用需要，和外界光線強度的變化用按鍵調節LCD背光亮度的解決方案。

1 基于PWM的背光調節原理
在中小尺寸液晶顯示屏中，一般采用白光LED作為顯示屏的背光光源。PWM即脈寬調制，PWM調光就是利用人眼的視覺暫停原理，以一定的頻率和占空比的方波來控制LED的導通。LED正向電流在零電流到額定工作電流之間來回切換，通過高速開關背光，周期循環地提供不同占空比的方波，實現亮度的調節。只要導通時LED正向電流大小是恒定的，發出的白光就不會發生色偏，而且只要頻率大干100Hz，人眼看到的將是連續的光源。

圖1是脈寬調制信號的波形。假設高電平代表打開背光，低電平代表關閉背光，背光打開和關閉時間的比例不同會得到不同占空比的方波。從輸出的波形來看，波的平均功率是不一樣的，這樣就得到了不同的亮度，實現了背光的調節。

2 背光調節的硬件實現方案
S3C2440是三星公司推出的一款基于ARM920T內核的16／32位RISC嵌入式微處理器。其內部有5個16位的定時器，其中前4個定時器(TOUT0～TOUT3)具有PWM功能，第5個定時器(TOUT4)是一個沒有輸出引腳的內部定時器，另外定時器TOUT0有一個死區發生器，通常用于大電流設備控制。
PWM信號可以用硬件產生，也可以由軟件產生。由于用軟件定時產生PWM信號外圍電路簡單，脈沖寬度精度高，控制靈活，所以本方案用S3C2440的定時器TOUT1，軟件定時產生PWM信號，通過改變TOUT1端口GPB1輸出脈沖信號占空比，控制背光的開關。