一种LED显示屏系统的亮度调节方法与流程

本发明属于光电技术领域，具体是涉及一种LED显示屏系统的亮度调节方法，适用于对手持式设备和各种终端设备的LED显示屏的亮度调节。

背景技术：

当前对于手持式设备和各种终端设备，如手机，平板电脑，笔记本电脑等，在夜晚黑暗环境下，其屏幕亮度即使调到最低也非常刺眼，这种黑暗环境下的高对比度的屏幕光线对人眼会造成极大的刺激和伤害，同时会影响到周边人员。然而，由于在技术上的繁杂难度，和极高的开发成本，目前并未有相对应的技术措施来解决该问题

目前市场上，尤其在移动设备上，在亮度调节上只有几阶到十几阶(阶：从最暗到最亮需要调节的次数，如通过按键)，且无法实现更低亮度的调节。其实这种能够将屏幕亮度调到极限低的需求非常之多，但因其技术复杂性导致没有好的实现方案。比如有的手机阅读器推出夜晚模式，只是通过调整阅读器本身的背景颜色来降低对人眼的刺激，只有在此阅读环境下看起来比较柔和，但离开阅读器依旧变得刺眼，并没有从根本上解决问题。

对一般的黑暗环境尚且有诸多需求，在特定的环境如太空的夜晚、地下无光环境、封闭的无光环境等，这种需求就更加突出，在比较黑暗的环境里如果亮度达到15nits以上，人眼近距离观看更是无法承受这种光线的刺激。

在此需求背景下，我们率先进入该领域的研究与开发，指在实现极低亮度的显示技术，该技术可以大规模应用到从消费类的手机、平板电脑、笔记本电脑、台式机等到行业应用的电子飞行终端、车载电脑、深井作业终端等等各类含有显示屏幕的产品，解决目前行业内的空白难题，并实现极高的产业价值。

技术实现要素：

基于现在技术的问题，我们提出了一种LED显示屏系统的亮度调节方法，实现高精度亮度调节，可以将LED显示屏亮度调到极低，在极暗和极亮的环境下人眼可以识别LED显示屏上的内容。

本发明是通过以下的技术方案来实现的。

提供一种LED显示屏系统的亮度调节方法，LED显示屏系统包括有调节亮度的输入信号端，PWM控制器和PWM信号发生器，以及用以产生LED灯的背光电流的LED电源驱动器；该方法基于LED显示屏系统实现对LED显示屏亮度进行调节，包括如下步骤：

S1、获取PWM控制器的占空比与LED显示屏物理亮度的对应关系；

S2、获取输入信号端的调节信号和当前的占空比，根据调节信号比较判断并设置PWM控制器输出的占空比；

S3、根据占空比由PWM信号发生器生成对应的LED显示屏物理亮度的PWM信号；

S4、根据PWM信号由LED电源驱动器调节显示屏背光LED灯的亮度。

进一步的，所述S1步骤还包括预先进行设置PWM控制器的占空比与LED显示屏物理亮度的对应关系，具体而言是，将显示屏的物理亮度的最大值对应为占空比100％，将显示屏的物理亮度的最小值对应为占空比0％，采用分段拟合方式计算出物理亮度与占空比的对应关系。

进一步的，所述S2步骤中设置PWM控制器输出的占空比是通过PWM周期寄存器和PWM比较寄存器实现，具体是PWM占空比＝PWM比较寄存器值/PWM周期寄存器值，其中PWM周期寄存器值为固定值，设置PWM比较寄存器值以达到设置PWM控制器输出的占空比；

进一步的，所述的PWM控制器为分辨率13bit的PWM控制器；所述输入信号端包括机械按键模块，以及基于I2C或UART通讯接口实现系统下的软件调节按键模块

本发明的技术方案是LED灯光亮度的微控调节技术，可以将显示屏亮度亮度调节到极低，使LED显示屏在黑暗环境中，依然可以清晰看到屏幕内容，不会干扰到人眼视觉，同时对人眼几乎没有刺激伤害；主要用于配备LED显示屏的设备上，在极暗和极亮的环境下人眼可以识别LED显示屏上的内容。

附图说明

图1是本发明实施例中的LED显示屏系统的结构框图。

图2是本发明实施例中的LED显示屏系统调节亮度的流程图。

图3是本发明实施例中的物理亮度与PWM占空比值线性关系图。

图4是本发明实施例中的LED显示屏系统的软件处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明，以使本领域的技术人员能清楚完整的理解本发明的技术内容。

参照图1所示，本实施例的亮度调节方法是基于显示终端的LED显示屏系统，LED显示屏系统包括有PWM控制器、PWM发生器，LED电源驱动器以及作为调节信号的输入端的机械按键，机械按键也可通过I2C或者UART通讯接口实现系统下的软件调节按钮进行替代。

PWM控制器采用高达13bit的PWM控制器，具有可编程功能，将软件部分的代码将烧录到控制器的ROM里，PWM发生器通过PWM控制器依法算出对应的PWM信号组LED电源驱动器，LED电源驱动器根据组出对应占空比的PWM信号来调节LED灯的背光电流，从而实现亮度的增加或减小，并PWM的高BIT使占空比的精度大大提高，实现高分辨率的亮度调节范围。点空比是指PWM的一个脉冲循环周期内通电时间所占的比例。

参照图2所示，亮度调节过程主要包括如下步骤S1、S2、S3和S4；

S1、获取PWM控制器的占空比与LED显示屏物理亮度的对应关系；

首先要预先进行设置PWM控制器的占空比与LED显示屏物理亮度的对应关系，PWM控制器的输出脉冲波为数字输出，就是其幅值只有高电平“1”和低电平“0”之分，若要生成周期为T的脉冲，就可以利用单片机编程指令控制其输出端输出“1”，并且保持一段时间Tp，然后再输出底电平“0”，同样使其保持一段时间Tr完成一个周期T的脉冲波，而PWM脉冲波是能够调节占空比。占空比是指正半周脉宽占整个周期的比例，即高电平保持时间于周期的比值Tp/T*100％，T为脉冲周期，该比值为百分数，因此在周期一定的情况下，调节占空比就是调节高电平保持的时间；

开始前设定一个初始PWM占空比，脉冲波是利用单片机定时中断去确定脉冲波的周期，并且通过机械按键自增和自减某个变量送至中断中，根据当前的占空比通过此变量去分配高低电平各自占用的时间，以形成不同的占空比，占空比调节范围在0％-100％，将其对应于LED电源驱动器输出的背光电压，占空比为0％对应输出的背光电压为0，占空比为100％对应输出的背光电压即是LED灯背光电路最大的工作电压或者电流，分别对应的就是显示屏就是最暗和最亮的程度；

具体是将显示屏的物理亮度的最大值对应为占空比100％，将显示屏的物理亮度的最小值对应为占空比0％，采用分段拟合方式计算出物理亮度与占空比的对应关系，一般认为物理亮度与PWM占空比值为简单的线性关系，参照图3中所示。

S2、获取输入信号端的调节信号和当前的占空比，根据调节信号比较判断并设置PWM控制器输出的占空比；输出的PWM占空比，是要通过设置PWM周期寄存器和PWM比较寄存器实现，PWM占空比＝PWM比较寄存器/PWM周期寄存器。对于调节信号的比较判定是通过PWM内的软件实现，参照图3所示，软件处理流程主要包括步骤如下：

S201、获取输入信号端的设置亮度的指令，判断是否为增加亮度的短按键，是则进入S202步骤，否则进入S211步骤；

S202、获取当前输出的占空比是否小于100％，是则进入S203步骤，否则保持占空比不变；

S203、将当前输出的占空比增加1％，达到增加LED显示屏物理亮度。

S211、获取输入信号端的设置亮度的指令，判断是否为增加亮度的长按键，是则进入S212步骤，否则进入S221步骤；；

S212、获取当前输出的占空比是否小于95％，是则进入S213步骤，否则保持占空比不变；

S213、将当前输出的占空比增加5％，达到增加LED显示屏物理亮度。

S221、获取输入信号端的设置亮度的指令，判断是否为降低亮度的短按键，是则进入S222步骤，否则进入S231步骤；；

S222、获取当前输出的占空比是否大于0％，是则进入S223步骤，否则保持占空比不变；

S223、将当前输出的占空比降低1％，达到降低LED显示屏物理亮度。

S231、获取输入信号端的设置亮度的指令，判断是否为降低亮度的长按键，是则进入S232步骤；

S232、获取当前输出的占空比是否大于5％，是则进入S233步骤，否则进入S234步骤，否则将当前输出的占空比设置为0％；

S233、将当前输出的占空比降低5％，达到降低LED显示屏物理亮度。S3、根据占空比由PWM信号发生器生成对应的LED显示屏物理亮度的PWM信号；

调节信号的输入端按键可以是机械按键也可以是触控按键，按键的默认输出信号一般为高电平，每触发一次按键便输出一个负脉冲调节信号给PWM控制器，根据负脉冲低电平的时间还可以分为短按键和长按键两种，然后产生的脉冲信号传送给PWM控制器，PWM控制器在接收一个脉冲信号后便通过软件判断及设置占空比，再控制PWM发生器产生一个对应脉宽的PWM信号给LED电源驱动器。

S4、根据PWM信号由LED电源驱动器调节显示屏背光LED灯的亮度；LED电源驱动器用于产生LED灯需要的电流，电流的大小直接影响LED灯的亮度，其电路部分为通用的LED灯背光电路，主要由PWM输入端，使能端，Boost switch输出端，电感，二极管，LED电源输出端以及LED灯的反馈端等组成。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。