一種基于STM32 的Local Dimming 檢測工裝

戴宇明，謝成，羅和福

（1.創(chuàng)深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司，廣東深圳，518108；2.湖南紅太陽光電科技有限公司，湖南長沙，415000；3.湖南文理學(xué)院軟件工程，湖南長沙，415000）

0 引言

隨著液晶電視的廣泛使用，從技術(shù)發(fā)展趨勢上來說，如何降低背光的功耗最受到關(guān)注。因為背光源是最大的能量消耗者，降低了背光的功耗，也就大大降低了整機的功耗。這其中的技術(shù)包括改善背光源的驅(qū)動電路，改善 LED 的發(fā)光效率，開發(fā)新的 LED 種類。就目前而言Local Dimming 是改善背光源的驅(qū)動電路技術(shù)中最易于實現(xiàn)，效果最明顯的一項技術(shù)。任何一種背光搭配 Local Dimming 技術(shù)，都可以降低電量、提高顯示畫面對比值、灰階數(shù)、及減少殘影等。

Local Dimming 的基本原理是將整個背光分成n＊m個分區(qū)，然后通過獲取需要顯示的圖像的數(shù)據(jù)來對背光進(jìn)行相應(yīng)的操作。這樣相對的可以使暗的分區(qū)更暗、亮的分區(qū)更亮，從而在提高圖像質(zhì)量的同時也降低了整個背光的亮度提高了能效。在實際生產(chǎn)中，Loacl Dimming 背光模組總是提前于對應(yīng)的控制板完成，所以經(jīng)常會遇到?jīng)]有Local Dimming 背光模組檢測工裝的問題，而且由于Local Dimming 背光模組使用的方案不同，Local Dimming 背光模組的控制板并不能通用。鑒于此，本文給出了一種基于STM32 的Local Dimming 檢測工裝。

1 方案設(shè)計

整個工裝的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖

圖2 LT1117—3.3 原理圖

STM32 使用的是STM32F103 系列的芯片，此系列芯片最高主頻可達(dá)72MHz，而且支持低功耗模式，并且有豐富的IO 口可供使用，本次設(shè)置使用的是官方推薦的最小系統(tǒng)電路，此電路在各種STM32F103 系列使用場合都有應(yīng)用穩(wěn)定可靠；電源模塊使用的是LT1117-3.3 芯片，LT1117 系列芯片是一款低紋波的常用的低功率線性穩(wěn)壓電源芯片，在各種低功率場合都有應(yīng)用，其相關(guān)電路圖如圖2 所示。

Local Dimming 端子使用的是目前通用的控制端子，支持SPI 協(xié)議和自定義IO 口輸出；檢測報警模塊使用的是有源蜂鳴器；協(xié)議選擇模塊、分區(qū)選擇模塊和速率選擇模塊使用的都是8421型按鍵開關(guān)。8421 型按鍵開關(guān)外觀如圖3 所示。8421 型按鍵開關(guān)是一種帶顯示功能的按鍵開關(guān)，通過按壓開關(guān)上下兩個按鍵，可以實現(xiàn)開關(guān)中間的數(shù)字切換，同時在后面的端子中輸出對于數(shù)字的BCD 碼，相對于顯示器加普通按鍵的顯示操作方式，使用8421 型按鍵開關(guān)在簡單顯示應(yīng)用場合有著操作開發(fā)簡單、成本低、使用壽命長易于維護(hù)等優(yōu)勢。8421 型按鍵開關(guān)通過開關(guān)后面的4 根數(shù)據(jù)線組合輸出前面數(shù)字的值。其對應(yīng)的碼值表如表1 所示。

圖3 8421 型按鍵開關(guān)

表1 數(shù)據(jù)輸出方式（●：翻轉(zhuǎn) ○：默認(rèn)）

Local Dimming 背光模組有多種通訊協(xié)議，但是所有的協(xié)議的數(shù)據(jù)都可以總結(jié)為如下格式：

引導(dǎo)碼+命令字+對應(yīng)分區(qū)的數(shù)據(jù)+校驗位

此外還有對Local Dimming 背光模組顯示同步信號（V-Sync）的控制。

對于這一類型的協(xié)議，我們將相關(guān)的引導(dǎo)碼、校驗方式進(jìn)行整理歸納，將其固化到程序中，并對其進(jìn)行整理編號：

協(xié)議選擇模塊的第一個數(shù)字顯示適配引導(dǎo)碼類型，如數(shù)字為0 的時候引導(dǎo)碼為0x55，數(shù)字為1 的時候引導(dǎo)碼為0xaa…數(shù)字為9 的時候引導(dǎo)碼為0x33；協(xié)議選擇模塊的第二個數(shù)字顯示適配命令字類型，如數(shù)字為0 的時候為無命令字，數(shù)字為1 的時候為對應(yīng)操作對應(yīng)分區(qū)的命令字，數(shù)字為2 的時候能響應(yīng)開關(guān)HDR 功能相關(guān)命令；協(xié)議選擇模塊的第三個數(shù)字顯示Local Dimming 背光模組顯示同步信號（V-Sync）的控制，如數(shù)字為0 的時候為工裝不發(fā)出同步信號Local Dimming 背光模組發(fā)出的同步信號進(jìn)行同步控制，數(shù)字為1 的時候工裝主動發(fā)出60Hz 的同步信號來進(jìn)行同步控制，數(shù)字為2 的時候工裝主動發(fā)出60Hz 的同步信號來進(jìn)行同步控制；協(xié)議選擇模塊的第四個數(shù)字顯示適配校驗方式的類型，如數(shù)字為0 的時候為無校驗方式，數(shù)字為1 的時候校驗方式為CRC 校驗；數(shù)字為2 的時候為位或校驗；協(xié)議配置完成后，軟件按照一定的測試流程輸出Local Dimming背光模組測試信號即可，測試信號的流程如圖4所示。

圖4 測試信號流程圖

開始測試后，先將整個Local Dimming 的IO 口設(shè)置到使能和初始化狀態(tài)，防止在輸出的時候由于起始狀態(tài)不對造成一些誤動作；然后根據(jù)Local Dimming 檢測工裝配置的對應(yīng)協(xié)議，先輸出一個背光亮度為全亮度的80%的背光全亮命令，保持這個狀態(tài)2 秒；2 秒以后，背光燈按照從左往右、從上往下的順序依次開始點亮，這就是傳統(tǒng)的跑馬燈程序。

整個系統(tǒng)軟件流程如下：

系統(tǒng)上電以后先對自己的整個系統(tǒng)進(jìn)行初始化，然后讀取8421 按鍵開關(guān)的數(shù)據(jù)，獲得使用的協(xié)議、分區(qū)的多少和顯示速率數(shù)據(jù)，然后跟芯片內(nèi)部配置的相關(guān)數(shù)據(jù)做對比，找到對應(yīng)數(shù)據(jù)，如果沒有找到對應(yīng)數(shù)據(jù)的話就使用蜂鳴器報警；找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)后們根據(jù)其配置進(jìn)行Local Dimming控制端子的適配，配置其為對應(yīng)的輸出模式，并且設(shè)置好對應(yīng)的通訊協(xié)議；配置好后就輸出對于的Local Dimming 控制命令，發(fā)出命令后就等待Local Dimming 背光模組返回給的對應(yīng)的命令，如果返回的是成功的命令的話就繼續(xù)發(fā)送下一條測試命令，反之則使用蜂鳴器報警。

圖5 系統(tǒng)軟件流程圖

整個Local Dimming 檢測工裝的硬件軟件結(jié)果如上。從上面可以看出，整個系統(tǒng)使用的都是目前成熟穩(wěn)定的硬件方案，使用8421 型按鍵開關(guān)，替代了常規(guī)的顯示屏加普通按鍵的方案，使整個系統(tǒng)更加簡潔，成本也有所下降；在系統(tǒng)軟件的開發(fā)過程中，由于沒有了顯示屏，所以省去了響應(yīng)的初始化和相對繁雜的操作命令，整個系統(tǒng)軟件簡潔明了，提高了軟件的健壯性，也更有利于后期的維護(hù)。

2 小結(jié)

以前進(jìn)行Local Dimming 背光模組檢測需要，準(zhǔn)備專門的控制板，需要等待控制板制作完成，并且一塊控制板只能在一種類型上的，這個造成了資源浪費導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長，現(xiàn)在使用Local Dimming 檢驗工裝以后，根據(jù)產(chǎn)線反饋，現(xiàn)在進(jìn)行Local Dimming 檢測無需等待專門的控制板制作完成，直接在Local Dimming 檢驗工裝進(jìn)行簡單的適配就可以完成，極大的節(jié)省了準(zhǔn)備時間；而且由于現(xiàn)在工裝能做到適配不同的協(xié)議，所以減少了專門的控制板的制作成本和維護(hù)費用，經(jīng)初步測算，每年能節(jié)約10 萬相關(guān)成本。