單片機(jī)在全自動CCFL觀片儀亮度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的應(yīng)用方案

3.2 光強(qiáng)信號采集與調(diào)理

光電傳感器在0～50 000 lux范圍的照度下產(chǎn)生O～412 mV的電壓，而單片機(jī)的A/D輸入電壓范圍為O～3.3V，因此系統(tǒng)采用LM324對信號進(jìn)行放大調(diào)理，其放大電路見圖3。為實(shí)現(xiàn)將0～412 mV的電壓放大到O～3.3V的范圍，設(shè)計(jì)放大倍數(shù)為8，放大倍數(shù)由式(1)確定：

Av=1+R24/R23 (1)

確定R23選擇10 kΩ電阻，R24選擇80 kΩ電阻。LM324由四個獨(dú)立的運(yùn)放組成，為了提高采集光強(qiáng)的準(zhǔn)確度，分別用兩個光電傳感采集CCFL光強(qiáng)，兩個采集環(huán)境光強(qiáng)，對這四路分別放大后直接輸入到C8051F350的高精度AD轉(zhuǎn)換通道0～3進(jìn)行A/D化處理。

3.3 主控部分

主控芯片采用了美國Silicon Laboratories公司的混合信號ISP FLAsH微控制器C8051F350，其內(nèi)部有一個全差分24位高精度Sigma-Delta模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，該ADC具有片內(nèi)校準(zhǔn)功能，保證了觀片儀亮度的高精度動態(tài)調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，采用模擬和數(shù)字分開供電，減少了數(shù)字信號和模擬信號之間的干擾。C8051F350主要控制觀片儀的自動開關(guān)、光信號的A/D轉(zhuǎn)換與處理、控制信號的輸出、RS 232串口通信。

3.4 控制信號放大

C8051F350內(nèi)部有兩個8位電流方式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(IDAC)，本系統(tǒng)選用IDACO，能實(shí)現(xiàn)O～255范圍的微調(diào)，保證了系統(tǒng)的精度要求。IDAC0的最大輸出電流可以有四種設(shè)置：O.25 mA，O.5 mA，1 mA和2 mA。設(shè)置IDAC0的滿量程輸出為0.5 mA，通過2kΩ電阻將電流轉(zhuǎn)化為電壓，電壓最大可達(dá)1V，再經(jīng)過LM358將電壓放大到0～6V后輸出，從而實(shí)現(xiàn)CCFL的高精度調(diào)光設(shè)計(jì)。

4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理

本系統(tǒng)采用2.6×380型號的CCFL和L88亮度計(jì)，測量CCFL在O～6 V之間不同控制電壓下的亮度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示，表中亮度為多次測量的平均值。為實(shí)現(xiàn)精確連續(xù)流暢的調(diào)光，避免傳統(tǒng)查表方式存在的精確度差占用存儲空間多的缺點(diǎn)，這里采用公式法計(jì)算輸出控制電壓。根據(jù)表1，利用最小二乘法求解方程ATAC=ATy，由Matlab數(shù)學(xué)軟件擬合出CCFL控制電壓與亮度的關(guān)系的表達(dá)式為：

U=-10.995 8+3.586 1B-0.233 6B2+O.004 3B3 (2)

式中：U為控制電壓值，B為對應(yīng)的亮度值

5 軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)方面主要包括上位機(jī)軟件和下位機(jī)程序。上位機(jī)軟件主要實(shí)現(xiàn)下位機(jī)最佳對比度等必要參數(shù)的設(shè)置，采用Visual C++6.0編寫。下位機(jī)固化程序主要包括觀片儀自動開關(guān)模塊程序、CCFL發(fā)光電壓控制模塊程序、RS 232通信模塊。采用模塊化設(shè)計(jì)方式，所有模塊采用中斷驅(qū)動方式，提高了系統(tǒng)的效率。

下位機(jī)程序主要配合硬件實(shí)現(xiàn)動態(tài)調(diào)光控制。調(diào)光控制程序?qū)崿F(xiàn)動態(tài)調(diào)節(jié)CCFL光強(qiáng)，按照傳統(tǒng)的方式是將電壓與對應(yīng)的亮度關(guān)系對照表下載到下位機(jī)中，調(diào)光時通過查表找出最接近的值。本系統(tǒng)調(diào)光根據(jù)控制電壓和亮度的函數(shù)關(guān)系通過計(jì)算獲得控制電壓，節(jié)省了下位機(jī)的存儲空間，同時提高了調(diào)光的速度并保證了CCFL發(fā)光強(qiáng)度變化的連續(xù)性。調(diào)光控制的具體實(shí)現(xiàn)由C8051F350自帶A/D對當(dāng)前采集的背景照明光強(qiáng)和環(huán)境光強(qiáng)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)化，背景照明和環(huán)境光強(qiáng)的比值與設(shè)定置值進(jìn)行比較，如果大于設(shè)定值則說明環(huán)境光變暗，此時需要將CCFL調(diào)暗到一定亮度，如果小于設(shè)定值則說明環(huán)境光變強(qiáng)，則需要提高CCFL的發(fā)光強(qiáng)度。CCFL的控制電壓可由式(2)計(jì)算得出，C8051F350將控制信號輸出調(diào)節(jié)觀片儀背景照明光強(qiáng)。

6 結(jié) 語

本文提出一種基于單片機(jī)C8051F350的冷陰極熒光燈(CCFL)觀片儀的全自動調(diào)光系統(tǒng)，當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)發(fā)生變化后自動調(diào)節(jié)觀片儀背景照明光源的亮度，使觀片儀亮度與環(huán)境光強(qiáng)比值達(dá)到最佳，系統(tǒng)閑置時，自動進(jìn)入節(jié)能狀態(tài)，大大提高了觀片儀的使用壽命。由實(shí)驗(yàn)可驗(yàn)證控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)觀片儀的自動開關(guān)，同時能有效地保證當(dāng)環(huán)境光強(qiáng)發(fā)生變化后觀片儀亮度自動調(diào)節(jié)，并使得背景照明光強(qiáng)與環(huán)境光強(qiáng)的比值達(dá)到最佳。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了觀片儀亮度動態(tài)調(diào)節(jié)，具有功耗低、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。