Управление яркостью подсветки 7-ми дюймового TFT LCD

Управление яркостью подсветки 7-ми дюймового TFT LCD

В настоящее время я занимаюсь проектом на Arduino с использованием TFT дисплея. Недавно мне захотелось добавить в него, казалось бы, простую функцию — функцию регулировки яркости. Нашёл в документации к библиотеке для работы с TFT дисплеем (UTFT Library) нужный метод: setBrightness(br);

Написал весь код, сделал все, как надо. Решил проверить, но, к моему удивлению, ничего не происходило. Начал разбираться. Спустя два дня, заметил небольшое примечание к методу: «This function is currently only supported on CPLD-based displays.» То есть, данная библиотека, не поддерживает мой дисплей. Но я узнал, что сам дисплей регулировку яркости поддерживает. Очень долго искал в интернете способы настройки, но так и не нашёл, поэтому решил добиться своей цели сам, несмотря ни на что, и у меня это получилось. И вот решил поделиться с теми, кому это может пригодиться.

Что нам понадобится?

• В качестве основы, я использовал Frearduino ADK v.2.2 на базе процессора ATmega2560
• TFT LCD Mega Shield v.2.2
• Сам дисплей — 7″ TFT LCD SSD1963 (Тут вы найдёте его описание, а так же необходимую документацию)
• UTFT Library — универсальная библиотека для работы с TFT дисплеями (Найти саму библиотеку, а так же документацию можно тут)
• Паяльник

Разберёмся с железом

Открыв схему дисплея, можно увидеть, что на конвертер mp3032 идет три входа: LED-A, PWM, 5V. Изначально, PWM неактивен. Этот вход не используется совсем. Подсветка управляется LED-A.

Если взглянуть на обратную сторону дисплея, можно найти область, подписанную как «Backlight control» . Здесь то мы и найдём эти самые входы. Для управления подсветкой методом ШИМ, необходимо сделать так, чтобы все было наоборот: LED-A — неактивен, PWM — активен. Для этого придётся перепаять перемычку. Вот фото того, что должно получиться:

Программная часть

Так как наша библиотека не может дать то, что нам надо, мы сами напишем нужную функцию. Для этого откроем документацию к контроллеру, управляющему дисплеем (SSD1963). Управление SSD1963 осуществляется с помощью специальных команд, которые передаются с Arduino через специальные выходы, которые описаны в документации:

Управление осуществляется следующим образом: Arduino выводит через RS (D/C в таблице) 0, если мы собираемся передавать команду, 1 — если данные. После передачи команды, RS переключается на 1, и далее передаются необходимые параметры. Все команды и параметры передаются через выходы D0-D7. Если у вас ATmega2560, то все эти восемь выходов объединены в порт C.

Итак, для начала, напишем функцию передачи данных по шине. Для удобства использования, я буду писать прямо в UTFT.h:

Также стоит обратить внимание на названия методов, так как в библиотеке уже могут встретиться функции с такими же именами.
Добавим две функции для вывода команд и данных:

Теперь сама настройка подсветки. Чтобы узнать, как осуществить все это, открываем документацию и ищем команду для настройки PWM.

Примечание:

PWM может управляться, с помощью DBC — система динамической регулировки яркости, но я, для простоты, не стал её использовать. Вы же, если хотите, можете найти необходимую информацию в той же документации.

Итак, вот, что нам надо:

То есть, сначала мы должны передать команду «0xBE», а потом, в качестве 3-х параметров передать частоту сигнала, длительность рабочего цикла, а также третий параметр, который определяет, включен DBC или нет (0x01 — выключен, 0x09 — включен).

Для регулировки самой яркости, необходимо изменять лишь частоту рабочего цикла. Так как мы передаём данные в виде одного байта, то значения цикла могут быть от 0 до 255. Я решил определить 9 уровней яркости (от 0 до 8). Следовательно, все 256 значений нужно разбить на 9 ступеней. Но также стоит обратить внимание на то, что если ступени будут равными, то яркость будет изменяться не так плавно, как хотелось бы. То есть уже, к примеру, на 4-ой ступени, яркость будет почти максимальной, а с 4-ой по 8-ую ступень будет изменять почти незаметно. Учитывая это, я решил использовать геометрическую прогрессию со знаменателем 2. То есть яркость будет вычисляться по следующей формуле: (2 ^ lvl) — 1 , где lvl — уровень яркости от 0 до 8. Обратите внимание, что так как значения начинаются с нуля, то необходимо вычесть единицу. Конечно, вы можете выбрать ступени и их значения сами, но я привёл вот такой, довольно просто пример. Теперь сам код:

Включаем питание. Светодиод плавно наращивает яркость, а затем плавно уменьшает. Мы сымитировали аналоговый сигнал на цифровом выходе с помощью широтно-импульсной модуляции.

Посмотрите приложенные видео, где наглядно показано изменение яркости светодиода, на подключённом осциллографе видно, как при этом меняется сигнал с Arduino.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) Arduino UNO и NANO работает на аналоговых выходах 3, 5, 6, 9, 10, 11 с частотой 488,28 Гц. С помощью функции analogWrite частота ШИМ изменяется в диапазоне 0 до 255 и соответствует коэффициенту заполнения импульса от 0 до 100 %. Для многих устройств частота PWM Arduino NANO слишком мала, поэтому ее требуется увеличить. Рассмотрим, как это правильно сделать.

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же обсудим его наиболее важные фрагменты.

Сначала в программе нам необходимо объявить используемые переменные и инициализировать используемые контакты – на pin 12 мы будем формировать ШИМ (PWM) сигнал, а на A0 считывать аналоговое значение напряжения.

Далее, в функции loop мы будем считывать аналоговое значение напряжения с помощью команды “ analogRead(LDR) ”, а затем сохранять это значение напряжения в переменной “value”. Потом при помощи несложных математических преобразований мы будем формировать ШИМ сигнал с нужным нам коэффициентом заполнения. Если аналоговое значение напряжения (с выхода АЦП) меньше 500, то мы будем адаптивно управлять яркостью свечения светодиода, а если больше или равно 500 – то мы будем включать его на полную мощность.

Более подробно об использовании ШИМ в Arduino можно прочитать в этой статье.

Скетч для экрана на Arduino LCD shield

Для работы с LCD экранами обычно используют популярную библиотеку LiquidCrystal . На этапе инициализации создается объект класса LiquidCrystal, в конструкторе которого мы указываем пины с подключенными контактами экрана. Для нашего шилда требуется использовать такой вариант: LiquidCrystal lcd(8, 9, 4, 5, 6, 7); Последовательность аргументов конструктора:

• RS (8)
• Enable (9)
• data(4)
• data(5)
• data(6)
• data(7)

Ничего сложного в работе с объектом нет. В setup() мы инициализируем объект, указывая ему количество символов и строк:

Для вывода информации на дисплей используем метод print():

Текст выведется в место текущего нахождения курсора (в начале работы скетча это первая строка и первый символ). Для указания произвольного положения курсора можно использовать функцию setCursor(<столбец>, <строка>):

Управление яркостью светодиода

Простой пример управления яркостью светодиода с помощью функции analogWrite(). AnalogWrite () использует широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Эффект изменения яркости достигается за счет очень быстрого, повторяющегося переключения напряжения на выходе с 0В на +5В (для некоторых плат стандартное напряжение +3.3В).

Необходимые компоненты

• контроллер Arduino
• макетная плата
• светодиод
• резистор 220 Ом

Подключение

Подключаем анод (обычно длинная ножка) светодиода через резистор сопротивлением 220 Ом к выходу номер 9 (pin 9). Катод (короткая ножка) подсоединяем напрямую к земле (Grd).

Схема

В секции setup() кода устанавливаем режим выхода для вход/выхода 9 (pin 9).

Функция analogWrite(), которая циклически вызывается в теле скетча, принимает два аргумента: номер выхода и значение ширины импульса ШИМ в диапазоне от 0 до 255.

Для управление яркостью светодиода, его плавного зажигания и плавного затухания, мы будем изменять значение ширины импульса, передаваемое в функцию analogWrite(). При значение 0 светодиод выключен, при 255 светодиод светит на полную яркость. В приведенном ниже скетче ширина импульса задается переменной brightness. Шаг изменения этого значения задан переменной fadeAmount.

Для плавного изменения яркости мы вводим задержку в конце главного цикла (тела) скетча — delay(30).