记一次有趣的LED闪屏消除及模拟PWM降低尖峰电流

 

        我们的体温计项目中，显示屏上边有背光可以点亮。硬件的同事在设计的时候，最开始是直接将led接到了回路上。当电压变化的时候，会导致led的亮度跟随变化。我们的产品上使用的电池是1620，驱动能力不足，当时用saadc采集温度或者广播、扫描等操作的时候，都会产生较大的电流，使电路上出现无法忽视的压降，于是led也不停的闪烁~

        出于成本上的考虑，硬件最初不同意做任何改变，然后只能软件上想办法解决。

        因为要做预测算法，所以产品采样的频率特别高，每秒钟会进行10次采样，每次采样都会出现较大的压降，也就是说，采样会导致LED屏幕疯狂闪烁！但是屏幕每次都会持续亮好几秒，不可能在亮屏的时候中断采样，看起来是一个无解的问题。

        这里我们有一个逗比同事提出了一个特别有灵性的办法：加快采样频率！理论是人眼的分辨率是64Hz，如果屏幕每秒钟闪烁的次数超过了64次，那么眼睛就不会被闪瞎了。emmm，经过验证，这是一个可行的解决办法，但是此方法仍然会导致屏幕轻微的闪烁，毕竟每次的压降并不完全一致。但是在辅以降低亮度后，勉强让眼神不好的看不出来了。。。

        然后，体温计设计有蓝牙主从一体的功能，广播和扫描带来的电流尖峰都会导致屏幕闪烁。这里的话，只能在屏幕LED亮起的时候，关闭广播和扫描，屏幕不亮的时候重新打开，然后不亮的时候，还需要将采样频率恢复到1秒10次以节省电量。

        我这边软件的实现方式是：在LED模块中添加一个点亮和关闭的回调接口来通知所有注册过的模块，然后还需要添加一个查询当前点亮状态的函数。

        这里的话，由于整个项目都是自己做的，需要多少个回调接口很清楚，所以直接在这里简单定义了一个数量。如果是多人合作或者暂时不清楚需要通知多少个模块的话，最好采用动态分配的方式来实现。

#define LED_CHANGE_CB_CNT  3
typedef struct{
	uint8_t size;
	on_led_state_changed cb[LED_CHANGE_CB_CNT];
}led_change_cbs;
led_change_cbs g_led_change_cbs={0};

        定义回调函数接口：

typedef void(*on_led_state_changed)(bool is_on);

        添加接口用于注册回调函数：

void set_on_led_state_changed_cb(on_led_state_changed cb){
	if(g_led_change_cbs.size==LED_CHANGE_CB_CNT){
		return;
	}
	for(int i=0;i

        这样，其他模块需要在LED状态发生变化的时候得到通知，就可以使用set_on_led_state_changed_cb这个接口来注册一个回调，从而进行相应的处理。具体到我们项目中就是，调整采样频率，开启或关闭广播和扫描。

        

        由于加快频率的方法并不完美，仍然能看到少许的闪烁，很久以后...决定增加一个LDU模块，据硬件的同事说，这个模块可以稳定LED的电压，只要电压高于LDU设计的水平，就可以让LED的输入电压稳定下来，不再闪烁。增加LDU之后，看起来挺完美的，确实不闪了。硬件又说，加了LDU之后，不可以再使用PWM模式驱动了，说是高频PWM可能会损坏LDU，必须直接连通。软件改为直接连通之后，当电池电量充足的时候，屏幕可以正常点亮，当消耗掉部分电量的时候，开机后居然立即重启了。

        百思不得其解，接上电源分析仪器，发现亮屏的一瞬间，有一个尖峰电流居然高达0.11A。对比了一下使用PWM的情况，亮屏的时候也很大，48mA，但是比直接接通要低很多。其实48mA也是不能接受的，硬件解释了一下，说LDU有一个充电的过程巴拉巴拉，导致电池放电。

        好吧，什么方案都有利弊，但是软件必须得解决这个问题。

        仔细对比使用和不使用PWM，这其中的区别，唯一的点就在于PWM是间歇性的接通的，不使用的时候，是持续接通的。那么，是否是因为PWM将LDU充电的过程分为了好几段，连通一段时间，断开一段时间，给了电池恢复的时间呢？那么解决方案就是，亮屏的一瞬间，模拟一小段PWM的操作呗。

static void patch_for_ldu_high_elec(void){
#if (LED_ENABLE)
	#if (!LED_USE_PWM)
		for(int i=0;i<200;i++){
			nrf_gpio_pin_clear(LED_PIN);
			nrf_delay_us(1);
			nrf_gpio_pin_set(LED_PIN);
			nrf_delay_us(50);
		}
	#endif
#endif	
}

        这里的话，数据是通过反复试验得来的，测得最终的尖峰电流是16mA，平均电流6.8mA，持续约10ms。上边的代码模拟了一个大约19K频率，占空比为1.9%的PWM，持续时间为10ms。如果将占空比调整得更低，可以将尖峰电流降到更低的地步，但是这样的话，会相应的增加需要持续的时间。

        这个问题的解决原理是，将LDU的充电过程分散到200个周期中，每个周期都短暂接通1us然后断开50us。当LDU充电完成，不再大幅度影响电路电压的时候，就可以正常接通LED了。