本論文主要是運用CPLD (Complex Programmable Logic Device)設計一模糊控制器,來達到自動調控系統的顯示器背光亮度，使系統可在不同的環境照度下，提供適當的背光源，如此可達到節能省電，並可提升系統的電池使用長效性，並且讓使用者得到最佳的視覺感受。我們所研製的系統透過光電二極體，可以隨時偵測系統使用環境的照度變化情形。經由模糊控制晶片上的模糊化電路、規則庫電路、推論引擎電路以及解模糊化電路等主要電路模組執行模糊運算，並產生所需的脈波寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號來調整背光亮度，以使系統在不同的環境照度下，提供最適當的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)背光源。
    本文與現存類似系統最大不同，是我們運用模糊控制可達到更多區段且線性、連續式的穩定自動控制，且能藉由程式的修改，輕易的達成更有彈性的設計與運用，而這也是使用傳統硬體控制方法所不足的地方。

This thesis, based on the use of complex programmable logic device (CPLD), mainly concerns with the design and implementation of a fuzzy logic controller (FLC) so as to automatically adjust the backlight brightness of a display-system.It provides sufficient backlight brightness under different environment,saves energy, extends the lifetime of batteries and makes the user comfortable.
   The proposed system detects the environmental illuminance by a photodiode. After A/D conversion, the signal is injected into the FLC chip which consists of the fuzzifier circuit, rule based circuit, inference engine circuit,and defuzzifier circuit.In response to the variation of environmental illuminance, the FLC carries out the designated fuzzy operations. This in turn produces an appropriate pulse width  modulation (PWM) signal for adjusting the light emitting diode (LED) backlight brightness.
   The major difference between the system proposed in this thesis and the similar ones is the use of fuzzy control, which makes the change of illuminance automatic and smooth. All of these can be done via the proposed FLC,which will not be achieved by traditional hardware control.

中文摘要I
英文摘要II
目錄III
圖目錄VII
表目錄XI
第一章 緒論1
1.1 前言1
1.2 研究動機與目的	2
1.3 論文綱要3
第二章 智慧型背光控制系統介紹4
2.1 系統功能說明4
2.2 系統設計概念5
2.3 系統電路與實體介紹10
第三章 背光模組與背光源驅動電路介紹13
3.1 背光模組13
3.2 背光模組各元件功能介紹15
3.2.1 光源15
3.2.2 導光板及各種光學模片19
3.3 LED背光源驅動電路設計23
3.3.1 定電流脈波寬度調變式驅動調光電路23
3.3.2 脈波寬度調變應用於LED電流驅動控制原理24
3.3.3 串聯開關式調光電路架構介紹26
3.3.4 LED驅動IC介紹28
3.3.5 LED串並聯驅動架構比較29
第四章 光感測與類比數位轉換電路介紹33
4.1 背光模組各元件功能介紹33
4.1.1 光感測器33
4.1.2 光電流轉換電路34
4.2 類比數位轉換電路介紹38
4.2.1 類比數位轉換IC介紹38
4.2.2 TLV1572接腳圖與腳位說明38
4.2.3 TLV1572傳輸協定40
4.2.4 類比數位轉換電壓值介紹41
第五章 模糊系統介紹42
5.1 模糊系統基本架構42
5.1.1 模糊化模組42
5.1.2 模糊推論的方式44
5.1.3 解模糊化模組46
5.1.4 知識庫47
5.2 模糊控制晶片設計方法47
5.2.1 前件部、後件部與歸屬函數的定義47
5.2.2 模糊規則庫之建立50
5.2.3 模糊推論51
5.2.4 解模糊化51
5.2.5 模糊系統晶片內部架構52
第六章 實驗結果55
6.1 系統成品介紹55
6.2 測試方法與測試設備介紹	60
6.2.1 測試方法60
6.2.2 測試治具61
6.2.3 測試儀器63
6.3 測試結果66
6.3.1 PWM與電流的量測66
6.3.2 不同的環境照度與電流的轉換量測68
6.3.3 本系統與現有系統功耗之比較70
第七章 結論與未來研究方向71
參考文獻72

圖2.1  系統功能說明4
圖2.2  糊模控制系統方塊圖6
圖2.3  環境照度範圍分佈圖8
圖2.4  環境照度和PWM訊號對應關係9
圖2.5  智慧型背光控制系統電路圖11
圖2.6  智慧型背光控制系統實體圖12
圖3.1  直下式背光模組架構14
圖3.2  側照式背光模組架構14
圖3.3  9吋背光模組實體圖15
圖3.4  發光二極體發光原理17
圖3.5  白光LED實體圖19
圖3.6  導光板光學特性20
圖3.7  導光板之網點20
圖3.8  反射片結構21
圖3.9  光打入擴散片形成漫射示意圖22
圖3.10 定電流脈波寬度調變23
圖3.11 降低背光源LED亮度之PWM訊號25
圖3.12 提高背光源LED亮度之PWM訊號25
圖3.13 一個週期的PWM脈寬調變26
圖3.14 PWM平均電流輸出結果26
圖3.15 串聯開關式脈波寬度調變驅動調光電路27
圖3.16 串聯開關式脈波寬度調變驅動調光電路波形圖27
圖3.17 AW1001驅動IC符號與腳位功能圖28
圖3.18 AW1001規格書設計建議線路圖29
圖3.19 LED並聯驅動方式30
圖3.20 LED串聯驅動方式30
圖3.21 LED串並聯驅動方式31
圖3.22 LED背光源完成實體圖31
圖3.23 LED光源裝入背光模組實測圖32
圖4.1  HAMAMATSU S1133實體與符號圖33
圖4.2  零偏壓電路34
圖4.3  非反向放大電路35
圖4.4  光感測電路與照度計實測比較圖(201 LUX)36
圖4.5  光感測電路與照度計實測比較圖(1423 LUX)37
圖4.6  TLV1572接腳圖39
圖4.7  TLV1572功能示意圖39
圖4.8  TLV1572在微處理器模模式下的應用時序圖40
圖4.9  類比數位轉換訊號原理圖41
圖5.1  模糊系統基本架構42
圖5.2  照度的模糊集合43
圖5.3  Mamdani的 Min-Max模糊推論法45
圖5.4  糊模系統48
圖5.5  L的歸屬函數值48
圖5.6  dL的歸屬函數值48
圖5.7  f之模糊單點值48
圖5.8  前件部與後件部所對應的論域值49
圖5.9  模糊規則編輯器50
圖5.10 模糊規則瀏覽器52
圖5.11 模糊系統晶片(FSC)內部程式架構54
圖5.12 模糊晶片電路圖54
圖6.1  智慧型背光控制系統56
圖6.2  模糊控制晶片57
圖6.3  直流升壓電路57
圖6.4  LED驅動電路58
圖6.5  9吋背光模組58
圖6.6  LED背光源板59
圖6.7  光感測電路59
圖6.8  TLV1572類比數位轉換器60
圖6.9  系統測試方法示意圖61
圖6.10 環境照度模擬光源治具電路圖61
圖6.11 環境照度模擬光源治具實體圖62
圖6.12 高功率LED光源62
圖6.13 數位示波器64
圖6.14 電源供應器64
圖6.15 照度計65
圖6.16 三用電表65
圖6.17 PWM duty 70%67
圖6.18 電流輸出為42mA67
圖6.19 環境照度與電流轉換測試結果記錄圖69

表2.1  CNS國家照度標準7
表2.2  環境照度與系統調光模式對照表8
表2.3  環境照度與驅動背光LED平均電流關係10
表3.1  CCFL與LED優缺點比較表16
表3.2  二種主要白光LED的製做方式18
表3.3  白光LED電子特性19
表3.4  AW1001電子特性28
表3.5  LED串並聯比較分析30
表4.1  S1133電子特性34
表4.2  光感測電路與照度計測試比較結果記錄37
表4.3  TLV1572接腳功能說明40
表5.1  溫度的模糊集合43
表5.2  模糊系統規則庫51
表6.1  測試儀器規格表63
表6.2  PWM與輸出電流測試結果68
表6.3  環境照度與電流轉換測試結果記錄表69
表6.4  本系統與現有LED背光源功耗比較表70

[1] 高家聲，智慧型散熱控制暨保護系統，淡江大學電機工程學系
    碩士在職專班碩士論文，民97年。

[2] CNS國家標準局 http://www.cnsonline.com.tw/。

[3] 張皓翔，LED液晶顯示器背光模組之光學最佳設計，清華大學  
    光電工程研究所產業研發碩士專班碩士論文，民96年。

[4] T. Otani, “LED Backlights Boost LCD TV Color,” 
    Nikkei Electronics Asia, 2005.
	
[5] 曾偉菁，發光二極體發光特性與其驅動電路之研究，成功大學
    電機工程學系碩士班碩士論文，民95年。

[6] 周楷勳，高功率切換式LED背光源電源電路設計與分析，清華大
    學電子工程研究所碩士班碩士論文，民95年。

[7] 林宸生，近代光電工程導論，全華科技圖書股份有限公司，民
    88年。

[8] 江晉一，液晶螢幕之自動調光與變頻器效率之提升，淡江大學
    電機工程學系碩士在職專班碩士論文，民97年。

[9] G. Harbers, W. Timmers , and W. Sillevis-Smitt, “LED 
    backlighting for LCD-HDTV,” Proc. 2nd International 
    Display Manufacturing Conference, 2002, pp.181-184.

[10] 朱正之，適用於LCD TV之LED背光電源電路之研製，台灣科技
     大學電子工程系碩士班碩士論文，民95年。

[11] A. Fisher，中小尺寸背光源全面升級，2008新電子科技雜
     誌，pp. 65-71。

[12] 盧明智，感測器應用與線路分析，全華科技圖書股份有限公
     司，民90年。

[13] 德州儀器 http://www.ti.com。

[14] 王文俊，認識Fuzzy，全華科技圖書股份有限公司，民91 年。

[15] G. J. Klir and B. Yuan, Fuzzy Stes and Fuzzy Logic 
     Theory and Applications, Prentice-Hall, 1995.

[16] J. D. Jones and Y. Hua, “A Fuzzy Knowledge Base to 
     Routine  Engineering Design,” Fuzzy Sets and  
     Systems, 1998, pp.267-278.

[17] 吳明宗，以模糊邏輯設計交換式直流電源轉換器，淡江大學電
     機工程學系碩士班碩士論文，民93年。

[18] 莊鈞閔，模糊控制系統設計與實現，淡江大學電機工程學系碩
     士班碩士論文，民91年。

[19] 宋嘉榮，直流至直流模糊控制電源轉換器之設計與實現，淡江
     大學電機工程學系碩士班碩士論文，民98年。

[20] 盧毅，VHDL與數位電路設計，文魁資訊股份有限公司，民90
     年。


[21] LED背光與CCFL背光功耗對比測試
     http://financenews.sina.com/h/2009-06-18/
     05053190150_5.shtml。