毕业设计－基于单片机的pwm调光灯

毕业设计－基于单片机的pwm调光灯内容摘要：

用，PWM 控制技术获得了空前的发展。 到目前为止，已出现了多种 PWM 控制技术。 一般情况下，调节脉宽调制信号的脉宽有两种方法，一种方法是采用模拟电路中的调制方法，另一种方法是使用脉冲计数法。 对于一般电机控制，采用第一种方法在控制电压变化时滤波的实现存在较大的困难，这主要是因为滤波频率较低、滤波精度要求 高和滤波电路的参数不易调整。 因此，本设计采用由单片机控制实现的脉冲计数法。 PWM 对于 LED 调光的优势 LED 调光目前有两种思路：一是线性调节 LED电流（即模拟调光），二是使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。 （ PWM）是属于数字调光的方法。 模拟调光通常可以很简单的来实现。 但是由于 LED光的特性要随着平均驱动电流而偏移。 对于单色 LED 来说，其主波长会改变。 对白光 LED来说，其相关颜色温度（ CCT）会改变。 用 PWM调光则保证了 LED发出设计 者需要的颜色。 PWM调光也可以提高输出电流精度。 用线性调节的模拟调光会降低输出电流的精度。 通常来说，相对于模拟调光， PWM 调光可以精度大于线性控制光输出。 从节能来说，没有可比性。 因为 PWM是保证 CCT 和颜色情况下测定电流（光强），模拟调光则是不存在这个前提。 如果要牺牲这个前提来考虑节能的话，需要实测数据。 但我估计在实现同等照度的情况下， PWM会有优势。 LED 生产商在他们的产品电气特性表中特别制定了一个驱动电流，这样就能保证只以这些特定驱动电流来产生的光波长或 PWM 调光保证了 LED 发出设 计者需要的颜色，而光的强度另当别论。 这种精细控制在 RGB 应用中特别重要，以混合不同颜色的光来产生白光。 从驱动 IC 的前景来看，模拟调光面临着一个严峻的挑战，这就是输出电流Opinos adugethry39。 mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB()精度。 几乎每个 LED 驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流。 电流辨别电压（ VSNS）通过折衷低能耗损失和高信噪比来选定。 驱动中的容差、偏移和延迟导致了一个相对固定的误差。 要在一个闭环系统中降低输出电流就必须降低 VSNS.这样就会反过来降低输出电流的精度，最终，输出电流无法指定、控制或保证。 通常来说，相对于模拟调光， PWM 调光可以提高精度，线 性控制光输出到更低级。 但是， PWM 调光有其劣势。 主要反映在： PWM 调光很容易使得白光 LED 的驱动电路产生人耳听得见的噪声（ audible noise，或者 microphonic noise）。 这个噪声是如何产生。 通常白光 LED 驱动器都属于开关电源器件（ buck、boost 、 charge pump 等），其开关频率都在 1MHz 左右，因此在驱动器的典型应用中是不会产生人耳听得见的噪声。 但是当驱动器进行 PWM 调光的时候，如果 PWM 信号的频率正好落在 200Hz 到 20kHz 之间，白光 LED 驱动器周围的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声。 所以设计时要避免使用 20kHz 以下低频段。 另外市面上也有些调光电路用到了可控硅调光， 可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的 LED 驱动器， LED 灯会产生闪烁，更不能实现宽范围的调光控制。 原因归结如下： (1)可控硅的维持电流问题。 目前市面上的可控硅调光器功率等级不同，维持电流一般是 7～ 75mA(驱动电流则是 7～ 100mA)，导通后流过可控硅的电流必须要大于这个值才能继续导通，否则会自行关断。 (2)阻抗匹配问题。 当可控硅导通后， 可控硅和驱动电路的阻抗都发生变化，且驱动电路由于有差模滤波电容的存在，呈容性阻抗，与可控硅调光器存在阻抗匹配的问题，因此在设计电路时一般需要使用较小的差模滤波电容。 (3)冲击电流问题。 由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能一直处于峰值附近，输入滤波电容将承受大的冲击电流，同时还可能使得可控硅意外截止，导致可控硅不断重启，所以一般需要在驱动器输入端串接电阻来减小冲击。 (4)导通角较小时 LED 会出现闪烁。 当可控硅导通角较小时，由于此时输入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电不够，电路停止工作， 使LED 产生闪烁。 基于单片机的 PWM 调光 7 LED 光源的特性 模拟调光通常可以很简单的来实现。 我们可以通过一个控制电压来成比例地改变 LED 驱动的输出。 模拟调光不会引入潜在的电磁兼容 /电磁干扰（ EMC/EMI）频率。 然而，在大多数设计中要使用 PWM 调光，这是由于 LED 的一个基本性质：发射光的特性要随着平均驱动电流而偏移。 对于单色 LED来说，其主波长会改变。 对白光 LED来说，其相关颜色温度（ CCT）会改变。 对于人眼来说，很难察觉到红、绿或蓝 LED 中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。 但是白光的颜色温 度变化是很容易检测的。 大多数 LED 包含一个发射蓝光谱光子的区域，它透过一个磷面提供一个宽幅可见光。 低电流的时候，磷光占主导，光趋近于黄色。 高电流的时候， LED 蓝光占主导，光呈现蓝色，从而达到了一个高 LED 的时候，相邻 LED的 CCT 的不同会很明显也是不希望发生的。 同样延伸到光源应用里，混合多个单色 LED 也会存在同样的问题。 当我们使用一个以上的光源的时候， LED中任何的差异都会被察觉到。 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB()3 电路设计 电路设计流程图 图 31 电路设计流 程图 主控元件与功能模块介绍 按键功能设计 本设计采用一个自锁开关，三个按键开关作为控制系统的按钮。 自锁开关作为电源开关，实现为整个电路上电，断电的功能。 按键开关一为复位开关，实现LED 任何时候的导通与关闭，当再次按下复位开关，点亮 LED 的亮度为默认按下复位开关关闭 LED 时的亮度，复位开关并不是电源的开关，而是让程序从第一步开始执行的功能开关。 余下两个按键开关作为调节亮度使用，即为增大亮度，减小亮度，长按则实现连续调节，实现无级调光。 主控元件单片机 STC89C52 是一种低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得STC89C52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。 具有以下标准功能： 8k字节 Flash， 512 字节 RAM， 32 位 I/O口线，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，三个 16 位定时 /计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工串行口。 空闲模式下， CPU停止工作，允许 RAM、定时器 /计数器、串口、中断继续工作。 掉电保护方式下， RAM内容被保存， 振荡器被冻结，单片机一切工作停基于单片机的 PWM 调光 9 止，直到下一个中断或硬件复位为止。 最高运作频率 35Mhz， 6T/12T 可选。 下图为 STC89C52 引脚图以及各引脚功能： 图 32 STC89C52 引脚图 VCC：供电电压。 GND：接地。 P0 口： P0 口为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8TTL 门电流。 当 P1口的管脚第一次写 1时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据 /地址的第八位。 在 FIASH 编程时， P0 口作为原码输入口，当 FIASH 进行校验时， P0输出原码，此时 P0 外部必须被 拉高。 P1口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P1 口缓冲器能接收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入 1后，被内部上拉为高，可用作输入， P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。 在 FLASH 编程和校验时， P1 口作为第八位地址接收。 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB()P2口： P2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2 口缓冲器可接收，输出4个 TTL 门电流，当 P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。 并因此作为输入时， P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。 这是由于内部上拉的缘故。 P2口当用于 外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时， P2 口输出地址的高八位。 在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时， P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2口在 FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口： P3 口管脚是 8个带内部上拉电阻的双向 I/O 口，可接收输出 4 个 TTL 门电流。 当 P3口写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。 作为输入，由于外部下拉为低电平， P3 口将输出电流（ ILL）这是由于上拉的缘故。 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口） /INT0（外部中断 0） /INT1（外部中断 1） T0（计时器 0外部输入） T1（计时器 1外部输入） /WR（外部数据存储器写选通） /RD（外部数据存储器读选通） RST：复位输入。 当振荡器复位器件时，要保持 RST 脚两个机器周期的高电平时间。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在 FLASH 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。 在平时， ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲 信号，此频率为振荡器频率的 1/6。 因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。 然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ALE 脉冲。 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址上置 0。 此时， ALE 只有在执行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起用。 另外，该引脚被略微拉高。 如果微处理器在外部执行状态 ALE 禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。 在由外部程序存储器取指期间，每个机器基于单片机的 PWM 调光 11 周期两 /PSEN 有效。 但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN 信号将不出现。 /EA / VPP：当 /EA 保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。 注意加密方式 1 时， /EA 将内部锁定为 RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。 在 FLASH 编程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 光源模块 本调光实物采用八只高亮度 LED 发光二极管作为光源模块，每只 LED正极分别接一个 330Ω的电阻作为限流电阻 ,引出的八个引脚集结为一个公共端作为 电路的 +5V 端，而每只 LED 的负极分别接 STC89C52 单片机 P1口的八个引脚，即为该电路的光源模块。 电源的选择与连接 选用 USB 供电，由于从 USB 的 4 号引脚出来的是 +5V 的直流电，故可以直接作为单片机供电电路用，一根 USB 内有四根芯线，通常红色和黑色作为电源线，红色为 +5V 电压，黑色为 0V 电压。 将这两根电源线分别于与自锁开关的两组自锁线路每一端相连，每组自锁线路都剩下一个引脚，对应接单片机引脚中的 VCC（ +5V）与 GND（ 0V），自锁开关作为整个电路的电源开关，控制整个电路电压的 供给。 实物连接如下图： 图 33 自锁开关接线图 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB() 其他元件工作特性 LED 发光二极管功能简介 50 年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode（发光二极管的缩写 ） ， 发 图 34 发光二极管构造图 光 二极管它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用 环氧树。