1、摘要 現(xiàn)代家居設(shè)計(jì)大多數(shù)開始拋開白熾燈以及冷光燈，而更加傾向于大功率LED照明系統(tǒng)，LED的內(nèi)在特征決定了它是最理想的光源去代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光源，它有著廣泛的用途。它具有體積小LED根本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。耗電量低LED耗電非常低，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超過0.1W。使用壽命長(zhǎng)在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬小時(shí)。高亮度、低熱量，環(huán)保LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會(huì)造成污染，同時(shí)LED也可以回收再利用。鞏固耐用LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和

2、熒光燈管都鞏固。燈體內(nèi)也沒有松動(dòng)的局部，這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。等優(yōu)勢(shì)。本設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)控制DAC0832來控制運(yùn)放驅(qū)動(dòng)恒流源。關(guān)鍵字：AT89S52，恒流源，DAC0832 第一章 緒論 近年來，世界范圍內(nèi)的能源短缺和環(huán)境污染問題越來越嚴(yán)重，節(jié)能減排成為全世界共同關(guān)注的研究課題。興旺國(guó)家照明用電占發(fā)電總量的比例是19 ，我國(guó)也到達(dá)10 。隨著經(jīng)濟(jì)開展，我國(guó)的照明用電將還會(huì)逐步提高，因此對(duì)綠色節(jié)能照明的研究越來越受到重視。發(fā)光二極管(1ight emittins diode，LED)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，與傳統(tǒng)的自熾燈

3、和熒光燈相比，具有光效高、耗能少、壽命長(zhǎng)、無輻射等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，假設(shè)是用固體LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)照明設(shè)備，全球照明能耗將可以節(jié)約50 以上，所以LED將會(huì)成為最具前景的照明產(chǎn)品。然而，目前LED照明在應(yīng)用上仍存在某些問題。LED驅(qū)動(dòng)電源要求高效率、高功率因數(shù)、高電流控制精度、高可靠性、平安隔離、符合EMI標(biāo)準(zhǔn)、體積小、本錢低等。中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心于2021年12月發(fā)布的?LED筒燈節(jié)能認(rèn)證規(guī)那么?規(guī)定對(duì)于515 W的LED照明產(chǎn)品，要求功率因數(shù)必須大于07，如此才能進(jìn)一步達(dá)成節(jié)能的目的。本文設(shè)計(jì)了一種基于FAN103的LED小功率恒流源，具有效率高、功率因數(shù)高、控制精度高、體積小、本錢低等特點(diǎn)。

4、1.2 LED開展現(xiàn)狀及應(yīng)用意義和前景20世紀(jì)60年代問世的LED在短短的30多年里，取得飛速開展。第一批產(chǎn)品出現(xiàn)在1968年，工作電流20mA的LED的光通量只有千分之幾流明。相應(yīng)的發(fā)光效率為011mW，而且只有一種光色為650hm的紅色光。20世紀(jì)70年代初該技術(shù)進(jìn)步很快，發(fā)光效率到達(dá)1lmW，顏色也擴(kuò)大到紅色、綠色和黃色。LED從誕生至今以每10年亮度提高20倍，價(jià)格降低為原來的1100的速度在開展。伴隨著新材料的創(chuàng)造和光效的提高，單個(gè)LED光源的功率和光通量也在迅速增加。到了20世紀(jì)90年代，一種代號(hào)為“水虎魚的LED光源的驅(qū)動(dòng)電流增加到50mA-70mh，而代號(hào)為“梭子魚的LED光源

5、的驅(qū)動(dòng)電流到達(dá)300mA一500mA21。特別是1998年白光LED的開發(fā)成功，使得LED應(yīng)用從單純的標(biāo)識(shí)顯示功能向照明功能邁出了實(shí)質(zhì)性的一步。因此各個(gè)國(guó)家都相當(dāng)重視LED的開展趨勢(shì) LED光源與傳統(tǒng)光源相比擬，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：超長(zhǎng)壽命，可達(dá)幾萬小時(shí)，傳統(tǒng)光源一般為幾千小時(shí)；結(jié)構(gòu)鞏固，沒有鎢絲、玻殼等容易損壞的部件，具有極高的抗震性能；響應(yīng)速度快，光通上升時(shí)間短；對(duì)點(diǎn)燈線路要求低，易實(shí)現(xiàn)調(diào)光和智能控制；耐開關(guān)沖擊，適用于頻繁開關(guān)場(chǎng)合；高效節(jié)能，現(xiàn)有光效已經(jīng)超過白熾燈，理論光效可達(dá)2001mW；不含汞、鉛等有害物質(zhì)，沒有污染，綠色環(huán)保。 歐司朗已經(jīng)發(fā)布首款亮度超過50W鹵素?zé)舻腖ED產(chǎn)品，傳統(tǒng)光

6、源與LED的光效比照，如圖1-1所示。國(guó)內(nèi)早在2003年就成立了跨部委的國(guó)家半導(dǎo)體照明協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組，啟動(dòng)了“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程。國(guó)家“863方案對(duì)有關(guān)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)還投入了相應(yīng)的資金，以支持相關(guān)的根底研究和技術(shù)研發(fā)，并建立了上海、深圳、大連、廈門和南昌等五個(gè)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)化基地，啟動(dòng)了一批示范工程。據(jù)悉，廣東省今年開始大規(guī)模實(shí)施“千里十萬白光LED路燈產(chǎn)業(yè)化示范推廣工程，即在廣州、東莞、佛山、中山、肇慶、汕頭等市建設(shè)總里程1500公里左右，規(guī)模約10萬盞的LED路燈示范推廣工程。目前以每個(gè)LED路燈3000多元的價(jià)格計(jì)算，10萬個(gè)LED路燈有3億元的銷售市場(chǎng)，加上芯片、支架等相關(guān)產(chǎn)業(yè)，可以拉動(dòng)

7、25億元產(chǎn)值。隨著我國(guó)政府相繼出臺(tái)的政策措施，有力地推動(dòng)了LED產(chǎn)業(yè)的開展。 圖1-1傳統(tǒng)光源與LED的光效比照 國(guó)外LED照明技術(shù)的開展速度要超過國(guó)內(nèi)。在全球能源緊缺，氣候變暖和經(jīng)濟(jì)危機(jī)的情況下，大力開展LED照明產(chǎn)業(yè)以成為各國(guó)政府的共識(shí)。據(jù)美國(guó)能源部噸的二氧化硅排放量，少建133座新的電廠。采用LED照明能使財(cái)政節(jié)減115多億美元。以德國(guó)歐司朗，日本日亞公司，美國(guó)通用公司為代表的國(guó)外公司已經(jīng)壟斷了功率LED發(fā)光芯片的生產(chǎn)和封裝等技術(shù)并推出LED照明設(shè)備。在LED恒流驅(qū)動(dòng)開關(guān)電源技術(shù)上，國(guó)外也開展迅速。如日本松下電工已經(jīng)開始生產(chǎn)“袖珍型LED照明燈，該產(chǎn)品包括筒燈和聚光燈，其驅(qū)動(dòng)電源做在燈頭

8、內(nèi)，可直接用于220V市電，每套售價(jià)在100萬200萬日元之間，光源壽命達(dá)4萬小時(shí)。122 LED應(yīng)用意義 我國(guó)是人口眾多的泱泱大國(guó)，在照明領(lǐng)域消耗的能源相當(dāng)?shù)木薮?，在能源緊缺的當(dāng)今社會(huì)，使用節(jié)能、環(huán)保的LED照明具有非常重大的意義。a、節(jié)約能源，保護(hù)國(guó)家平安 我國(guó)是僅次于美國(guó)的第二發(fā)電大國(guó)，2003年度我國(guó)發(fā)電總量為1.91萬億千瓦時(shí)，照明用電量約占總發(fā)電量的12%約2100億千瓦時(shí)，相當(dāng)于三峽水電站總發(fā)電量的2.4倍，并且正以每年5%以上的速度增長(zhǎng)。以現(xiàn)有照明用電量5%的速度增長(zhǎng)，2021年照明用電量將到達(dá)3000億千瓦時(shí)，如果三分之一的照明市場(chǎng)采用半導(dǎo)體照明，每年可節(jié)電30，即年節(jié)電10

9、00億千瓦時(shí)，是三峽電站年總發(fā)電量847億千瓦時(shí)的一倍還多。國(guó)家發(fā)改委根據(jù)“十六大提出的，到2021年我國(guó)GDP翻兩番，到達(dá)4萬億美元的經(jīng)濟(jì)開展目標(biāo)，估計(jì)到那時(shí)，全國(guó)約需發(fā)電裝機(jī)容量為8億-8.5億千瓦(而電力部門的數(shù)字是9-9.5億千瓦)。目前國(guó)內(nèi)已有裝機(jī)容量是3.5億千瓦，需要新增量4.5億-5億千瓦。而從我國(guó)目前的資源看，按水電資源已探明儲(chǔ)量和以天然氣與煤為燃料的火電最多可提供的裝機(jī)容量計(jì)算，將有3200萬-4000萬千瓦的缺口。解決我國(guó)能源危機(jī)的方法除了進(jìn)行電站建設(shè)和新能源開發(fā)外，比擬可行的方法是進(jìn)行節(jié)約能源的消耗。b、綠色環(huán)保 中國(guó)的電力生產(chǎn)中約80為火力發(fā)電，燃燒大量的原煤和石油，

10、產(chǎn)生大量的粉塵和CO2、SO2等氣體，環(huán)境污染嚴(yán)重，LED產(chǎn)品的應(yīng)用可以減少電力使用，也間接減少了環(huán)境污染。同時(shí)LED具有無頻閃、耐震、耐沖擊、廢棄物可回收等特點(diǎn)，沒有白熾燈泡易碎及熒光燈廢棄物含汞污染的問題等缺點(diǎn)。 c、符合走新型工業(yè)化道路 我國(guó)是照明生產(chǎn)和出口大國(guó)之一，開展半導(dǎo)體照明可以提高我國(guó)照明電器行業(yè)中高端產(chǎn)品、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)比重，提升照明電器行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)具有技術(shù)密集和勞動(dòng)密集雙重特點(diǎn)，在我國(guó)開展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)，不僅可以形成新的產(chǎn)業(yè)和出口增長(zhǎng)點(diǎn)，而且可以節(jié)約能源、減少環(huán)境污染并充分發(fā)揮我國(guó)勞動(dòng)力資源優(yōu)勢(shì)，符合“十六大提出的走新型工業(yè)化道路的指導(dǎo)思想。d、開展自主知

11、識(shí)產(chǎn)權(quán)的半導(dǎo)體照明新興產(chǎn)業(yè) 半導(dǎo)體照明是目前世界研發(fā)的重點(diǎn)領(lǐng)域，許多技術(shù)尚不成熟，有形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的時(shí)機(jī)，尤其是在深紫外技術(shù)、SiC/Si及GaN襯底、GaN外延層激光剝離、ZnO單晶膜上生長(zhǎng)GaN外延層等方面有可能取得關(guān)鍵技術(shù)突破。e、改善人民生活質(zhì)量 隨著經(jīng)濟(jì)的開展，人們消費(fèi)水平和消費(fèi)觀念的變化，開展半導(dǎo)體照明可以改善生活環(huán)境，提高生活質(zhì)量，構(gòu)建和諧完美的生活環(huán)境和工作環(huán)境，有利于小康社會(huì)的建設(shè)。半導(dǎo)體照明色彩豐富的特點(diǎn)，可以滿足人們對(duì)服裝、裝飾、 等時(shí)尚的需求，如中國(guó) 用戶已超過3億， 已成為一種消費(fèi)時(shí)尚，LED用在 背光源，可以顯現(xiàn)藍(lán)光和白光，目前彩屏 主要使用白光LED做背光，許多

12、新款 都已廣泛使用。專家認(rèn)為，隨著LED產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、本錢的進(jìn)一步降低，以及人們對(duì)環(huán)保、平安、節(jié)能等要求的不斷提高，LED在特種領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模將不斷擴(kuò)大，在人們的工作生活中扮演越來越重要的角色。開展半導(dǎo)體照明光源對(duì)節(jié)約能源、減少污染、保護(hù)環(huán)境，帶動(dòng)新型制造業(yè)的開展，促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性開展具有巨大的推動(dòng)作用。高亮度LED的出現(xiàn)具有劃時(shí)代意義。它將是人類繼愛迪生創(chuàng)造白熾燈泡之后最偉大的創(chuàng)造之一。 第二章器件介紹21 LED介紹211 LED結(jié)構(gòu)及特性及發(fā)光原理 LED(Light Emitting Diode)發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，是由一族化合物，如Gahs(砷化鎵k GaP(

13、磷化鎵)、GaAsP(磷砷化鎵)等半導(dǎo)體制成的。LED的心臟是一個(gè)半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個(gè)支架上，一端是負(fù)極，另一端連接電源的正極，使整個(gè)晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的IN特性。即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子(少子)一局部與多數(shù)載流子(多子)復(fù)合而發(fā)光，如圖21所示?，F(xiàn)在已有紅、黃、綠及藍(lán)等顏色的發(fā)光二極管，但因?yàn)椴牧霞爸圃斓仍颍惧X有一些不同。LED早在20世紀(jì)60年代初就已問世，雖然其鼓勵(lì)響應(yīng)時(shí)間短、有效壽命長(zhǎng)、功耗低，但由于制造

14、技術(shù)的限制，使其發(fā)光亮度小，且只有紅色一種顏色，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)僅用于小指示器光源和字母數(shù)字顯示器等有限領(lǐng)域中。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的開展，LED的性能逐步提高，例如其發(fā)光亮度的增加大大減少了每個(gè)高位制動(dòng)燈中所需LED的數(shù)目，因此降低了本錢，使其得到廣泛應(yīng)用。并且，隨著材料的開展，更亮、更多色彩的LED將會(huì)被用到其它的燈具中去。 圖21 LED發(fā)光原理示意圖 Fig21 Sketch Map of the LED Radiation Principle 對(duì)于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成。GaN芯片

15、發(fā)藍(lán)光( 465m，LED的驅(qū)動(dòng)電路研究Wd=30nm)，高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光射，峰值550hm。藍(lán)光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍(lán)光局部被熒光粉吸收，另一局部藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光?，F(xiàn)在，對(duì)于InGaNYAG白色LED，通過改變YAG熒光粉的化學(xué)組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K的各色白光。這種通過藍(lán)光LED得到自光的方法，構(gòu)造簡(jiǎn)單、本錢低廉、技術(shù)成熟度高，因此運(yùn)用最多。 212 LED的特征參數(shù)1、光強(qiáng)度(Luminous Intens

16、ity：IV)光強(qiáng)度定義為單位立體角所發(fā)射出的光通量，單位為坎德拉(Candela，cd)。一般而言，光源會(huì)向不同方向以不同強(qiáng)度放射出其光通量，在特定方向單位立體角所放出之可見光輻射強(qiáng)度即稱之為光強(qiáng)度。2、光通量(Luminous Flux)能夠被人的視覺系統(tǒng)所感受到的那局部光輻射功率的大小，單位為lm。3、色度(Chromaticity) 人眼對(duì)色彩的感知是一種錯(cuò)綜復(fù)雜的過程，為了將色彩的描述加以量化，國(guó)起的視覺感來加以紀(jì)錄，計(jì)算出紅、綠、藍(lán)三原色的配色函數(shù)，根據(jù)此配色函數(shù)，使人們得以對(duì)色彩加以描述運(yùn)用。4、色溫(Color Temperature) 光源之輻射能量分布與某一絕對(duì)溫度下之標(biāo)準(zhǔn)

17、黑體(Black Body Radiator)輻射能量分布相同時(shí)，其光源色度與此黑體輻射之色度相同，此時(shí)光源色度以所對(duì)應(yīng)之絕對(duì)溫度表之，此溫度稱之為色溫。色溫在3300K以下，光色偏紅給以溫暖的感覺；色溫在30006000K為中間，人在此色調(diào)下有爽快的感覺；色溫超過6000K，光色偏藍(lán)，給人以清冷的感覺。5 LED電氣特性圖1-l為正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過某個(gè)閾值(約2v)，即通常所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比。當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達(dá)1A，而VF通 常為24V 。 圖ll LED VF-IF關(guān)系曲線圖 Figure l-

18、1 LED forward current versus forward voltage 由于LED的光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量V與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以更好地控制亮度。此外，LED的正向壓降變化范圍比擬大(最大可達(dá)1v以上)，而由上圖中的vFIF曲線可知，vF(前向電壓)的微小變化會(huì)引起較大的IF(前向電流)變化，從而引起亮度的較大變化。所以采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。圖1-2是LED的溫度與光通量(V)關(guān)系曲線，由下列圖可知光通量與溫度成反比，85時(shí)的光通量

19、是25時(shí)的一半，而40時(shí)光輸出是25時(shí)的18倍。溫度的變化對(duì)LFD的波長(zhǎng)也有一定的影響，因此，良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。 圖12 LED光通量一溫度曲線圖 Figure 1-2 LED luminous flux VgISUS temperature213 大功率LED的技術(shù)優(yōu)勢(shì)大功率LED作為光源用于照明具有以下優(yōu)點(diǎn)：l、耗電量少：光效為75LmW的LED較相等亮度的白熾燈耗電量減少80。2、壽命長(zhǎng)：產(chǎn)品壽命長(zhǎng)達(dá)10萬小時(shí)24小時(shí)連續(xù)點(diǎn)亮可用8年以上。3、速度快：納秒級(jí)的響應(yīng)速度，使亮度和色彩的動(dòng)態(tài)控制更加容易，可實(shí)現(xiàn)色彩的動(dòng)態(tài)變化和數(shù)字化控制。4、設(shè)計(jì)空間大：與建筑可以有機(jī)地融

20、合，到達(dá)只見光不見燈的效果。5、環(huán)保：無有害金屬汞，無紅外線和紫外線輻射。6、顏色：不同波長(zhǎng)產(chǎn)生不同彩色光，鮮艷飽和，無需濾光鏡，可用紅，綠，藍(lán)三原色控制后形成不同的顏色，并能實(shí)現(xiàn)全彩，漸變等各種顏色效果。 白熾燈、05mmLED與Luxeon 1W大功率LED的壽命相比，大功率LED在使用壽命上有很大的優(yōu)勢(shì)，而白熾燈以及其他一些傳統(tǒng)光源在很多技術(shù)方面可提升的空間已經(jīng)很小了。表11三種不同光源的使用壽命比照Table l-l The lifetime ofthree different light 22數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832221 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC0832是采用CMOS

21、工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖4-82所示，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大局部組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量V0為：圖4-82由上式可見，輸出的模擬量 與輸入的數(shù)字量 成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端其中每個(gè)輸入端是8位二進(jìn)制數(shù)的一位，有一個(gè)模擬輸出端。輸入可有28=256個(gè)不同的二進(jìn)制組態(tài)，輸出為256個(gè)電壓之一，即輸出電壓不是整個(gè)電壓范圍內(nèi)任意值，而只能是256個(gè)可能值。圖4-83是DAC0832的邏輯框圖和引腳排列。222 DAC0832引腳與應(yīng)用簡(jiǎn)介D0D7：數(shù)字信號(hào)輸入端。ILE：輸入存放

22、器允許，高電平有效。CS：片選信號(hào)，低電平有效。WR1：寫信號(hào)1，低電平有效。XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。WR2：寫信號(hào)2，低電平有效。IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。Rfb：是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反應(yīng)電阻。 Vref：基準(zhǔn)電壓-1010V。Vcc：是源電壓+5+15V。AGND：模擬地 NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經(jīng)過一個(gè)外接的運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成電壓。實(shí)驗(yàn)線路如下圖。IN0IN7：8路模擬信號(hào)輸入端。A1、A2、A0 ：地址輸入端。ALE地址鎖存允許輸入信號(hào)，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時(shí)鎖存地址

23、碼，從而選通相應(yīng)的模擬信號(hào)通道，以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)輸入端，應(yīng)在此腳施加正脈沖，當(dāng)上升沿到達(dá)時(shí)，內(nèi)部逐次逼近存放器復(fù)位，在下降沿到達(dá)后，開始A/D轉(zhuǎn)換過程。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換接受標(biāo)志，高電平有效。OE：輸入允許信號(hào)，高電平有效。CLOCK(CP)：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，外接時(shí)鐘頻率一般為640kHz。 Vcc：+5V單電源供電。 、 Vref(+),Vref(-)：基準(zhǔn)電壓的正極、負(fù)極。一般Vref(+)接+5V電源，Vref(-)接地。D7D0：數(shù)字信號(hào)輸出端。 由A2、A1、A0三地址輸入端選通8路模擬信號(hào)中的任何一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。23 主控制器AT89S5223

24、1 MSC-51芯片資源簡(jiǎn)介 89S51是MCS-51系列單片機(jī)的典型產(chǎn)品，我們就這一代表性的機(jī)型進(jìn)行系統(tǒng)的講解。89S51單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線，現(xiàn)在我們分別加以說明：圖231 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。B.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)89S51內(nèi)部有128個(gè)8位用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和128個(gè)專用存

25、放器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專用存放器只能用于存放控制指令數(shù)據(jù)，用戶只能訪問，而不能用于存放用戶數(shù)據(jù)，所以，用戶能使用的RAM只有128個(gè)，可存放讀寫的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或用戶定義的字型表。C.程序存儲(chǔ)器(ROM)89S51共有4KB掩膜ROM，最大可擴(kuò)展64K字節(jié)，用于存放用戶程序，原始數(shù)據(jù)或表格。D.定時(shí)/計(jì)數(shù)器：89S51有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。E.并行輸入輸出(I/O)口：89S51共有4組8位I/O口(P0、 P1、P2或P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。232單片機(jī)的引腳及其它介紹89S51單片機(jī)內(nèi)部總線是單總線結(jié)構(gòu),即數(shù)據(jù)總線和地

26、址總線是公用的. 89S51有40條引腳, 與其他51系列單片機(jī)引腳是兼容的. 這40條引腳可分為I/O接口線、電源線、控制線、外接晶體線4局部. 89S51單片機(jī)為雙列直插式封裝結(jié)構(gòu), 如圖3.2所示.189S51單機(jī)的電源線1 VCC：+5V電源線。電源線 2 GND：接地線。289S51單片機(jī)的外接晶體引腳 1XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸入端和內(nèi)部時(shí)鐘工作的輸入端。采用內(nèi)部振蕩器時(shí)，它接外部石英晶體和微調(diào)電容的一個(gè)引腳。 2 XTAL2：片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端，接外部石英晶體和微調(diào)電容的另一端。采用外部振蕩器時(shí)，該引腳懸空。外接晶體引腳。80C51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相

27、放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，分別是80C51的19腳和18腳。在XTAL1和XTAL2兩端跨接石英晶體及兩個(gè)電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。如圖2所示：圖2 振蕩電路石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個(gè)3V左右的正弦波，使MCS-51片內(nèi)的OCS電路按石英晶振相同頻率自激震蕩。通常，OCS的輸出時(shí)鐘頻率foscZ16MHZ，典型值為12MHZ電容器C1和C2通常取30pF左右，對(duì)震蕩頻率有微調(diào)作用。調(diào)節(jié)它們可以到達(dá)微調(diào)震蕩周期fosc的目的。389S51單片機(jī)的控制線1 RST：復(fù)位輸入端，高電平有效。2 ALE/PROG：地址鎖存允許/編

28、程線。3 PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通線。4 EA/Vpp：片外ROM允許訪問端/編程電源端。 233 89S51單片機(jī)復(fù)位方式復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。其主要功能是把程序計(jì)數(shù)器PC值初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)單片機(jī)。RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端，高電平有效，其有效時(shí)間應(yīng)持續(xù)24個(gè)震蕩周期即兩個(gè)機(jī)器周期以上。假設(shè)使頻率為6MHZ的晶振，那么復(fù)位信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過4s才能完成復(fù)位操作。復(fù)位操作由上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)為兩種方式。上電自動(dòng)復(fù)位是通過外部復(fù)位電路

29、的電容充電來實(shí)現(xiàn)的，其電路如下圖。只要電源VCC的上電時(shí)間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上電復(fù)位，即接通電源就完成了系統(tǒng)的復(fù)位初始化。89S51單片機(jī)的復(fù)位靠外部電路實(shí)現(xiàn),信號(hào)由RESET(RST)引腳輸入,高電平有效,在振蕩器工作時(shí),只要保持RST引腳高電平兩個(gè)機(jī)器周期,單片機(jī)即復(fù)位. 復(fù)位后,PC程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為0000H,片內(nèi)RAM中內(nèi)容不變. 復(fù)位電路一般有上電復(fù)位、手動(dòng)開關(guān)復(fù)位和自動(dòng)復(fù)位電路3種.24 V-I轉(zhuǎn)化電路241 V-I轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)如下列圖，采用如下V-I轉(zhuǎn)換電路: 輸入端Vi的電壓為010V,由+12經(jīng)電位器分壓獲得，運(yùn)放一構(gòu)成反相放大器，輸出端的電壓為-0-1.6V,

30、通過運(yùn)放二，在R12處輸出電流為4mA20mA。其中晶體管起，穩(wěn)定電流的作用，增強(qiáng)了帶負(fù)載能力。242 V_I轉(zhuǎn)換電路本電路將0V10V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為4mA20mA的輸出電流，第一級(jí)運(yùn)放起反相衰減的作用的，將電壓衰減為0V-1.6V， (R3+Rop1)/R1=0.16，R1取100K，得R3+Rop1= 16K,所以R3選10，Rop1選10K的電位器。第二級(jí)反相運(yùn)算放大器的輸入電壓由第一級(jí)的輸出電壓V1、由穩(wěn)壓管提供的電壓V2疊加，以到達(dá)精確地線性V-I變換。根據(jù)公式Vout=Vout1+Vout2=-R7+Rop2/R5*V1-R7+Rop2/R6*V2因?yàn)閂out要求的輸出量為0.4

31、2V的電壓(R12上的電壓)，電流為420mA，由上式得Vout與R7+Rop2的大小成正比例的關(guān)系，R5、R6和R7為固定電阻，大小為10K、100K、10K，第二級(jí)運(yùn)放是一個(gè)1:1的反相運(yùn)放，通過仿真可得，Rop2的電阻幾乎可以為0，由Vout=0.4V，V1=0V，得V2=-4V。當(dāng)Vout=2V時(shí)，V1=-1.6V，V2=-4V，代入也滿足條件。不過為了起到調(diào)節(jié)的作用，Rop2采用了2K的電位器。圖 SEQ 圖表 * ARABIC 2 V-I轉(zhuǎn)換電路 25 8255的介紹251 8255引腳介紹 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由三局部電路組成：與CPU的接口電路、內(nèi)部控制邏輯電路和與外設(shè)連接的

32、輸入/輸出接口電路。 D7D0data bus：三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)線，與CPU數(shù)據(jù)總線連接，用來傳送數(shù)據(jù)。 chip select：片選信號(hào)線，低電平有效時(shí)，芯片被選中。 read：讀出信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)讀出。write：寫入信號(hào)線，低電平有效時(shí)，允許數(shù)據(jù)寫入。RESETreset)：復(fù)位信號(hào)線，高電平有效時(shí)，將所有內(nèi)部存放器包括控制存放器清0。PA7PA0port A：A口輸入/輸出信號(hào)線。PB7PB0port B：B口輸入/輸出信號(hào)線。PC7PC0port C：C口輸入/輸出信號(hào)線。VCC：5V電源。 GND：電源地線。 252 8255A的工作方式 方式0：根本輸入輸出方式適用于

33、無條件傳送和查詢方式的接口電路方式1：選通輸入輸出方式適用于查詢和中斷方式的接口電路方式2：雙向選通傳送方式適用于與雙向傳送數(shù)據(jù)的外設(shè)適用于查詢和中斷方式的接口電路253 8255A初始化編程 8255A的A，B，C三個(gè)端口的工作方式是在初始化編程時(shí)，通過向8255A的控制端口寫入控制字來設(shè)定的。8255A由編程寫入的控制字有兩個(gè)：方式控制字和置位/復(fù)位控制字。方式控制字用于設(shè)置端口A, B, C的工作方式和數(shù)據(jù)傳送方向；置位/復(fù)位控制字用于設(shè)置C口的PC7PC0中某一條口線PCii07的電平。兩個(gè)控制字公用一個(gè)端口地址，由控制字的最高位作為區(qū)分這兩個(gè)控制字的標(biāo)志位。 1方式控制字的格式 82

34、55A工作方式控制字的格式如下圖。 D0：設(shè)置PC3PC0的數(shù)據(jù)傳送方向。D01為輸入；D00為輸出。D1：設(shè)置B口的數(shù)據(jù)傳送方向。D11為輸入；D10為輸出D2：設(shè)置B口的工作方式。D21為方式1；D20為方式0。D3：設(shè)置PC7PC4的數(shù)據(jù)傳送方向。D31為輸入；D30為輸出。D4：設(shè)置A口的數(shù)據(jù)傳送方向。D41為輸入；D40為輸出。D6D5：設(shè)置A口的工作方式。D6D500為方式0，D6D501為方式1，D6D510或11為方式2。D7：方式控制字的標(biāo)志位，恒為1。第三章 大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)31 硬件電路設(shè)計(jì)1單片機(jī)最小系統(tǒng)2數(shù)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)3LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)48255擴(kuò)展的鍵盤

35、與顯示5供電電路軟件程序清單：#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar tt,aa;sbit kjia=P34;sbit kjian=P35;sbit k1=P36;sbit k2=P37;uchar miao,fen,shi,a1,a2,a3,a4,a5,a6;uchar code table=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,0

36、x40;uchar miao1,miao2,fen1,fen2,shi1,shi2;void delay(uint ms) uint i,j; for(i=ms;i0;i-) for(j=110;j0;j-);void init() TMOD=0 x01; TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-50000)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;void display(uchar aa,uchar bb,uchar cc,uchar dd,uchar ee,uchar ff) P2=tableaa; P1=0 x7f; delay(1); P1=0 xff; P2=tablebb; P1=0 xbf; delay(1); P1