PAGEPAGE23本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目大功率LED恒流驅(qū)動設(shè)計(jì)及應(yīng)用學(xué)生指導(dǎo)教師年級2011級專業(yè)電子信息工程二級學(xué)院信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院2015年5月

鄭重聲明本人的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立撰寫完成的。如有剽竊、抄襲、造假等違反學(xué)術(shù)道德、學(xué)術(shù)規(guī)范和侵權(quán)的行為，本人愿意承擔(dān)由此產(chǎn)生的各種后果，直至法律責(zé)任并愿意通過網(wǎng)絡(luò)接受公眾的監(jiān)督。特此鄭重聲明。畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者（簽名）：年月日大功率LED恒流驅(qū)動設(shè)計(jì)及應(yīng)用摘要近年來，大功率LED因其高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)逐漸在照明領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，成為21世紀(jì)的新一代照明光源。大功率LED產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展有力地推動了LED驅(qū)動集成電路產(chǎn)業(yè)的前進(jìn)，孕育著巨大的商機(jī)。該設(shè)計(jì)主要針對LED在點(diǎn)亮?xí)r隨著時間增長電阻溫度升高最終會影響LED壽命的現(xiàn)狀，詳細(xì)分析了大功率LED恒流驅(qū)動、恒壓驅(qū)動的不同，具體研究了各種恒流驅(qū)動方式的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于C8051f310的由PWM控制的恒流驅(qū)動電路。該驅(qū)動電路采用Allegro公司新推出的一種線性電流傳感器ACS712芯片作為驅(qū)動實(shí)現(xiàn)該功能。此芯片內(nèi)置有精確的低偏置新型霍爾傳感器電路，能夠輸出與檢測交流直流電路，方便直觀的采集瞬時電流顯示在LCD液晶顯示屏上。此外該電路滿足12V或24V自動輸入方式，輸出電流以100mA為基準(zhǔn)，最大為6A且誤差小于2%并能夠顯示在液晶顯示屏上的所有要求，結(jié)合實(shí)際的應(yīng)用案例能夠達(dá)到用戶的技術(shù)參數(shù)要求。關(guān)鍵詞：大功率LED恒流驅(qū)動C8051f310PWMACS712

High-powerLEDconstantcurrentdriveapplicationandresearchWangYueDirectedbyprofessorWangZhianABSTRACTInrecentyears,highpowerLEDforitshighefficiency,energysaving,environmentalprotection,theadvantagesoflongservicelife,highreliabilitygraduallywinningiswidelyusedinlightingfield,hasbegantoreplaceincandescentlamp,fluorescentlampetctraditionallightingsource,be21centuryofanewgenerationoflightingsource.ThevigorousdevelopmentofhighpowerwhiteLEDindustryvigorouslypromotedtheLEDdriverICindustryforward,pregnantwithenormousbusinessopportunities.Paperthebriefintroductionofthehigh-powerLEDlight-emittingcharacteristics,thevoltamperecharacteristicsanddrivesolutions,onthebasisofdetailedanalyzingthestructureofsingle-chipmicrocomputercontrol,PWMmodulationtypeswitchingpowersupplyandtheadvantagesanddisadvantagesofthecurrentcontrolmodeandthevoltagecontrolmode,thispaperproposesatypeBuckmodeswitchingpowersupplybasedonPWMmodulationconstantcurrentdrivecircuitprinciple,usingC8051f310drivethedesignofhighpowerLEDcircuitchip.Thedrivercircuithas1000:1highlightthan(PWMdimming),lowcurrentconsumption,highefficiency,under-voltageprotection,shortcircuitprotectionandprotectionfunctions,suchasopencircuitofLEDissuitablefordrivinghighbrightnesshighcurrentLED.KEYWORDS：high-powerLEDSwitchingPowerPWMconstant-currentdrivingC8051f310PAGE目錄前言 21緒論 31.1大功率LED國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 31.2設(shè)計(jì)介紹與研究意義 41.3大功率LED伏安特性 41.4驅(qū)動方式分析 51.4.1電阻限流電路 51.4.2電荷泵升壓電路 61.4.3開關(guān)變換電路 72開關(guān)電源控制方式 72.1電壓控制模式 82.2電流控制模式 93LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計(jì) 93.151單片機(jī)功能綜述 113.2C8051f310芯片介紹 123.3Acs712芯片介紹 133.4at24c254芯片介紹 143.5LM2576芯片介紹 153.674HC08芯片介紹 163.7晶振及緩沖電路 174軟件介紹 194.1PWM控制程序如下 194.2AD采樣程序如下 194.3數(shù)據(jù)鎖存程序 204.4數(shù)據(jù)鎖存程序 204.5液晶顯示部分程序 215測試總結(jié) 21參考文獻(xiàn) 22致謝 1附錄 2前言隨著環(huán)境污染的加重，能源的緊缺，地球負(fù)荷越來越重，節(jié)能減排已成為社會生活中的主題，以往的白熾燈、熒光燈由于壽命短顯然不符合這一主題，而新興力量—LED壽命能達(dá)10萬小時，而且具有低電壓驅(qū)動的特性顯然贏得了世界的矚目，這就給LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了良好的契機(jī)。日本在這個行業(yè)一直處于領(lǐng)先地位，雖然該國占地面積小，但是絲毫不影響該國科技創(chuàng)新的發(fā)展，該國向來具有堅(jiān)韌的武士道精神，所以對于科技的追求一直處于前沿國家。該國科學(xué)家赤崎勇、天野浩和中村修二在不久前發(fā)明了一種高效而環(huán)保的藍(lán)色發(fā)光二極管，眾所周知，有了白光才有其他顏色的光，而白光一直發(fā)展的很好，但是藍(lán)光LED鮮有人探索出來，這一探索的發(fā)現(xiàn)，極大地鼓舞了全世界對于LED研究的熱忱，同時為了表彰他們對于世界的奉獻(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院授予了他們尊貴的諾貝爾物理學(xué)獎。伴隨著LED燈的不斷發(fā)展與改進(jìn)，相信我們會有更加穩(wěn)定持久耐用安全可靠的LED光源。大功率LED（LightEmittingDiode）即發(fā)光二極管以其高效節(jié)能、低功耗、響應(yīng)快、穩(wěn)定性高、安全性好、可控性佳等優(yōu)點(diǎn)正在逐漸占領(lǐng)照明行業(yè)的市場，目前被廣泛應(yīng)用的場合有顯示屏和交通信號燈特種照明等，被譽(yù)為新一代綠色光源，具體優(yōu)勢如下。（1）發(fā)光效率高:大功率LED光效至少高于80lm/W，發(fā)出的光單色性好，具有很窄的光譜[]。（2）綠色節(jié)能：LED具有低功耗的特性使得其耗電量相當(dāng)?shù)?，?jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，它的耗電量大概是白熾燈的八分之一，而熒光燈耗電量更大，耗電量大約是LED燈的二倍。此外大功率LED污染元素很少，并且不含鉛汞等重污染源，廢棄后對環(huán)境污染很小并且容易回收處理，而白熾燈、熒光燈等一些照明設(shè)備壽命短并且含有重污染元素，廢棄后不易被回收利用污染環(huán)境嚴(yán)重。（3）體積小，壽命長：LED本身就可以低壓驅(qū)動，而且非常小，可以同時利用多個LED編排在板子上制成各種大型顯示屏，如果需要的亮度小就可以單獨(dú)使用1個或者2個做成小小的發(fā)光體，這里就充分的發(fā)揮了它的獨(dú)一無二特點(diǎn)，制作成很薄方便攜帶的屏幕，體積小就允許他占有更小的空間而不易被損壞，再加上本來LED就具有平均使用壽命在10萬小時左右的特點(diǎn)，以及照明LED獨(dú)特的照明特點(diǎn)，使得其具有獨(dú)特的優(yōu)勢即能夠在水下也能照明，這就給LED帶來了巨大的升值空間。（4）高響應(yīng)速度、無頻閃：LED點(diǎn)亮的話需要接入直流電路，所以響應(yīng)速度很快，最快可以達(dá)到幾納秒，這樣極大地減少了等待時間，而且LED光發(fā)光方向性比較少，所以定向性好，能夠顯示比較標(biāo)準(zhǔn)的光亮。根據(jù)美國科學(xué)家提供的數(shù)字顯示，截止到2012年大功率LED在照明市場上帶來的效益越來越大，大概已經(jīng)超過五十億美元了，別人紛紛將將投資目光朝向了LED市場，據(jù)準(zhǔn)確資料顯示從2009年到2012年的大功率LED增長率已經(jīng)達(dá)到28%，如此可見其市場占有率之高。大功率LED高效節(jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)使得它的應(yīng)用已經(jīng)成為大勢所趨，各個國家和地區(qū)不惜投入大量財(cái)力人力啟動自己的半導(dǎo)體照明計(jì)劃，我國也不甘落后。

緒論近年來，大功率LED的最大特點(diǎn)是高效可靠并且節(jié)能環(huán)保，這使得其在照明領(lǐng)域廣受青睞。LED如今已經(jīng)被評為第四代綠色光源，它的環(huán)保特性贏得了照明世界的第一關(guān)注，在未來幾年內(nèi)有望取代我們平日所用的白熾燈以及被普遍應(yīng)用在學(xué)校教室的熒光燈。大功率LED產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展有力地促進(jìn)了LED照明行業(yè)的空前發(fā)展。白光二極管雖然能夠發(fā)出持久耐用節(jié)能明亮的白光，但是人類從不滿足于現(xiàn)狀，一直在被改進(jìn)，人類希望光通量能夠更高效。最近的記錄是剛剛超過300lm/w，普通LED工作電流為20mA，功率一般為0.05W。大功率LED可以做到更好。工作電流可以是幾十毫安到幾百毫安不等并且有關(guān)數(shù)據(jù)顯示全球電力的近1/4都用在照明上，LED為節(jié)約全球能源貢獻(xiàn)良多，隨著各個國家的大力扶持相信LED產(chǎn)品普及在望。全球前5大LED廠商的商業(yè)拓展事業(yè)和戰(zhàn)略副總裁ChrisJames在接受大陸媒體采訪時指出，目前LED市場供不應(yīng)求，并且可能成為長期問題。然而，近幾年來，LED發(fā)展的主要導(dǎo)向是提高光效，大功率LED的發(fā)光效率一直很高，從最開始的1W、3W到現(xiàn)在已經(jīng)到達(dá)130流明每瓦，其顯著地增長效果一直被大眾所看好，在給每家每戶帶來光明的帶動下，科學(xué)家也不遺余力的想要研究出更好更節(jié)能更能適應(yīng)社會潮流的新光源，所以在兩年前，LED已經(jīng)成為效率最高的光源。大功率LED國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在1907年，英國科學(xué)家Herry就已發(fā)現(xiàn)在施加電流時能夠在碳化硅晶體中出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象。隨后俄羅斯科學(xué)家Oleg在1927年，再次觀察到光發(fā)射“Round效應(yīng)”。不久法國科學(xué)家就在1933年發(fā)表了一份硫化鋅粉末通過電發(fā)光現(xiàn)象的報告，為紀(jì)念前人將這一效應(yīng)命名為“Lossew光”。這一發(fā)表極大的鼓舞了大家對于燈光的熱忱，由于當(dāng)時缺乏足夠的理論依據(jù)與技術(shù)支持，當(dāng)時的結(jié)論只是停留在紙面上，不具備和其他光源競爭的能力。至此半導(dǎo)體物理學(xué)的發(fā)展才為電致發(fā)光現(xiàn)象提供了理論基礎(chǔ)。而真正出現(xiàn)第一顆可見光LED是在1962年，GE公司的兩位科學(xué)家使用林砷化鎵材料制成了紅色發(fā)光二極管，這項(xiàng)成就被視為現(xiàn)代LED之祖。到了20世紀(jì)70年代早期，LED的發(fā)光光譜發(fā)展到橙光、黃光和綠光。直到20世紀(jì)90年代，真正的現(xiàn)代LED才進(jìn)入世界的眼球，現(xiàn)代LED的顯著改進(jìn)是獲取能夠發(fā)出可見光譜藍(lán)紫端光色的LED，進(jìn)行全色顯示；另外一個是極大地提高光效。日亞化學(xué)公司開發(fā)出首個氮化鎵LED，隨后用氮化錮鎵半導(dǎo)體制造出了超高的紫外、藍(lán)色和綠色LED，用磷化鋁鎵銦半導(dǎo)體制備出超高亮紅色和黃色LED。他還設(shè)計(jì)出了白色LED，憑借此成就，2014年的諾貝爾物理學(xué)獎被他奪得桂冠。目前，LED在應(yīng)用于室內(nèi)外燈具、顯示屏、封裝等行業(yè)都維持較好的發(fā)展水平。2010年，隨著LED照明市場需求量大增，起初目標(biāo)為顯示屏于封裝的企業(yè)大佬也都目光投向照明行業(yè)。中國市場出現(xiàn)了前所未有的繁榮畫面。隨著近兩年國內(nèi)LED路燈的迅速發(fā)展，絕大多數(shù)的中小企業(yè)紛紛奔向LED照明行業(yè)，但是由于中小企業(yè)受到資金、人才、技術(shù)水平等限制，甚至憑主觀想象任意組合，制造出不達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)不合理的LED燈具。故從測試和實(shí)際應(yīng)用效果來看問題很嚴(yán)重。目前，只有少數(shù)對待工作很認(rèn)真的企業(yè)或公司把大功率LED燈作為自己的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，投入大量時間精力金錢，任用大量頂級工程師，嚴(yán)格把關(guān)，步步為營，形成了自主知識產(chǎn)權(quán)，推動了大功率LED燈的發(fā)展。目前，國內(nèi)生產(chǎn)大功率LED的制造商市場開拓受到限制，導(dǎo)致品牌和渠道的硬性特征將最終成為半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)大量普及應(yīng)用的先決條件之一，同時品牌聲譽(yù)和渠道運(yùn)營也將成為決定企業(yè)或公司競爭力的關(guān)鍵?，F(xiàn)在大功率LED應(yīng)用還未全面挖掘，時代的發(fā)展還需歷史的推動。真正進(jìn)軍大功率LED行業(yè)還需技術(shù)的較量。設(shè)計(jì)介紹與研究意義本設(shè)計(jì)首先介紹了大功率LED發(fā)展現(xiàn)狀、伏安特性，驅(qū)動方式、脈寬調(diào)制型（PWM）開關(guān)電源原理，以51單片機(jī)為例設(shè)計(jì)了恒流驅(qū)動的大功率LED，并介紹了相應(yīng)的軟件。大功率LED在顯示器，背景照明等用途應(yīng)用廣泛，然而其負(fù)溫度指數(shù)的特性導(dǎo)致其在超過某一閾值后電阻變小，如果此時電源不變，勢必導(dǎo)致電流呈指數(shù)形式增大，亮度增強(qiáng)，但是壽命驟減，本設(shè)計(jì)針對這種情況制作的電路可以有效防止LED由電流驟增導(dǎo)致的壽命減短的發(fā)生，可以有效延長LED壽命，同時開拓LED市場，讓它更加完善的造福于人類。大功率LED伏安特性一條完整的伏安特性曲線應(yīng)該既包括正向特性又包括反向特性。通常理解為，電壓隨著電流增大而增大，但是超過某一值時電壓會隨著電流的增大急劇變化，特別指出的是反向特性曲線變化較為陡峭，當(dāng)電壓超過某個閾值時，電流會出現(xiàn)指數(shù)式上升。伏安特性曲線的三個參數(shù)描述通常是正反向電壓、反向電流。特性曲線如下圖1-1所示。圖1-1LED特性曲線圖驅(qū)動方式分析大功率LED驅(qū)動方式主要有恒流驅(qū)動和穩(wěn)壓驅(qū)動，由于恒流驅(qū)動是直流直流或者交流直流，最終給LED提供的是安全可靠的低電流，因而被廣泛引用，而穩(wěn)壓驅(qū)動是最終保證LED兩端電壓恒定，成本低但是可靠性差。而恒流驅(qū)動的方式比較常見的有電阻限流電路，開關(guān)變換電路及電荷泵升壓電路等。下面簡要介紹下這幾種驅(qū)動方式。電阻限流電路電阻限流電路的原理圖如圖1-2所示。具體方法為，電路上串聯(lián)一個電阻來調(diào)節(jié)LED的電流，根據(jù)LED的伏安特性曲線來確定電路所需電壓。一般根據(jù)LED發(fā)光強(qiáng)度和參數(shù)，可以得到LED的電流，根據(jù)所得電流求得LED兩端的電壓，進(jìn)而求出串聯(lián)的電阻值。圖1-2電阻限流電路這個應(yīng)用方案簡單易行，但存在不少的缺點(diǎn)，由于電路連接時只需要連接一個串聯(lián)電阻就可以控制LED的光強(qiáng)，這種調(diào)光方式會使LED發(fā)出的白光顏色發(fā)生偏移，不利于把這種控制方式用于日常照明系統(tǒng)。串聯(lián)型調(diào)節(jié)器方式是，通過功率管與LED串聯(lián)，保持LED上的電壓(電流)恒定。優(yōu)點(diǎn)是，系統(tǒng)的效率較高。缺點(diǎn)是整個電路的電壓調(diào)節(jié)范圍受限。電荷泵升壓電路電荷泵升壓電路(圖1-3)又稱為開關(guān)電容升壓控制器。電荷泵變換器設(shè)計(jì)比較簡單整個電路不需要任何的電感，工作原理是利用分立電容將電能從輸入端傳送到輸出端。每條并聯(lián)支路上必須使用限流電阻，每個電阻會消耗大量的功率，使得整個系統(tǒng)的效率降低。圖1-3電荷泵升壓電路開關(guān)變換電路大功率LED的驅(qū)動電路的反饋量是流過LED的電流信號，以此來滿足LED的恒流驅(qū)動要求。開關(guān)電路有三種形式，降壓型電路是一種定周期、定時刻導(dǎo)通的控制方式，可以實(shí)現(xiàn)低于輸入電源電壓的輸出。優(yōu)點(diǎn)是整個控制電路結(jié)構(gòu)比較簡單。升壓型電路可以實(shí)現(xiàn)高于輸入電源電壓的輸出幅值。與電荷泵電路相比，理想情況下升壓電路增益可以無窮大，基于此，可以利用串聯(lián)連接多個LED方式，從而使得每個LED的發(fā)光亮度相同。由于升壓型電路只需要一個限流電阻，資源利用力高，減小了器件本身電量的消耗有效的提高了整個系統(tǒng)的效率。缺點(diǎn)是由于電路需要電感元件，使得系統(tǒng)體積較大，成本昂貴，所以采用范圍不是很廣。本設(shè)計(jì)用于大功率LED驅(qū)動的變換器是降壓型變換器，通過控制LED的峰值電流和導(dǎo)通占空比，調(diào)節(jié)大功率LED的發(fā)光亮度。開關(guān)電源控制方式脈沖寬度調(diào)制方式（PWM），開關(guān)頻率恒定，實(shí)現(xiàn)了對能量向負(fù)載傳遞的控制。原理是調(diào)節(jié)導(dǎo)通脈沖的寬度來改變占空比。本設(shè)計(jì)主要采用的是穩(wěn)壓型開關(guān)電路，利用PWM脈寬調(diào)制將輸入電壓變低這種降壓模式。開關(guān)電源DC/DC變換器可以分為電流控制模式和電壓控制模式。電壓控制模式開關(guān)型變換器的工作原理是，通過調(diào)節(jié)占空比來調(diào)節(jié)輸出電壓的平均值。降壓型的電壓模式開關(guān)電源Buck變換器的原理圖如圖2-1所示。其中開關(guān)器件Q1與直流輸入電壓VDC直接相連。在每個周期T內(nèi)，Q1導(dǎo)通時間為Ton。在Q1導(dǎo)通時，V1點(diǎn)電壓為VDC（設(shè)Q1導(dǎo)通時兩端的電壓降為零）。Q1開關(guān)斷開時，V1點(diǎn)沒有電壓，理想情況下，續(xù)流二極管D1的兩端也沒有電壓。V1點(diǎn)的電壓在Ton時為VDC，其余時間為零，則在一個周期內(nèi)V1點(diǎn)的平均直流電壓值為i=VDC*Ton/T。在V1和Vo之間的LC濾波器接使輸出點(diǎn)Vo的幅值成為A=VDC*Ton/T的直流電壓。圖2-1電壓模式開關(guān)電源Buck拓?fù)涞脑韴D電壓控制模式的優(yōu)點(diǎn)電壓控制模式的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，具體如下：(1)相對于多環(huán)反饋來說，單環(huán)反饋的設(shè)計(jì)和分析更容易進(jìn)行；(2)鋸齒波較大的振幅可以為穩(wěn)定的調(diào)制過程提供較好的噪聲余度；(3)能夠輸出低功耗阻抗，具有很好的交互調(diào)節(jié)特性。同時，這種控制方式也存在一些缺點(diǎn)：(1)動態(tài)響應(yīng)速度較慢；(2)需要一個零點(diǎn)補(bǔ)償；(3)補(bǔ)償變得更加復(fù)雜。電流控制模式電流控制模式存在輸出電壓和電感電流雙重反饋信號，實(shí)現(xiàn)了雙環(huán)控制。電流控制模式增加一個電流負(fù)反饋的環(huán)節(jié)，電流控制模式的PWM電壓比較器的輸入電壓Vs為由電感電流采樣值轉(zhuǎn)換成的電壓，比較器的另一端與電流控制模式相同。在每個周期中，時鐘信號打開開關(guān)，隨著開關(guān)和電感的電流增大，電壓也隨之增大，當(dāng)電壓增大一定值時，開關(guān)被斷開。同電壓控制模式一樣，輸入電壓VDC無論增大還是減小，電流控制模式同樣也能改變開關(guān)的導(dǎo)通時間Ton，使得最終的輸出電壓保持在一個固定的值。電路原理如圖2-2所示。圖2-2PWM峰值電流型控制原理框圖電流控制模式的特點(diǎn)是：（1）暫態(tài)閉環(huán)響應(yīng)快；（2）過流保護(hù)和可并聯(lián)性；（3）回路穩(wěn)定性好，負(fù)載響應(yīng)快。LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主控芯片是C8051F310，該芯片的主要功能是執(zhí)行讀寫鎖存，并且提供3V,5V電壓，同時通過軟件編程控制脈寬的大小進(jìn)而控制電流的恒定。其次該設(shè)計(jì)采用ACS712作為驅(qū)動電路，上接一個N溝道MOS管采集電流，一旦顯示的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確可以及時通過主控芯片C8051F310來調(diào)節(jié)脈寬從而控制顯示的數(shù)字大小控制在10%誤差之內(nèi)。設(shè)計(jì)流程圖如圖3-1所示。鍵盤電路C8051f310單片機(jī)系統(tǒng)V/A轉(zhuǎn)換及功率放大顯示電路D/A轉(zhuǎn)換采樣電路負(fù)載圖3-1設(shè)計(jì)整體框圖開始初始化開始初始化設(shè)定電流改變DAC輸出檢測實(shí)際電流結(jié)束比較設(shè)定電流和實(shí)際輸出電流通過控制DAC補(bǔ)償圖3-2系統(tǒng)主流程圖51單片機(jī)功能綜述8051單片機(jī)是51系統(tǒng)中的代表作品，主要參數(shù)如表3-1所示。表3-18051主要參數(shù)1個串行通信口全雙工程序存儲器ROM為4KB111條大部分為單字節(jié)指令2個優(yōu)先級RAM數(shù)據(jù)存儲器為128字節(jié)具有邏輯操作位尋址功能5個中斷源8位CPU外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間64KB2個可編程定時/計(jì)數(shù)器I/O口線32條外部程序存儲器尋址空間64KB專用寄存器21個，有多種封裝形式包括32-pinLQFP；均是+5V電源供電。單片機(jī)引腳及功能如表3-2所示。表3-2單片機(jī)引腳及功能單片機(jī)引腳功能Pin1~Pin8P1.0~P1.7輸入/輸出腳Pin9RST/Vp:復(fù)位信號復(fù)用腳Pin10~Pin17P3.0~P3.7均是系統(tǒng)輸入輸出腳Pin18作為片內(nèi)振蕩電路的輸出端Pin19作為片內(nèi)振蕩電路的輸入端Pin20接地腳Pin21~Pin28P2.0~P2.7輸入/輸出腳Pin29PSEN腳Pin30ALE/PROG腳Pin31EA/Vpp為程序存儲器的內(nèi)外部選通信號線Pin39~Pin32P0.0~P0.7輸入/輸出腳Pin40正電源腳該設(shè)計(jì)所需要的軟件介紹：首先點(diǎn)擊Project菜單新建項(xiàng)目，第二選擇所需要的單片機(jī)，第三添加程序，經(jīng)典程序如下：#include<AT89C#include<stdio.h>voidmain(void){SCON=0x50;//串口方式1,允許接收TMOD=0x20;//定時器1定時方式2TCON=0x40;//設(shè)定時器1開始計(jì)數(shù)TH1=0xE8;//11.0592MHz1200波特率TL1=0xE8;TI=1;TR1=1;//啟動定時器while(1){printf("HelloWorld!\n");//顯示HelloWorld}}第四保存新建的程序添加項(xiàng)目，接著就是編譯并調(diào)試運(yùn)行程序了。C8051f310芯片介紹C8051F310芯片帶有模擬多路器件，具有高速、流水線結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)中采用的是28腳MLP封裝。該芯片作為主控芯片是所有器件的核心，其中接線端說明如下表3-3所示。表3-3C8051f端口作用P0.0SpiLEDP0.1DmxLEDP0.2-P0.3晶振P0.4-P0.7Dmx通信P1.0-P1.3Spi通信P1.4-P2.0PWM輸出P2.1-P2.4Spi通信控制端P2.5-P2.7，P3.1-P3.224C256通信P3.3-P3.4PWM/AD采樣參照原理圖如圖3-3所示。圖3-3C8051fAcs712芯片介紹ACS712是線性電流傳感器，當(dāng)Allegro公司將此款產(chǎn)品公之于眾后，該公司就獲得了大眾的矚目，一時間名聲大噪。在該集成IC芯片內(nèi)有一個精確的低偏置電路，使得輸出電壓便于控制。該芯片的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快，噪聲很低，此外該芯片帶寬為50KHZ,輸出誤差很小，能夠嚴(yán)格控制在4%，輸出靈敏度極高，同時具有很高的絕緣電壓，性價比高，能夠使用方便，等等好多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于，該器件工作原理是片內(nèi)的霍爾集成電路能夠感應(yīng)到流經(jīng)電流所產(chǎn)生的磁場，運(yùn)用N溝道MOS管采集數(shù)據(jù)顯示出來。此數(shù)據(jù)顯示的電壓會與輸入電流成比例。電路原理如圖3-4所示。圖3-4ACS712T原理圖其中該芯片管腳5和7需要接一個N溝道MOS管，其另外一個接口要接到主控芯片D1端口作為輸出，G1接LED燈作為顯示電路，另外2管腳上接3V電源驅(qū)動電容。通過電容充放電實(shí)現(xiàn)驅(qū)動功能，管腳4需要接電阻進(jìn)而與單片機(jī)連接，原因是如果單片機(jī)直接連接的話，倘若芯片崩潰會直接導(dǎo)致單片機(jī)損壞，然而電阻就可以有效阻止驅(qū)動直接充放電導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓。同時6管腳與8管腳以及1、3都是接地端口，需要注明的是管腳6需要接電容與管腳4同樣提供穩(wěn)壓電路。at24c254芯片介紹本設(shè)計(jì)中該芯片采用的是2.7V標(biāo)準(zhǔn)電壓，同時利用其有128K存儲功能，其可以將C8051f310通過串口輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作，此電路中有效阻止輸入噪聲并且采用施密特觸發(fā)方式通過管腳5、6將數(shù)據(jù)傳輸出來。本設(shè)計(jì)中參照電路如圖3-5所示。圖3-5AT24C253原理圖在通過微處理器輸入輸出模擬I2C總線而被讀寫之前應(yīng)注意兩個重要問題：（1）集成電路芯片的輸入輸出接口在與數(shù)據(jù)鎖存，時間定時器連接時應(yīng)該接入上拉電阻。（2）上拉電阻在閑置的時候應(yīng)該保證兩條信號線處于高電平。為了節(jié)約能源減少耗電情況的發(fā)生，要使系統(tǒng)一直處于高電平，保證I/O口線能夠輸入輸出高電平。該系統(tǒng)中上拉電阻要為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的輸入電壓，并且通過復(fù)位鍵開關(guān)電源將系統(tǒng)鎖定，其復(fù)位電路如圖3-6所示。其中上拉電阻需要接3V電壓，按鍵部分需要接電容來緩沖，當(dāng)電路瞬間斷電時會有效防止電路瞬間掉線。該部分電路通過一個接線口來引入3V電源。圖3-6復(fù)位電路原理圖LM2576芯片介紹LM2576系列穩(wěn)壓器是單片集成電路，本系統(tǒng)中采用的是電壓可調(diào)方式。由于本設(shè)計(jì)要求是能夠12V—24V可調(diào)，僅需4個外部元件并且具有52kHz晶振。在此系統(tǒng)中，LM2576需要接4V電源提供能量，此外還需接入電感緩沖電流，此電路發(fā)光二極管的作用是顯示電路工作狀態(tài)，點(diǎn)亮表明系統(tǒng)工作正常，如果不需要提供5V電源則發(fā)光二極管不亮,電路原理如圖3-7所示。圖3-7LM2576原理圖74HC08芯片介紹74HC08是一款CMOS器件,該芯片高速，集成，成本低，受到大家的青睞，其中具有4組與門，引腳能夠完全兼容低功耗LS-TTL系列芯片，同時該芯片符合微電子產(chǎn)業(yè)指定的固態(tài)技術(shù)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)。該芯片傳輸為5V電壓7ns響應(yīng)時間，電壓上接5V公共電源，但是可以通過與門功能轉(zhuǎn)換電壓，本設(shè)計(jì)調(diào)整電源均是從此芯片獲得的，需要多少伏電壓均可以從這里獲取。芯片接入電阻是可以提供緩沖并且分擔(dān)一部分電壓。該系統(tǒng)中采用的是SO14封裝形式。該芯片電路原理如圖3-8所示。圖3-874HC08電路原理圖晶振及緩沖電路本著穩(wěn)定與可實(shí)施的原則，本設(shè)計(jì)還需加入晶振、緩沖電路，其晶振原理圖如圖3-9所示，其中P02與P03接入單片機(jī)為單片機(jī)提供振蕩頻率。每當(dāng)晶體振蕩一次就會執(zhí)行一次命令，一般認(rèn)為是時鐘振蕩，振蕩頻率一定，所以可以作為時鐘提供參考。圖3-9晶振電路原理圖緩存電路如圖3-10所示。該芯片接入電感電容是為了為LED提供穩(wěn)壓，電路斷電情況下電容可以放電為LED提供電壓，當(dāng)電路導(dǎo)通時電感可以阻止瞬間電流的產(chǎn)生而有效保護(hù)LED。圖3-10緩沖電路原理圖最終顯示電路如圖3-11所示。該部分電路是顯示系統(tǒng)工作狀態(tài)的電路，LED點(diǎn)亮表明系統(tǒng)工作正常，同時這里也是很好的體現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的最終主題，驅(qū)動LED點(diǎn)亮。圖3-11顯示電路軟件介紹PWM控制程序如下#include<C8051F310.H>unsignedchartimer1;sbitPWM=P3^2;voidsystem_Ini(){TMOD|=0x11; //PWM TH1=0xfe;//11.0592 TL1=0x33; TR1=1;IE=0x8A; }AD采樣程序如下#include<C8051F310.H>#include<I2C.H>#definePCF85910x90//PCF8591地址//elseIOsbitLS138A=P2^2;sbitLS138B=P2^3;sbitLS138C=P2^4;unsignedcharAD_CHANNEL;unsignedintD[32];數(shù)據(jù)鎖存程序#include<C8051F310.H>#defineucharunsignedchar#defineunsignedintsbitclk=P1^2;//11數(shù)據(jù)時鐘輸入sbitser=P1^3;//14數(shù)據(jù)輸入sbitrclk=P1^1;//12數(shù)據(jù)鎖存sbitkey1=P3^2;sbitkey2=P3^3;數(shù)據(jù)鎖存程序讀程序：unsignedcharSPI_Receiver_Dat(void){unsignedcharn;for(n=0;n<8;n++){SCK_D(0);dat<<=1;if(MISO_I())dat|=0x01;elsedat&=0xfe;SCK_D(1);}SCK_D(0);returndat;}#endif寫程序：#if_CPOL==1&&_CPHA==0//MODE10voidSPI_Send_Dat(unsignedchardat){unsignedcharn;for(n=0;n<8;n++){SCK_D(1);if(dat&0x80)MOSI_D(1);elseMOSI_D(0);dat<<=1;SCK_D(0);}SCK_D(1);}液晶顯示部分程序#include<C8051F310.H>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitkey1=P0^0;#endif測試總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)真正的考驗(yàn)了我的技術(shù)水平，將我所學(xué)完全應(yīng)用于實(shí)際，這真不是一件簡單的事情，書到用時方恨少在這時顯得那么古老而有深意，大功率LED恒流驅(qū)動涉及到主控芯片C8051f310的PWM調(diào)制，以及核心元件ACS712驅(qū)動芯片的所有內(nèi)容，包括軟件編程、硬件電路設(shè)計(jì)與焊接、軟件仿真、軟硬件連接、最終成品出現(xiàn)。本設(shè)計(jì)在PROTEUS仿真軟件上成功的實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)，能夠通過調(diào)節(jié)脈沖實(shí)現(xiàn)電流的增大與減小，恒流驅(qū)動并不是真正的保持電流恒定而是某種意義上的恒定，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)燈光亮度不變延長燈光壽命。其中keil中代碼部分主要是實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)，這部分內(nèi)容不是太難，因?yàn)闀旧隙加蓄愃苾?nèi)容介紹，在充分咀嚼書本內(nèi)容后能夠大致寫出程序結(jié)構(gòu)，然后在別人的幫助下最終實(shí)現(xiàn)了C8051F310控制脈沖寬度調(diào)節(jié)LED亮度程序。此外軟硬件聯(lián)合過程中比較簡單，在PROTEUS中仿真出結(jié)果之后只需添加keil編譯生成的.HEX文件即可，雖然軟件硬件兩部分各自編寫完成的的過程還算順利可是兩部分結(jié)合起來顯然不是很輕松，需要設(shè)置頻率，本設(shè)計(jì)用的是12MHz，此外還有一些其他設(shè)置，本人不是很擅長，但是同學(xué)的幫助是我最終完成本設(shè)計(jì)。本啟動設(shè)計(jì)最終電路板展示如圖5-1所示。圖5-1電路板展示圖本設(shè)計(jì)最終完成了驅(qū)動6顆LED常亮并且可以控制液晶顯示調(diào)節(jié)亮度，整體產(chǎn)品設(shè)計(jì)如圖5-2所示。圖5-2產(chǎn)品整體圖參考文獻(xiàn)[1]雷思孝．單片機(jī)原理及實(shí)用技術(shù)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2009:10-76.[2]原子哥.STM32不完全手冊V2.0[J].[3]張曉輝.PT4115的大功率LED恒流驅(qū)動設(shè)計(jì)的驅(qū)動方案[D].南京:南京科技大學(xué)，2000.[4]萬光毅.SOC單片機(jī)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐與應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003:101-300.[5]劉昌華.8051單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]．北京:國防工業(yè)出版社，2007：8-40.[6]馬忠梅.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)（第四版)[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007,27-65.[7]沙占友.開關(guān)電源設(shè)計(jì)入門與實(shí)例解析[M].中國電力出版社,2009.[8]吳麗麗,丁攀峰.3W照明LED驅(qū)動芯片中功率管的設(shè)計(jì)研究科技創(chuàng)新導(dǎo)報[J],2010年34期.[9]童詩白,華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版)[M].北京:高等教育出版社，2006:70-79.[10]AmaraL.Holder,GayleS.W.Hagler,TiffanyL.B.Yelvertonetal.On-roadblackcarboninstrumentintercomparisonandaerosolcharacteristicsbydrivingenvironment[J].AtmosphericEnvironment,2014.[11]J-MCai,BNaydenov,RPfeifferetal.Robustdynamicaldecouplingwithconcatenatedcontinuousdriving[J].NewJournalofPhysics,2012,14(11).[13]金麟孫.白光LED的PWM驅(qū)動方式分析[J].電子設(shè)計(jì)工程,2010年2月.[14]黃欣等.基于LLC諧振拓?fù)涞母呒啥萀ED恒流驅(qū)動電路[J].微電子學(xué),2013.[15]路秋生.LED驅(qū)動與有關(guān)技術(shù)要求[J].電子產(chǎn)品世界,HYPERLINK"6/kns55/loginid.aspx?uid=M1J5NXRDUHlmWW1tYkNSd2pITGl5cEgrQnhnVWhvRmhoVVZDcUZZZzhROXF4VmxL&p=Navi%2FBridge.aspx%3FLinkType%3DIssueLink%26DBCode%3Dcjfq%26TableName%3DCJFQyearinfo%26ShowField%3Dcname%