PWMLED0引言

時(shí)間：2012-04-2516:55:05來源：隨著全球能源危機(jī)和氣候變暖問題的日益嚴(yán)峻，綠色節(jié)能已經(jīng)成為全球普遍關(guān)注的話19%,我國也到達(dá)12%LED作為一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度放電燈〔如高壓鈉燈和金鹵燈〕之后的第四代光源。基于白光LED的固態(tài)照明，是一種典型的綠色照明方式，與傳統(tǒng)光源相比，具有節(jié)能、環(huán)保、壽源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)“的要求?？梢灶A(yù)見不久的將來，LED必定會(huì)進(jìn)入一般照明領(lǐng)域取代現(xiàn)有的照明光源。目前，市場上承受白熾燈、鹵素?zé)?、熒光燈為光源的臺(tái)燈普遍存在著低效率、高能耗、不易調(diào)光等缺點(diǎn)；至于壽命完畢的含汞燈，一旦處理不當(dāng)，將對環(huán)境造成嚴(yán)峻危害；而且局部的實(shí)際需求。為解決當(dāng)前問題，本文設(shè)計(jì)了以AT89S51單片機(jī)為核心的多功能白光LED臺(tái)燈系統(tǒng)，承受PT4115大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)方案，可實(shí)現(xiàn)對LED臺(tái)燈的PWM時(shí)鐘日歷、聲光鬧鐘、溫度檢測、液晶顯示等多項(xiàng)功能。在實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能的同時(shí)，為家庭使用供給了極大的便捷。1系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)該多功能LED20只5mm高亮白光LED燈珠為光源，以AT89S51單片機(jī)為主控芯片，由LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、時(shí)鐘系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)、蜂鳴系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)組成。系統(tǒng)構(gòu)造框圖如圖1所示。該系統(tǒng)可具體實(shí)現(xiàn)LED10PWM度信息；鬧鐘功能承受聲光報(bào)警方式，即一旦到達(dá)鬧鐘時(shí)間，LED臺(tái)燈自動(dòng)點(diǎn)亮，并發(fā)出蜂LED亮度的調(diào)整以及鬧鐘報(bào)警的解除。圖1系統(tǒng)構(gòu)造框圖單片機(jī)主控系統(tǒng)本設(shè)計(jì)主控系統(tǒng)承受ATMEL公司的高性能AT89S51P0口外接10K阻，P0.0~P0.7同時(shí)作為DS12C887的數(shù)據(jù)接口與液晶1602的數(shù)據(jù)接口。P2.0~P2.3分別連接DS12C887芯片的片選端CS、地址選通輸入端AS、數(shù)據(jù)選擇端DS與讀/寫輸入端R/W,P3.2連接其鬧鐘中斷懇求輸出端IRQ.P2.5~P2.7分別連接液晶1602的使能端EN、數(shù)據(jù)/命令選擇端RS/寫選擇端RW.P2.4P3.0作為DS18B20P3.1P3.4、P3.5P3.6P3.7作為S2~S6P1.1PWM信號(hào)的輸出端并連接PT4115芯片DIM端，用于PWM調(diào)光掌握。系統(tǒng)晶振電路由12MHZ晶振與兩個(gè)30PFS1按鍵、10K10uF2所示。圖2單片機(jī)主控系統(tǒng)電路圖恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本設(shè)計(jì)LED20只5mm高亮度小功率LEDLED燈珠的壓降約3.1V,工作電流約20mA.由白光LEDLEDLED的正常使LEDLED承受高性能PT411PT4115是一款連續(xù)電感電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源芯片，能將直流電壓直接轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流輸出；其承受6~30V寬電壓輸入，輸出電流可達(dá)1.2A,轉(zhuǎn)換效率高達(dá)97%,輸出電流精度達(dá)±5%.該芯片內(nèi)部含有抖頻特性，極大的改善EMILED開路保護(hù)等多種功能。該芯片適合用于綠色照明LED燈的驅(qū)動(dòng)電路，具有應(yīng)用電路格外簡潔的優(yōu)點(diǎn)。LED恒流驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示。圖3LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路圖PT4115芯片上的DIMPWM轉(zhuǎn)變流過LED不同電流下發(fā)出的白光存在色偏。因此，本設(shè)計(jì)承受PWM調(diào)光方案，PWM調(diào)光的根本原理是保持LEDLEDLED120Hz時(shí)，人眼就不會(huì)感覺到閃耀，而看到是LEDPWM調(diào)光的優(yōu)勢是LED電流是恒定的，LEDPT4115恒流驅(qū)動(dòng)輸出的電流值計(jì)算公式為：IOUT=〔0.1×D〕/Rs〔DRs本設(shè)計(jì)LED20只小功率白光LED燈珠并聯(lián)方式，且每只LED20mAPT4115恒流驅(qū)動(dòng)輸出最大電流IOUT400mA,因此Rs0.25ΩL1為鎮(zhèn)流電感，選取68μH,用于穩(wěn)定通過LEDD1是續(xù)流二極管，當(dāng)芯片內(nèi)部MOS管截止?fàn)顟B(tài)時(shí)為儲(chǔ)存在電感L1D1選用正向壓降小且恢復(fù)速度快的肖特基二極管SS24.PWM脈沖信號(hào)則由單片機(jī)P1.1產(chǎn)生，其凹凸電平打算LED的通斷狀態(tài)。將定時(shí)器T0溢出1/250秒〔即400μS10250HZ1/250秒的方波周期中，通過轉(zhuǎn)變方波的輸出占空比，從而實(shí)現(xiàn)LED10級(jí)亮度調(diào)整，即LED11/10,亮度最低，其調(diào)光原理如圖4所示；當(dāng)高電平脈沖為10時(shí)，占空比為1,LED圖4PWM時(shí)鐘系統(tǒng)時(shí)鐘系統(tǒng)承受高性能的DS12C887時(shí)鐘芯片，該芯片功能豐富，使用簡潔，是一款高精度實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片；其可以自動(dòng)產(chǎn)生世紀(jì)、年、月、日、時(shí)、分、秒等時(shí)間信息，具有閏年補(bǔ)償及鬧鐘〔定時(shí)〕功能，并且內(nèi)部自帶有鋰電池，外部掉電時(shí)，仍可維持時(shí)鐘準(zhǔn)確，其內(nèi)部時(shí)間信息能夠保持10年之久；外部系統(tǒng)斷電后，用戶無需重設(shè)定時(shí)間。DS12C887MotorolaIntelIntel模式，馬上芯片第一引腳MOT接GND.同時(shí)，時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)置為24小時(shí)模式，存放器存儲(chǔ)模式選為二進(jìn)制格式。P0.0~P0.7連接其地址數(shù)據(jù)復(fù)用端口AD0~AD7.P2.0~P2.3分別連接芯片片CS、地址選通輸入端AS、讀/寫輸入端R/WDS.P3.2連接中斷懇求輸出端IRQ,用于處理鬧鐘中斷。該時(shí)鐘接口電路如圖5所示。圖5時(shí)鐘系統(tǒng)電路圖液晶顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)承受160216個(gè)字符；且體積小、能耗低、操作簡潔；適合于本設(shè)計(jì)所需數(shù)字、英文字母以及特別符號(hào)的顯示要求。通過單片機(jī)掌握1602液晶實(shí)現(xiàn)首行年、月、日、星期顯示，其次行時(shí)、分、秒以及環(huán)境溫度顯示。本系統(tǒng)1602液晶承受并行操作方式，P0.0~P0.7通過借助10K的上拉電阻連接其數(shù)據(jù)端口DB0~DB7,P0口同時(shí)也連接著DS12C887的數(shù)據(jù)地址端口，由于各自片選信號(hào)不同，選中時(shí)P2.5~P2.6分別連接1602液晶的使能端E、讀/寫選擇端RW、數(shù)據(jù)/命令選擇端RS.第3引腳為液晶顯示比照度調(diào)整端，通過10K滑動(dòng)變阻器接地，用15管腳背光源正極BLA通過1016管腳背光源負(fù)極BLK6所示。圖6液晶系統(tǒng)電路圖溫度檢測系統(tǒng)溫度檢測系統(tǒng)選用DALLAS公司“一線總線“接口的數(shù)字溫度傳感器DS18B20,該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點(diǎn)，可直接將溫度轉(zhuǎn)化成串行數(shù)字信號(hào)處理，測溫范圍為-55~125℃，最高區(qū)分率可達(dá)0.0625℃DS18B20VCC、電源負(fù)GND和信號(hào)輸入輸出口DQ.R3為4.7KDS18B20通訊時(shí)凹凸電平準(zhǔn)確的被單片機(jī)機(jī)和DS18B20識(shí)別。單片機(jī)P3.0口通過R3連接DQ端口實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的采集處理，并通過液晶屏實(shí)時(shí)顯示。溫度檢測電路如圖7所示。圖7溫度檢測電路圖蜂鳴系統(tǒng)蜂鳴系統(tǒng)用于產(chǎn)生鬧鐘報(bào)警聲以及按鍵提示音。由單片機(jī)P2.4口掌握PNP三極管9012用于鬧鐘鈴聲，短音””滴””用于按鍵提示音。蜂鳴系統(tǒng)電路如圖8所示。圖8蜂鳴系統(tǒng)電路圖按鍵系統(tǒng)按鍵掌握系統(tǒng)由S2~S5五個(gè)按鍵組成，分別為S2S3S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設(shè)置鍵以及S6亮度調(diào)整鍵。S2用于選擇需要調(diào)整的時(shí)間日歷以及鬧鐘參數(shù)，并作為時(shí)間日歷參數(shù)的存儲(chǔ)確認(rèn)鍵。S3與S4用于調(diào)整被選參數(shù)值的大小。S5用于鬧鐘查看與存儲(chǔ)確認(rèn)鍵。S6用于LED10級(jí)亮度的調(diào)整鍵。按鍵系統(tǒng)電路如圖9所示。圖9按鍵系統(tǒng)電路圖電源系統(tǒng)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大功率約1.6W,可承受電池或穩(wěn)壓電源多種方式供電。由于系統(tǒng)光源承受20LEDLED恒流驅(qū)動(dòng)芯片PT4115供電電源在6~30VLED燈正常使用。但單片機(jī)供電系統(tǒng)承受三端穩(wěn)壓芯片7805,該線性穩(wěn)壓芯片正常工作輸入電壓與輸出電壓差值應(yīng)至少高于2V,假設(shè)差值過大會(huì)增加額外功耗。因此，本系統(tǒng)宜選用2節(jié)4.2V9V的穩(wěn)壓電源方式供電。同時(shí)，本文LED恒流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔敏捷，可依據(jù)用戶需求適當(dāng)調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路參數(shù)，即可擴(kuò)展LED10W2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)理程序、液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時(shí)器產(chǎn)生PWM系統(tǒng)主程序系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序〔包括I/O口初始化、DS12C887時(shí)鐘芯片初始化、液晶1602的初始化、外部中斷0與定時(shí)器T0設(shè)置、按鍵檢測和處理程序、時(shí)鐘數(shù)據(jù)的讀取PWM調(diào)光處理程序等。程序中設(shè)置鬧鐘標(biāo)志位Flag_ri,一旦鬧鐘時(shí)間到達(dá)，時(shí)鐘芯片IRQ引腳觸發(fā)外部中斷0,進(jìn)入中斷程序則置Flag_ri=1,用于主程序中鬧鐘報(bào)警的推斷與處理。系統(tǒng)主程序流程圖如圖10所示。圖10主程序流程圖按鍵檢測和處理程序按鍵掌握系統(tǒng)由S2~S6S2S3S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設(shè)置鍵以及S6亮度調(diào)整鍵。S2用于選擇需要調(diào)整的時(shí)鐘以及鬧鐘參數(shù)，依據(jù)S2按下次數(shù)，依次選擇秒、分、時(shí)、星期、日、月、年，液晶屏上被選參數(shù)下方以光標(biāo)閃耀S3S4調(diào)整被選參數(shù)值的大小，S2按下累積8保存當(dāng)前數(shù)據(jù)至?xí)r鐘芯片。S5用于鬧鐘時(shí)間的查看與設(shè)置；首次按下S5,1602液晶屏其次行顯示已設(shè)置的鬧鐘時(shí)間；可通過S2、S3與S4重設(shè)置鬧鐘時(shí)間；再次按下，則退出鬧鐘查看功能并保存當(dāng)前設(shè)置的鬧鐘參數(shù)至?xí)r鐘芯片。同時(shí)，S3與S4還可獨(dú)立作為鬧鐘產(chǎn)生時(shí)的取消鍵與LEDS6LED10級(jí)調(diào)整，每按一次，LED當(dāng)?shù)竭_(dá)亮度最大時(shí)，再次按下則關(guān)閉LED燈光。每次有按鍵按下，蜂鳴器都以短””滴””聲提示。按鍵檢測與處理流程圖如圖11所示。圖11按鍵檢測與處理流程圖鬧鐘中斷程序系統(tǒng)到達(dá)設(shè)置的鬧鐘時(shí)間，DS12C887IRQ單片機(jī)P3.2INT0DS12C887芯片的C存放器來去除IRQ腳輸出。因此，將外部中斷INT0設(shè)置為負(fù)跳變沿觸發(fā)中斷，并設(shè)置鬧鐘標(biāo)志位Flag_ri,鬧鐘時(shí)刻到達(dá)時(shí)設(shè)置Flag_ri=1,用于主程序中的鬧鐘報(bào)警處理。鬧鐘中斷程序如圖12所示。圖12鬧鐘中斷流程圖定時(shí)器中斷程序?yàn)楫a(chǎn)生調(diào)整LED燈光亮度的PWMT0設(shè)置為工作方式0,即13位計(jì)數(shù)器定時(shí)，最多裝載數(shù)值為213=819212MHzTH0=〔8192-400〕/32TL0=〔8192-400〕%32,即可實(shí)現(xiàn)400μS的定時(shí)中斷。10次中斷〔即4mS〕作為一個(gè)周期，通過調(diào)整每個(gè)周期內(nèi)單片機(jī)P1.1〔LED_PWM〕PWM號(hào)，以掌握PT4115恒流驅(qū)動(dòng)芯片實(shí)現(xiàn)LED10級(jí)亮度調(diào)整。程序設(shè)置對T0中斷次數(shù)〔即定義為T0_num〕進(jìn)展計(jì)數(shù)，以便推斷一個(gè)周期到否；同時(shí)推斷比較高電平脈沖個(gè)數(shù)〔即定義為scale值，由調(diào)光鍵S6按下次數(shù)設(shè)置〕用于實(shí)現(xiàn)不同亮度等級(jí)的調(diào)整。在定時(shí)器T0中斷效勞程序中，首先T0重裝入定時(shí)為400μS的初值；定時(shí)器中斷次數(shù)T0_num加1,推斷一個(gè)方波周期到否，假設(shè)到達(dá)，令T0_num歸零，并將P1.1口輸出電平置高〔即LED_PWM=；假設(shè)一個(gè)方波周期還沒到，則與亮度等級(jí)scale推斷高電平脈沖個(gè)數(shù)scale到否，假設(shè)到達(dá)，令P1.口輸出電平置低〔即LED_PWM=，否則連續(xù)保持P1.口輸出高電平〔即LED_PWM=；而后中斷返回，等待下一次定時(shí)中斷。這樣，P1.1