畢業(yè)設計（論文）基于51單片機的室內LED彩色背景燈的智能化控制設計

1、 本科畢業(yè)設計（論文） 室內led彩色背景燈的智能化控制設計學 院 物理與光電工學院 專 業(yè) 電子科學與技術 （應用電子方向） 年級班別 2006級（2班） 學 號 姓 名 指導教師 2010 年 6 月 室內led彩色背景燈的智能化控制設計黃賢有物理與光電工程學院摘 要發(fā)光二極管（light emitting diode，led）作為一種新型光源，具有體積小，效率高，壽命長，環(huán)保，節(jié)能等特點，從一問世起，就引起了世界的廣泛關注。隨著led技術的不斷提高，用普通led組成的彩色led燈廣泛應用于各種領域，并很快在各領域占有一席之地。由于彩色led燈具有如此多的優(yōu)點，并且集觀賞性、實用性于一身，

2、在日常生活中很受歡迎。所以本文主要研究用大功率彩色led作為室內的背景燈，并通過傳感器和stc89c52單片機的控制，達到智能化的效果。以滿足人們對現(xiàn)代家居智能化的追求。關鍵詞：發(fā)光二極管,控制，智能化abstractas a novel light source , light emitting diode have many characteristic, for example , little volume, effectivity , long-life , green , energy-saving and so on. led attracting everybodys eyes

3、 when it come out in the word .with the technology of led development , multi-colored led has applied in all kinds of filed .led has so many merits that it is very popular at our daily life , and i will make a color led system with singlechip, transducer , i think it will be popular in the future be

4、cause this system is so intelligent .key words: led , control , intelligentize 目 錄1 緒論11.1 led的發(fā)展史12 led的特性32.1 led的發(fā)光原理32.2 led的分類42.2.1 常見led的分類42.2.2 白光led介紹52.2.3 原色和基色62.2.4 大功率led封裝結構62.3 led光源的優(yōu)點72.4 led的應用領域82.5 課題研究的內容和目的93 智能彩色led的設計方案113.1 驅動電路的設計113.2 單片機最小系統(tǒng)的設計123.21 單片機復位電路123.22 外部時鐘電

5、路133.23 外部計時模塊133.24 時鐘顯示模塊143.25 傳感器153.3 整體設計方案163.4 led彩燈的排列163.5 整體電路的設計174 印制電路板的制作與電子元器件的焊接194.1 印制電路板的制作194.2 電子元器件的焊接245 程序代碼的編寫255.1 led顯示流程255.2 主程序27結論29參考文獻30致謝31附錄321 緒 論1.1 led的發(fā)展史 1907年henry joseph round 第一次在一塊碳化硅里觀察到電致發(fā)光現(xiàn)象。由于其發(fā)出的黃光太暗，不適合實際應用；更難處在于碳化硅與電致發(fā)光不能很好的適應，研究被摒棄了。二十年代晚期bernhard

6、 gudden和robert wichard 在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光。再一次因發(fā)光暗淡而停止。 1936年,george destiau出版了一個關于硫化鋅粉末發(fā)射光的報告。隨著電流的應用和廣泛的認識，最終出現(xiàn)了“電致發(fā)光”這個術語。 二十世紀50年代，英國科學家在電致發(fā)光的實驗中使用半導體砷化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的led,并于60年代面世。據(jù)說在早期的試驗中，led需要放置在液化氮里，更需要進一步的操作與突破以便能高效率的在室溫下工作。第一個商用led僅僅只能發(fā)出不可視的紅外光，但迅速應用于感應與光電領域。 60年代末，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個可見的紅光

7、led。磷化鎵的改變使得led更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。 到70年代中期，磷化鎵被使用作為發(fā)光光源，隨后就發(fā)出灰白綠光。led采用雙層磷化鎵蕊片（一個紅色另一個是綠色）能夠發(fā)出黃色光。就在此時，俄國科學家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的led。盡管它不如歐洲的led高效。但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。80年代早期到中期對砷化鎵磷化鋁的使用使得第一代高亮度的led的誕生，先是紅色，接著就是黃色，最后為綠色。到20世紀90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的led。第一個有歷史意義的藍光led也出現(xiàn)在90年代早期，再一次利用金鋼砂早期的半導體光源的障礙物。依當今的

8、技術標準去衡量，它與俄國以前的黃光led一樣光源暗淡。90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵led，隨即又制造出能產(chǎn)生高強度的綠光和藍光銦氮鎵led。超亮度藍光蕊片是白光led的核心，在這個發(fā)光蕊片上抹上熒光磷，然后熒光磷通過吸收來自蕊片上的藍色光源再轉化為白光。就是利用這種技術制造出任何可見顏色的光。今天在led市場上就能看到生產(chǎn)出來的新奇顏色，如淺綠色和粉紅色。有科學思想的讀者到現(xiàn)在可能會意識到led的發(fā)展經(jīng)歷了一個漫長而曲折的歷史過程。事實上，最近開發(fā)的led不僅能發(fā)射出純紫外光而且能發(fā)射出真實的“黑色”紫外光。那么led發(fā)展史到低能走多遠，不得而知。也許某天就能開發(fā)出能發(fā)x射線的led。早

9、期的led只能應用于指示燈、早期的計算器顯示屏和數(shù)碼手表。而現(xiàn)在開始出現(xiàn)在超亮度的領域。將會在接下的一段時間繼續(xù)下去1。2 led的特性2.1 led的發(fā)光原理led是一種固體光源，當它兩端加上正向電壓，半導體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復合，放出的過剩能量將引起光子發(fā)射。它是基于半導體pn結而形成的用微弱的電能就能發(fā)光的高效固態(tài)光源，在一定的正向偏置電壓和注入電流下，注入p區(qū)的空穴和注入n區(qū)的電子在擴散至有源區(qū)后經(jīng)輻射復合而發(fā)出光子，將電能直接轉化為光能2, 1-1 圖2.1。 圖2.1 pn結發(fā)光原理 采用不同的材料，可制成不同顏色有發(fā)光二極管。單芯片白色led是一種含ingan活性層的

10、can發(fā)光二極管，它主要有兩種發(fā)光機理：一種是結合藍光led和黃磷熒光粉，通過藍光和磷發(fā)射的黃光的混合產(chǎn)生白光；另一種是通過紫外光led和紅、藍、綠磷的組合產(chǎn)生白光。白色led在照明市場上的應用前景誘人，為此，世界各國led廠商加緊開發(fā)大功率白色led，如nichia公司開發(fā)出大功率ingan led，功率達1 w2 w，是現(xiàn)有l(wèi)ed的10倍。美國加州大學固態(tài)發(fā)光及顯示中心計劃在2009年開發(fā)出發(fā)光效率為200lm/w的白色led。2.2 led的分類2.2.1 常見led的分類 1. 按發(fā)光管發(fā)光顏色分成紅色、橙色、綠色（又細分黃綠、標準綠和純綠）、藍光等。另外，有的發(fā)光二極管中包含二種或三

11、種顏色的芯片。根據(jù)發(fā)光二極管出光處摻或不摻散射劑、有色還是無色，上述各種顏色的發(fā)光二極管還可分成有色透明、無色透明、有色散射和無色散射四種類型。散射型發(fā)光二極管不適合做指示燈用。 2. 按發(fā)光管出光面特征分為圓燈、方燈、矩形、面發(fā)光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。國外通常把3mm的發(fā)光二極管記作t-1；把5mm的記作t-1（3/4）；把4.4mm的記作t-1（1/4）6-8。由半值角大小可以估計圓形發(fā)光強度角分布情況。 從發(fā)光強度角分布圖來分有三類： 1)高指向性。一般為尖頭環(huán)氧封裝，或是帶金屬反射腔封裝，且不加散射劑。

12、半值角為520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或與光檢出器聯(lián)用以組成自動檢測系統(tǒng)。 2)標準型。通常作指示燈用，其半值角為2045。 3)散射型。這是視角較大的指示燈，半值角為4590或更大，散射劑的量較大。 3. 按發(fā)光二極管的結構分有全環(huán)氧包封、金屬底座環(huán)氧封裝、陶瓷底座環(huán)氧封裝及玻璃封裝等結構。 4. 按發(fā)光強度和工作電流分有普通亮度的led（發(fā)光強度小于10mcd）；超高亮度的led（發(fā)光強度大于100mcd）；把發(fā)光強度在10100mcd間的叫高亮度發(fā)光二極管。一般led的工作電流在十幾ma至幾十ma，而低電流led的工作電流在2ma以下（亮度與普通發(fā)光管相同）3。 2

13、.2.2 白光led介紹白光led的合成途徑大體上有2條路可以走，第一條是rgb，也就是紅光led+綠光led+藍光led，led走rgb合成白光的這種辦法主要的問題是綠光的轉換效率底，現(xiàn)在紅綠藍led轉換效率分別達到30%，10%和25%，白光流明效率可以達到60lm/w4。 通過進一步提高藍綠光led的流明效率，則白光流明效率可達到200lm/w。由于合成白光所要求的色溫和顯色指數(shù)不同，對合成白光的各色led流明效率有不同的。隨著白光led的深入發(fā)展，人們希望用作照明光源的白光led的光譜、色品坐標、顯色性及相關色溫等均能滿足國際cie和我國的有關標準，否則應認為不合格。我們對相關色溫80

14、00 4000k白光led的光色特性及其與正向電流的關系進行了總結。長期以來，低色溫(4000k)、高顯色性的白光le d按照當前主流方案ingan藍色led芯片和ce“激活的稀土石榴石黃色熒光體組合的方案實現(xiàn)難度大，成為人們攻關的難題。因為黃色熒光體的發(fā)射光譜中缺少紅成份。故目前大多數(shù)報告限于有關5000k以上的高色溫白光led的工作。 盡管白光led已有商品，但缺少低色溫白光led。5000k以上的高色溫商品，顯色性差，難以滿足市場，目前，由藍色芯片和熒光體組合的低色溫白光led的報告極少。因此，無論從學術上研究，還是應用需要，發(fā)展低色溫(4000k)高顯色性白光led具有重要意義。 第二

15、條路是led+不同色光熒光粉：第一個方法是用紫外或紫光led+rgb熒光粉來合成led，這種工作原理和日光燈是類似的，但是比日光燈的性能要優(yōu)越，其中紫光led的轉換系數(shù)可達80%，各色熒光粉的量子轉換效率可以達到90%，還有一個辦法是用藍光led+紅綠熒光粉，藍光led效率60%，熒光粉效率70%；還有是藍光led+黃色熒光粉來構成白光。 兩種途徑相比較之下，rgb三色led合成白光綜合性能好，在高顯色指數(shù)下，流明效率有可能高到200lm/w，要解決的主要技術難題是提高綠光led的電光轉換效率，目前只有13%左右，同時成本高。 r、g、b三基色組成 白色是紅綠藍三基色按亮度比例混合而成，當光線

16、中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21，藍色的亮度為10時，混色后人眼感覺到的是純白色。但led 紅綠藍三色的色品坐標因工藝過程等原因無法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配色。當為全彩色led 顯示屏進行配色前，為了達到最佳亮度和最低的成本，應盡量選擇三原色發(fā)光強度成大致為3:6:1 比例的led 器件組成像素。白平衡要求三種原色在相同的調配值下合成的仍舊為純正的白色。 2.2.3 原色和基色 原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍，色度圖中的三個頂點為理想的原色波長。如果原色有偏差，則可合成顏色的區(qū)域會減小，光譜表中的三角形會縮小，從視覺角

17、度來看，色彩不僅會有偏差，豐富程度減少，見下圖。 led 發(fā)出的紅、綠、藍光線根據(jù)其不同波長特性可大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等，橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價格上便宜很多。三個原色中綠色最為重要，因為綠色占據(jù)了白色中69的亮度，且處于色彩橫向排列表的中心。因此在權衡顏色的純度和價格兩者之間的關系時，綠色是著重考慮的對象。 2.2.4 大功率led封裝結構 隨著半導體材料和封裝工藝的提高,led的光通量和出光效率逐漸提高, 從而使固體光源成為可能, 已廣泛應用于交通燈、汽車照明、廣告牌等特殊照明領域, 并且逐漸向普通照明領域過渡, 被公認為

18、有望取代白熾燈、熒光燈的第四代光源4。 不同應用領域對led光源提出更高要求, 除了對led出光效率、光色有不同的要求, 而且對出光角度、光強分布有不同的要求。這不但需要上游芯片廠開發(fā)新半導體材料, 提高芯片制作工藝, 設計出滿足要求的芯片, 而且對下游封裝廠提出更高要求, 設計出滿足一定光強分布的封裝結構, 提高led外部的光利用率。 目前封裝多種多樣，封裝將隨著今后的發(fā)展，不斷改進和迎合實際需要，為led今后在各個領域應用奠定基礎5。2.3 led光源的優(yōu)點主要有以下優(yōu)點：壽命長：led光源有人稱它為長壽燈，意為永不熄滅的燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光

19、易燒、熱沉積、光衰等缺點，使用壽命可達6萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。 體積小：led基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。小巧的體積使得dlp拼接墻體的厚度更加可控，未來可以超薄方向發(fā)展。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。led是一種綠色的照明技術，低能耗體現(xiàn)了未來電子產(chǎn)品綠色環(huán)保的發(fā)展方向。低電壓和低電流也是產(chǎn)品的供電部分設計更為簡單和可靠，并節(jié)約大量的成本。高亮度、低熱量：led比hid或白熾燈更少的熱輻射。同時，與傳統(tǒng)投影光源比較熱輻射水平

20、更低。這樣不僅可以為工程師提供更加靈活的散熱設計余地，同時也體現(xiàn)了產(chǎn)品環(huán)保的特性。環(huán)保：led的環(huán)保不僅體現(xiàn)在其高效的能源利用率上，更體現(xiàn)在它的原材料和工藝上。led是由無毒的材料做成，不像熒光燈等其他光源含水銀會造成污染，同時led也可以回收再利用。堅固耐用：led是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內也沒有松動的部分，這些特點使得led可以說是不易損壞的。這符合工程應用和移動應用對產(chǎn)品穩(wěn)固性的高性能要求?？煽匦詮姡簂ed是典型的數(shù)字化光源，可以進行任意亮度水平的調整。同時，這種調整不會改變光源的任何色溫表現(xiàn)，提供高色彩穩(wěn)定性的可控的光輸出性能。價格：led的優(yōu)勢這么

21、多，因此有人會懷疑他是不是會價格和昂貴，其實不然。led技術正在飛快的進步，價格也在迅速的下滑。有人分析認為，三年后的產(chǎn)品價格可能只有現(xiàn)在的五分之一到十分之一。因此，led目前的價格問題只是產(chǎn)業(yè)初期的局部現(xiàn)象，長遠來看，其單位亮度成本不會高于普通光源產(chǎn)品，甚至更低4。2.4 led的應用領域由于led擁有眾多優(yōu)良的特性，所以led的應用領域非常廣。在led可見光應用方面，現(xiàn)在主要包括以下的七大類6： （1） led顯示屏。早在20世紀80年代中期，就有單色和多色的顯示屏問世，那時還是以文字和動畫屏為主。藍光和綠色高亮度led研制成功后，在計算機技術和集成電路技術的帶動下，led顯示屏的視頻技術

22、得以實現(xiàn)，可以全彩顯示，使室外屏的應用大大擴展。目前l(fā)ed全彩色大屏幕顯示屏在金融、證券、交通、機場、郵電等領域倍受青睞，甚至街道、商場都已廣泛使用，全球各大型體育場館幾乎已成為標準配備。（2） 交通信號燈。交通信號燈是高亮度led的第一種大規(guī)模應用，led交通信號燈的主要優(yōu)點是低功耗、長壽命。傳統(tǒng)的交通燈配備135w或75w的白熾燈，而led交通信號燈的功耗在10w左右。因此，其節(jié)電的經(jīng)濟效益是顯而易見的。并且，由于傳統(tǒng)的白熾燈壽命短，為了防止傳統(tǒng)的信號燈突然失效引起的交通不安全，燈泡需要每年更換兩三次，盡管led信號燈初期投入相對貴得多，但由于其壽命長，可工作10年以上，這就有效地降低了維

23、護的緊急更換的費用，使得采用led管比采用傳統(tǒng)燈泡更加經(jīng)濟。（3） 景觀照明。景觀照明市場近幾年一直是led照明的最大市場之一，主要原因是來自政府的推動。led功耗低，在用電量巨大的景觀照明市場中具有很強的市場競爭力，因此led照明已經(jīng)越來越多地應用到景觀照明市場中。目前景觀照明市場主要以街道、廣場等公共場所裝飾照明為主。另外，由于led可以通過電流的控制，實現(xiàn)幾百種甚至上千種顏色的變化。在現(xiàn)階段追求個性化的時代中，led顏色多樣化有助于led裝飾燈市場的發(fā)展。led已經(jīng)開始做成小型裝飾燈、裝飾幕墻，應用在酒店、居室中。（4）手機應用。led背光源主要還是用在手機方面，手機背光源是smd型產(chǎn)品

24、應用的最大市場。雖然近兩年手機的增長速度已明顯趨緩，但全年仍有4億支水準，以1支手機要led背光源2顆、按鍵6顆smd led計算，一年4億支手機需求約32億顆 led。（5） 汽車用燈。led被廣泛使用在車外的信號燈，車內照明和儀表照明。led的響應時間比傳統(tǒng)的光源短得多， led剎車燈的響應時間為60ns，而白熾燈為160ms，這意味著在高速行駛遇到緊急情況時，能提前56m剎車，可減少車禍的發(fā)生。而且，單顆led尺寸很小，設計師可以自由設計led點陣，以得到不同的燈具造型和風格。（6） 背光源。led作為背光源已普遍運用于手機、電腦、手持掌上電子產(chǎn)品等眾多領域。筆記本液晶屏采用led背光源

25、比采用ccfl背光源節(jié)省約20%到30%的電力。另外，led用比較低的電壓就可以工作，比需要高電壓才能工作的ccfl更安全可靠。使用壽命長是led背光光源的另外一個優(yōu)點，led背光光源使用壽命可達10萬小時，如果按每天開機10小時計算，一臺采用led背光光源的筆記本液晶屏可以使用將近27年。著名的索尼vaio tx系列筆記本采用了led屏幕，和t系列的ccfl lcd屏幕相比，tx的led屏幕不僅在重量上降低了26%，而且，延長了一個小時的電池續(xù)航時間，增加了一倍以上的屏幕抗壓能力。（7）.通用照明。由于led光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及熱輻射低、體積小、便于攜帶等特點，可廣泛應用于

26、防爆、野外作業(yè)、礦山、軍事行動。led還可用于玩具、禮品、手電筒、圣誕燈等輕工產(chǎn)品之中。2.5 課題研究的內容和目的內容：設計led彩色背景燈照明裝置，利用傳感器及單片機實現(xiàn)led背景燈的智能化控制，利用光敏電阻來控制燈具的開關和明暗變化，做到光強較強時燈具不會自動開啟，而光線較弱時隨傳感器的作用自動開啟，并在系統(tǒng)中嵌入時鐘控制。目的： led光源具有如此多的優(yōu)點，大力發(fā)展led照明已經(jīng)成為了一種趨勢，所以，此次制作彩色led背景燈，加之以傳感器與時鐘的控制，達到智能的效果，以滿足現(xiàn)代人對智能的追求，方便日常家居生活。3 智能彩色led的設計方案3.1 驅動電路的設計彩色led的工作電壓范圍在

27、2到3伏之間，而工作電流為10到30豪安，考慮到這次的設計所用的led燈比較多，單片機的控制管腳有限，所以我采用串聯(lián)的方式。這樣，可使設計的電路圖結構簡單，而且對軟件的設計也變得更加的隨心所欲了?？紤]到51單片機i/o口的輸出不足已驅動那么多的負載，所以，不可直接把led燈直接接到單片機的i/o口上。這次設計，我選擇了74hc07芯片作為驅動，電源為15v的直流穩(wěn)壓電源7，連接如圖3.1所示： 圖3.1 led驅動電路我將每一個發(fā)光二極管的工作電壓估算為2.5v左右，而工作電流為20毫安，則當單片機i/o口輸出為低電平時，7407的輸輸出大概為0.2v，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以估算出電阻r的大小，見

28、式（3.1） (3.1)當單片機的i/o口輸出為高電平時，7407的輸出達到5到7伏，則發(fā)光二極管兩端的電壓不足以驅動led工作。從而達到了利用單片機控制led的亮和滅。3.2 單片機最小系統(tǒng)的設計3.2.1 單片機復位電路由于在mcs-51的復位信號輸入端（reset）上加上持續(xù)時間超過24個時鐘周期的高電平，即可使單片機復位，所以設置了復位電路，見圖3.2。該圖可實現(xiàn)上電復位和手動復位7, 2-7。 圖3.2 單片機復位電路3.2.2 外部時鐘電路單片機正常工作，必須要有時鐘電路，所以設計了外部時鐘7, 2-6，見圖3.3。時鐘的振蕩頻率即為晶振的振蕩頻率11.0592hz。 圖3.3 單

29、片機外部時鐘電路3.2.3 外部計時模塊由于我的設計思想是在控制單元中內嵌一個計時模塊，用以設置彩燈的工作時間，可人為的控制，以更合理的使用該設備。該模塊選用ds1302時鐘芯片作為計時芯片，加之32.768khz的晶振產(chǎn)生振蕩頻率，而ds1302芯片是串行輸入輸出的，所以該芯片的i/o引腳與單片機的i/o口的某個引腳交互，以達到計時的效果7。電路見圖3.4。 圖3.4 ds1302時鐘芯片實際電路3.2.4 時鐘顯示模塊主要用于顯示彩燈的工作時間，該單元選用1602液晶顯示屏，1602是并口通信的，輸入輸出引腳可與單片機的i/o口直接交互，因而ds1302的時間可通過單片機i/o口傳輸?shù)?6

30、02液晶上顯示7。電路設計見圖3.5。 圖3.5 lcd顯示電路3.2.5 傳感器傳感器的使用是最能體現(xiàn)智能化控制思想的，對于這部分，我選用光敏電阻作為控制開關，電路設計8見圖3.6。圖3.6 傳感器電路很簡單的方案，卻很實用。由于光敏電阻的亮阻僅為5到10k,但其暗阻可達上兆。所以由上圖可知，光強較強時，光敏電阻的阻值遠小于比較電阻r3，故光敏電阻分壓的數(shù)值不足以讓三極管導通，所以單片機的p1.3引腳此時為高電平；而光強較弱時，光敏電阻的阻值會逐漸增大，所以其分壓的數(shù)值也會逐漸增大，當其兩端電壓值足以使三極管導通時，p1.3腳檢測到的電平即為變?yōu)榈碗娖?。根?jù)從p1.3引腳檢測到的電平變化，當

31、cpu檢測到p1.3腳的信號為低電平，即可通過控制信號將led彩燈點亮；當cpu檢測到p1.3腳的信號為高電平，即可通過控制信號將led彩燈熄滅。從而達到智能控制的效果。3.3 整體設計方案通過光敏電阻在不同光照強度的環(huán)境下阻值的變化去改變單片機某引腳的電平，讓cpu不斷檢測該引腳的電平變化，然后根據(jù)電平的高低來決定是否點亮led彩燈。但環(huán)境的變化不是唯一的決定因素，因為在此設計中，我還有意的嵌入了時鐘模塊，可以人為地去調節(jié)彩燈工作的時間段。這樣，通過時鐘與光敏電阻的雙重控制，則不會出現(xiàn)室內無人時，自動的將led背景燈點亮，造成資源的浪費。在整個系統(tǒng)的設計中，我在電源入口處還竄接了一個撥動開關

32、，這個開關作為整個設計的總開關，可以起到人為地隨時對裝置進行開啟和關閉，滿足實際生活的需要。3.4 led彩燈的排列這是一個非常關鍵的步驟，因為led彩色背景燈的制作成功與否主要取決于三個要素，即：（1） 傳感器是否靈敏，是否達到智能的效果。（2） 系統(tǒng)在正常工作環(huán)境中是否能穩(wěn)定的工作。（3） 美不美觀，即能否達到讓人賞心悅目的效果。其中，美不美觀尤為重要，因為led彩光背景燈的設計是為了娛樂和觀賞，并非是日常生活中不可缺少的設備。所以能否給人以享受的效果很重要。所以，考慮到美觀與易于操控，我決定將多個彩色led燈排列成矩陣形狀，見圖3.7。 圖3.7 led的排列即每個單片機i/o引腳串接5

33、個發(fā)光二極管，而由于各種顏色的發(fā)光二極管的工作電壓與工作電流相差不大，所以顏色可隨意搭配，而具體到怎樣亮和滅，就要依據(jù)編寫的程序代碼去完成了，這部分在下面的敘述中會詳細講到。3.5 整體電路的設計見圖3.8圖3.8 整體電路4 印制電路板的制作與電子元器件的焊接4.1 印制電路板的制作第一步：準備pcb原稿圖 首先要在電腦中設計好電路板圖9 ，如下：圖4.1 pcb設計第二步：打印菲林 最好是選擇透明的菲林用激光打印機來打印，這樣打印出來的效果較好,完全勝任一般的電路板制作要求.如果是噴墨式打印機就要用硫酸紙,但是效果差。圖4.2 用硫酸紙打印的pcb圖下面就要開始整個制作環(huán)節(jié)中比較重要的工作

34、:曝光.沒使用過的感光板銅皮面會有一層白色不透明的保護膜.用刀子將曝光板裁成所需要的大小,并把毛邊刮掉,然后將保護膜撕掉。去掉保護膜的感光板銅皮面被一層綠色的化學物質所覆蓋,這層綠色的東西就是感光膜.先將其中一塊玻璃放在較平的臺面上,然后把感光板放在玻璃上,綠色曝光面朝上將打印好的菲林輕輕鋪在感光板上,并對好位置.將另外一塊玻璃壓上,利用上面那塊玻璃本身的自重使曝光板和菲林緊貼在一起.圖4.3 圖紙與感光板的放置第三步：曝光確定兩塊玻璃已經(jīng)準確無誤地將電路板和菲林壓好后,接下來就要開始曝光了.曝光的方法有幾種:太陽照射曝光、日光燈曝光、專用的曝光機曝光，可以根據(jù)情況靈活選擇.這里采用的是日光臺

35、燈來曝光,臺燈和感光板的距離大概是5cm左右.圖4.4 開始曝光曝光的時間要根據(jù)曝光光源的照射強度,以及不同廠家生產(chǎn)的感光板可能對曝光時間要求的不同,具體時間請參考廠家的說明.在這里這次曝光用了大約12分鐘.曝光時間的要求并不是很嚴格,但時間不要太短,那樣會導致曝光不充分,曝多幾分鐘無所謂.第四步:顯像在曝光的的這個空擋時間里還有一件事要做, 就是調制顯像劑,曝光后的板子要盡快進行顯像工作當然也可以事先調好.用一個塑料盆將顯像劑和水按1:20的比例調好.加入水后輕輕搖晃,使顯影劑充分溶解于水中.注意:不要用金屬材料的盆,不要用純凈水,用一般的自來水即可.將曝光后的感光板放入調制好顯像劑的盆中,

36、綠色感光膜面要向上并且不停的晃動盆子,此時會有綠色霧狀冒起,線路也會慢慢顯露出來.圖4.5 顯像 直到銅箔清晰且不再有綠色霧狀冒起時即顯像完成,此時需再靜待幾秒鐘以確認顯像百分百完成。顯像完成后用水稍微沖洗,吹風機吹干,檢查磨面線路是否有短路或開路的地方,短路的地方用小刀刮掉,斷路的地方用油筆修補.圖4.6 顯像完成第五步:蝕刻電路板將三氯化鐵放入塑料盆中(注:不能用金屬盆),按250g三氯化鐵配1500cc-2000cc的水進行調配,用熱水可加快蝕刻速度,節(jié)約時間.待三氯化鐵充分溶于水中后即可將已顯影的電路板放入盆中進行蝕刻,蝕刻的過程當中不?；蝿优枳?使蝕刻均勻并可加快蝕刻速度. 圖4.7

37、 腐蝕大約十幾分鐘即可完成蝕刻過程,蝕刻完成后將電路板取出用水輕輕沖洗即可. 圖4.8 蝕刻好的板子最后一步:鉆孔用小手電鉆對零件孔或需要鉆孔的地方進行鉆孔,鉆孔后的電路板就可以進行零件裝配焊接了.感光板可以直接焊接,綠色的感光膜不必去除,如需去除可用酒精或天那水等進行擦洗。 圖4.9 進行鉆孔工作至此全部的工作均已完成。 4.2 電子元器件的焊接根據(jù)印制電路板的排版，將所需要的電子元件焊接上去。每一個即將要焊接到印制電路板上的元件，都要經(jīng)過萬用表的測試，確認各元件沒有被損壞、能正常工作。在焊接過程中，不斷的用萬用表檢測線路之間的連接是否出現(xiàn)開路，器件間的引腳是否短路，器件的焊接是否堅固 ，同

38、時注意焊接的美觀性。以上工作一定要細致的完成，否則將會給后面的調試造成極大地麻煩。接下來就是檢測電路板的整體性能。這個過程需要比較長的時間，通過不斷地測試，不斷的改進，使電路板達到設計的要求。5 程序代碼的編寫5.1 led顯示流程發(fā)光二極管的陣列為五行六列，我將用程序來設計各個led燈的亮滅情況。主要是通過p2口對應引腳的電平變化來控制其工作的流程。led連接圖見圖5.1 圖5.1 led連接方式其中，l0到l5接74hc07后分別接單片機i/o口的p2.0至p2.5引腳。我的設計是：（1） l0、l5所在的支路亮1秒鐘，之后l0、l5滅；同時，l1、l4被點亮，1秒鐘后，l1、l4滅；同時

39、l2、l3被點亮，1秒鐘后，l2、l3以0.1秒的間隔相繼亮滅10次。（2） 之后，l2、l3滅，同時，l1、l4被點亮，1秒鐘后，l1、l4熄滅；同時l0、l5被點亮，1秒鐘之后，l0、l5熄滅。（3） 之后，所有的發(fā)光二極管以0.5秒鐘的間隔同時被點亮和熄滅10次。（4） 不斷循環(huán)以上流程。例程： void led() uchar i; if(k=0) while(1) donetime(); l0=0; l5=0; delay(1000); l0=1; l5=1; delay(1000); l1=0; l4=0; delay(1000); l1=1; l4=1; delay(1000);

40、 l2=0; l3=0; delay(1000); for(i=0;i10;i+) l3=1; delay(100); l2=1; l3=0; delay(100); l2=0; l2=1; l3=1; delay(1000); l1=0; l4=0; delay(1000); l1=1; l4=1; delay(1000); l0=0; l5=0; delay(1000); l0=1; l5=1; delay(1000); for(i=0;i=18&shi=18&shi=24)的條件下跳去執(zhí)行點亮發(fā)光二極管的程序，若此時，光敏電阻的暗阻使k=0,則發(fā)光二極管將被點亮，且點亮的方式按所設定的程

41、序執(zhí)行，當然，這部分可根據(jù)個人的愛好隨意更改。亦可以通過鍵盤電路來選擇不同的執(zhí)行模式，以滿足不同品味的人的需求。（4） 其他情況下，發(fā)光二極管不被點亮，達到了時鐘與光敏電阻雙重控制的效果。 其它程序見附錄。結 論本課題主要研究的是智能化大功率彩色led背景燈的設計與制作，重點是控制方面，即如何能做到智能的效果。考慮到led彩色背景燈應用的時間和場合，此系統(tǒng)選用光敏電阻作為控制開關，因為光敏電阻的亮阻與暗阻的阻值存在著巨大的差異，利用其在白天和夜晚阻值的不同，去改變電路的輸出電平。再用單片機的引腳去檢測這個電平信號，繼而判斷是點亮發(fā)光二極管還是熄滅發(fā)光二極管。從而很簡單的做到了在光強較強時熄滅發(fā)

42、光二極管，光強較弱時點亮發(fā)光二極管。做到智能控制的效果。在系統(tǒng)中，我還嵌入了時鐘，可以人為的調節(jié)彩色背景燈工作的時間，自由掌控，靈活使用，真正做到節(jié)能環(huán)保的效果。在制作過程中，我學到了許多以前沒有掌握或不太熟練地知識，如c語言程序的編寫、印制電路板的制作等，還有，鞏固了數(shù)電與模電的知識?？梢哉f，此次設計，是對我大學四年所學知識的一次系統(tǒng)查閱。參 考 文 獻1 楊陽. led的發(fā)展j.現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2009，（20）:437-441.2 姚凱. 第四代新光源ledj. 現(xiàn)代經(jīng)濟信息, 2007, (22) :206-207.3 杜瓦尓.led characterization for produ

43、ction quality controlj.led的發(fā)展, 2006,(12):124-131. 4 張繼輝. 淺談半導體發(fā)光二極管（led）及其應用j. 現(xiàn)代經(jīng)濟信息, 2008 ,(16): 263-267.5 湯井.a novel light guide plate with micro-prisms for an edge-lit led backlightj. led的發(fā)展,2006,(20) :168-174. 6 金紹黑. led光源的應用j. 燈光與照明（上半月），2007，（12）:236-241.7 潘永雄.新編單片機原理與應用m.西安: 西安電子科技大學出版社,2007

44、:27-241.8 郭繼忠.控制專用集成電路及其應用m.北京: 人民郵電出版社,2005:234-257.9 潘永雄.電子線路cad實用教程m.西安: 西安電子科技大學出版社,2007:231-309.10 周志敏.led驅動電路設計手冊m.北京:人民郵電出版社,2006:310-324.致 謝此次畢業(yè)設計能夠順利的完成，全賴張春華老師和方允老師的悉心指導及親切關懷，如果沒有兩位老師的幫助，我將難以完成這篇論文。從上個學期的期末以來，兩位老師就一直很關心我們的論文進展?；旧鲜敲績蓚€星期就給我們開一次指導交流會，會中，兩位老師總會認真的詢問每一位同學的實際情況，然后給予針對性的指導建議。還有，

45、對于一些我們需要的資料，他們都會竭盡全力的幫我們找到，并第一時間發(fā)到我們的郵箱?？梢韵胂螅@對于一位忙碌的大學老師來講有多難得?？v有千言萬語，卻難以表達。在這里，只能以最微弱的形式對兩位老師說聲：謝謝！最后，還要感謝四年以來所有的老師，因為從他們的身上，我學到了很多讓我受用終生的知識；同時還要感謝所有的同學，正是你們的支持和鼓勵，我才得以完成這篇論文。附 錄實物圖：附圖（1）光敏電阻在亮阻時 附圖（2）光敏電阻在暗阻時源程序：#include#include#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit en=p10;sbit

46、rs=p12;sbit w=p11;sbit k=p13;sbit l0=p20;sbit l1=p21;sbit l2=p22;sbit l3=p23;sbit l4=p24;sbit l5=p25;sbit s1=p27;sbit s2=p26;sbit io=p36;sbit sclk=p37;sbit rst=p35;uchar num,s1num,m,f,s,miao,fen,shi,day,mon,week,yea,t0,flag1;uchar time7=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;uchar write_time_add7=0x80,0

47、x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c;uchar read_time_add7=0x81,0x83,0x85,0x87,0x89,0x8b,0x8d;uchar code table= 20 - - ;uchar code table1= : : ;uchar code weektable73=mon,tue,wen,thu,fri,stu,sun;/uchar settim3=0;void delay(uint z)uint x,y;for(x=z;x0;x-)for(y=110;y0;y-); void write_ds_byte(uchar date) /寫一個字節(jié)入

48、1302 uchar i,temp; rst=1; temp=date; for(i=0;i1; uchar read_ds_byte()/從1302讀一字節(jié) uchar i,k=0x00; rst=1; for(i=0;i1; sclk=1; rst=0; return(k);void write_ds(uchar add,uchar date)/在1302指定地址寫一字節(jié) rst=0; sclk=0; rst=1; write_ds_byte(add); write_ds_byte(date); rst=0; sclk=0;uchar read_ds(uchar add) /在1302指定地址讀一字節(jié) rst=0; sclk=0; rst=1; write_ds_byte(add); read_ds_byte(); rst=0; sclk=0; void write_time(uchar *p1)/設定 日歷uchar i,*p; write_ds(0x8e,0x00);p=write_time_add;/傳地址 for(i=0;i