LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

LED臺(tái)燈的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)原件及使用授權(quán)說(shuō)明原始語(yǔ)句我保證我提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)是我在導(dǎo)師指導(dǎo)下的研究工作和成果。據(jù)我所知，除文中特別標(biāo)注和注明的地方外，不包含其他人或組織已發(fā)表的研究成果，也不包含我曾用來(lái)與其他教育機(jī)構(gòu)取得學(xué)位或?qū)W歷的材料。對(duì)本研究有所幫助和貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，都做出了明確的解釋，并表達(dá)了對(duì)本文的興趣。作者簽名:日期:講師簽名:日期:授權(quán)說(shuō)明本人完全理解學(xué)校關(guān)于畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)收集、保存和使用的規(guī)定，即按照學(xué)校的要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷版和電子版；學(xué)校有權(quán)保留畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的印刷版和電子版，并提供目錄檢索和閱讀服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、減印、數(shù)字化或其他復(fù)制方式保存論文；在不盈利的前提下，學(xué)?？梢园l(fā)表論文的部分或全部?jī)?nèi)容。簽名:日期:論文的原創(chuàng)性聲明我再次聲明，提交的論文是我在導(dǎo)師指導(dǎo)下獨(dú)立研究的研究成果。除文中特別標(biāo)注和引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體發(fā)表或撰寫的作品。對(duì)本論文研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，在本文中均有明確標(biāo)注。本人完全清楚，此聲明的法律后果由本人承擔(dān)。簽名:日期:年月日學(xué)位論文使用授權(quán)書本學(xué)位論文的作者完全了解學(xué)校關(guān)于保存和使用學(xué)位論文的規(guī)定，并同意學(xué)校保存和向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)發(fā)送學(xué)位論文的副本和電子版本，允許查閱和借閱學(xué)位論文。本人授權(quán)大學(xué)將本學(xué)位論文全部或部分編入相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)以供檢索，并以影印、縮印或掃描的方式保存和編輯本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定辦理。作者簽名: 日期:年、月、日導(dǎo)師簽名:日期:年月日LED臺(tái)燈設(shè)計(jì)摘要在現(xiàn)代城市中，隨著人口和能源消耗的急劇增長(zhǎng)，總用電量也在日益增加，而臺(tái)燈又是每一個(gè)家庭必備的家用電器，如果沒(méi)有節(jié)能措施，則會(huì)造成能源大量浪費(fèi)，進(jìn)而造成能源枯竭的不良后果。因此，LED智能臺(tái)燈的設(shè)計(jì)有其重要的意義。本文針對(duì)臺(tái)燈省電和使用方便進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，介紹了設(shè)計(jì)框架結(jié)構(gòu)和組成模塊以及各模塊的原理，介紹了各部分的硬件設(shè)計(jì)和電路圖，介紹了軟件設(shè)計(jì)和程序，本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)STC15F100為控制核心，利用PWM波調(diào)光技術(shù)，從而通過(guò)調(diào)整PWM波的周期和PWM波的占空比來(lái)控制電流，進(jìn)而達(dá)到對(duì)LED臺(tái)燈亮度亮暗進(jìn)行調(diào)節(jié)的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈PWM調(diào)光控制。關(guān)鍵詞:LED單片機(jī)；PWM燈目錄論文總數(shù):30頁(yè)1前言１1.1LED燈的優(yōu)缺點(diǎn)１1.2單片機(jī)的現(xiàn)狀２1.3LED智能臺(tái)燈功能和指標(biāo)２1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)的容３2基本原理介紹３2.1單片機(jī)３2.1.1單片機(jī)的定義３2.1.2單片機(jī)的組成３2.2PWM基本概述５2.2.1PWM簡(jiǎn)介５2.2.2PWM控制LED亮度原理６2.3LED燈發(fā)光原理６3設(shè)備選擇７3.1單片機(jī)的選擇７3.2升壓芯片和降壓芯片的選擇７3.2.1降壓芯片的選擇７3.2.2升壓芯片的選擇８3.3LED驅(qū)動(dòng)芯片選擇９4硬件電路１１4.1橋式電路１１4.2降壓電路１４4.2.1基本原理１４4.2.2元器件選擇１５4.3升壓電路１６4.3.1基本原理１６4.3.2元件選擇１７4.4LED恒流驅(qū)動(dòng)電路１７4.4.1基本原理１７4.4.2元件選擇１８4.5單片機(jī)產(chǎn)生PWM波電路１８4.6LED燈珠串聯(lián)電路１９5硬件調(diào)試１９5.1單片機(jī)產(chǎn)生PWM波的仿真１９5.2整體電路調(diào)試２３6系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)２４6.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)２４6.2控制程序代碼２４7總結(jié)２６參考文獻(xiàn)２８致２９聲明３０1前言1.1LED燈的優(yōu)缺點(diǎn)LED的特性決定了它是取代傳統(tǒng)光源的最理想光源，應(yīng)用范圍非常廣泛。優(yōu)勢(shì):第一，體積小LED基本上就是一個(gè)封裝在環(huán)氧樹(shù)脂里的小芯片，所以很小很輕。第二，低功耗LED的功耗很低。一般來(lái)說(shuō)，LED的工作電壓為2-3.6V，工作電流為0.02-0.03A..也就是說(shuō)，它消耗的電能不超過(guò)0.1W。第三，使用壽命長(zhǎng)在適當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬(wàn)小時(shí)。四、高亮度、低發(fā)熱采用LED冷光照明技術(shù)，發(fā)熱量遠(yuǎn)低于普通照明燈。動(dòng)詞（verb的縮寫）環(huán)境保護(hù)LED由無(wú)毒材料制成，不像熒光燈含有汞并會(huì)造成污染。同時(shí)，LED可以回收利用。六、堅(jiān)固耐用LED完全封裝在環(huán)氧樹(shù)脂中，比燈泡和熒光燈管更堅(jiān)固。燈體沒(méi)有松動(dòng)的部分，這些特點(diǎn)使得LED不容易損壞。LED高節(jié)能:節(jié)能無(wú)污染就是環(huán)保。DC驅(qū)動(dòng)，超低功耗(每管0.03-0.06W)，電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，同等光效比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。長(zhǎng)壽:LED光源有人稱之為長(zhǎng)壽燈，意思是永不熄滅的燈。固態(tài)冷光源，環(huán)氧樹(shù)脂封裝，燈體無(wú)松動(dòng)部分，無(wú)燈絲發(fā)光、易燃燒、熱沉積、光衰等缺點(diǎn)。其使用壽命可達(dá)6萬(wàn)至10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源長(zhǎng)10倍以上。品種:LED光源可以利用紅、綠、藍(lán)三原色的原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的控制下，使三種顏色具有256個(gè)灰度級(jí)，并任意混合，從而產(chǎn)生256×256×256=16777216種顏色，不同光色的組合可以多種多樣，實(shí)現(xiàn)多彩的動(dòng)態(tài)變化效果和各種圖像。環(huán)保:更好的環(huán)保效益，光譜中無(wú)紫外線和紅外線，無(wú)熱量和輻射，眩光少，廢棄物可回收，無(wú)污染，無(wú)汞元素，冷光源，觸摸安全，屬于典型的綠色照明光源。高科技:與傳統(tǒng)光源單調(diào)的發(fā)光效果相比，LED光源是一種低壓微電子產(chǎn)品，成功融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等。，所以它也是一種數(shù)字信息產(chǎn)品，一種半導(dǎo)體光電器件的“高科技”技術(shù)，具有在線編程、無(wú)限升級(jí)、靈活多變的特點(diǎn)。缺點(diǎn):價(jià)格貴，需要恒流驅(qū)動(dòng)，散熱處理不好，容易掉色。1.2單片機(jī)的現(xiàn)狀20世紀(jì)跨越了三個(gè)“電”的時(shí)代，即電氣時(shí)代、電子時(shí)代和計(jì)算機(jī)時(shí)代。然而，這種電腦通常是指?jìng)€(gè)人電腦，簡(jiǎn)稱PC。還有一種電腦是大多數(shù)人不熟悉的，那就是賦予各種機(jī)器智能的單片機(jī)(也叫微控制器)。顧名思義，這種計(jì)算機(jī)的最小系統(tǒng)只需要一個(gè)集成電路就可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的運(yùn)算和控制。它的出現(xiàn)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。由于體積小，通常隱藏在受控機(jī)器的“肚子”里，扮演著人腦的角色。單片機(jī)具有體積小、功能強(qiáng)、應(yīng)用廣的優(yōu)點(diǎn)。目前，它正以前所未有的速度取代傳統(tǒng)電子電路構(gòu)成的經(jīng)典系統(tǒng)，侵占傳統(tǒng)數(shù)字電路和模擬電路的固有領(lǐng)地。其優(yōu)點(diǎn)為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)學(xué)會(huì)使用單片機(jī)，了解計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的最佳選擇。現(xiàn)在，這種單片機(jī)已被廣泛應(yīng)用。彩電、冰箱、空調(diào)、錄像機(jī)、vcd、遙控器、游戲機(jī)、電飯煲等。隨處可見(jiàn)。SCM早已深深融入每個(gè)人的生活。不僅如此，它還可以大大提高這些產(chǎn)品的智能性、易用性和節(jié)能性，不僅給我們的生活帶來(lái)舒適和便利，還可以大大提高工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)在很大程度上降低生產(chǎn)成本。1.3led智能臺(tái)燈的功能和指標(biāo)1.低功率LED光源:該系統(tǒng)采用8顆高亮度LED作為光源，最高功率為3W。市面上大部分臺(tái)燈的光源功率一般都在10W以上。2.超長(zhǎng)壽命光源:半導(dǎo)體芯片發(fā)光，無(wú)燈絲，無(wú)玻璃泡，不怕震動(dòng)，不易破碎，壽命長(zhǎng)達(dá)10萬(wàn)小時(shí)，遠(yuǎn)超普通光源。3.健康光源:光源發(fā)出的光多集中在可見(jiàn)光區(qū)，光線中含有較少的紫外線和紅外線，導(dǎo)致輻射較少。而且是DC供電，沒(méi)有交流電引起的頻閃光源。5.多級(jí)PWM調(diào)光:根據(jù)自己的需求，通過(guò)觸摸式按鍵實(shí)現(xiàn)光源強(qiáng)度的多級(jí)調(diào)節(jié)。6.指標(biāo):工作電壓:220V市電工作電流:60mA～120ma最大功率:4W工作環(huán)境溫度:0~70℃(單片機(jī)工作溫度左右)1.4系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力LED智能臺(tái)燈系統(tǒng)主要包括以下四個(gè)模塊:1)LED光源驅(qū)動(dòng)模塊用變壓器把220V交流電轉(zhuǎn)換成12V交流電，用全橋和電容整流濾波，使其相對(duì)穩(wěn)定在15V左右。然后用PT4115功率驅(qū)動(dòng)芯片將其轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流源。2)MCU外圍電路模塊用STC15F104單片機(jī)通過(guò)兩個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。3)二次降壓電路模塊LM2596芯片用于將15V電源的電壓降至5V，提供給單片機(jī)。4)升壓電路模塊LM2577芯片用于將15V電源升壓至30V，為L(zhǎng)ED燈供電。2基本原理介紹2.1微控制器2.1.1單片機(jī)的定義單片機(jī)又稱單片微控制器，不是執(zhí)行某種邏輯功能的芯片，而是將一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成在一塊芯片上。一般來(lái)說(shuō)，芯片就變成了電腦。它體積小、重量輕、價(jià)格便宜，為研究、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件。同時(shí)學(xué)會(huì)使用單片機(jī)，了解計(jì)算機(jī)原理和結(jié)構(gòu)的最佳選擇。根據(jù)用途，單片機(jī)可分為兩類，一類是通用單片機(jī)，另一類是專用單片機(jī)。MCS-51單片機(jī)是美國(guó)INTEL公司于1980年推出的產(chǎn)品。與MCS-48單片機(jī)相比，結(jié)構(gòu)更先進(jìn)，功能更強(qiáng)，在原有基礎(chǔ)上增加了更多的電路單元和指令，指令數(shù)達(dá)到111條。MCS-51單片機(jī)可以算是一款相當(dāng)成功的產(chǎn)品。到目前為止，MCS-51系列或其兼容的單片機(jī)仍是應(yīng)用的主流產(chǎn)品，各大學(xué)和專業(yè)學(xué)校的培訓(xùn)教材仍在以MSC-51單片機(jī)為代表學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)。MCS-51系列單片機(jī)主要有8031、8051、8751等通用產(chǎn)品。2.1.2單片機(jī)的組成1)公共汽車眾所周知，電路總是由電線連接的元件組成。在模擬電路中，連接線不會(huì)成為問(wèn)題，因?yàn)槠骷话愣际谴?lián)的，它們之間的連接線并不多。但是，電腦電路就不一樣了。它以微處理器為核心，所有的設(shè)備都必須連接到微處理器上，它們之間的工作必須協(xié)調(diào)，所以需要很多連接線。如果還是像模擬電路一樣，每個(gè)微處理器和每個(gè)器件分開(kāi)連接的話，導(dǎo)線的數(shù)量會(huì)是驚人的。因此，總線的概念被引入到微處理器中，所有的設(shè)備共享導(dǎo)線。所有器件的八根數(shù)據(jù)線全部連接到八根公共線上，相當(dāng)于把所有器件并聯(lián)起來(lái)，但僅此還不夠。如果有兩根電線，就有兩根電線。同時(shí)設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)，一個(gè)是0，一個(gè)是1。那么，接收者收到了什么？這種情況是不允許的，需要通過(guò)控制線控制設(shè)備分時(shí)工作。任何時(shí)候只有一個(gè)設(shè)備可以發(fā)送數(shù)據(jù)(多個(gè)設(shè)備可以同時(shí)接收數(shù)據(jù))。設(shè)備的數(shù)據(jù)線也叫數(shù)據(jù)總線，設(shè)備的所有控制線都叫控制總線。MCU或外部存儲(chǔ)器和其他設(shè)備中有存儲(chǔ)單元。這些存儲(chǔ)單元只有在分配了地址的情況下才能使用。分配的地址也以電信號(hào)的形式給出。因?yàn)橛泻芏啻鎯?chǔ)單元，所以有很多用于地址劃分的線，這些線稱為地址總線。2)數(shù)據(jù)、地址、指令之所以把這三個(gè)放在一起，是因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上都是一樣的——數(shù)字，或者說(shuō)是字符串‘0’和‘1’的序列。換句話說(shuō)，地址和指令也是數(shù)據(jù)。MCU芯片的設(shè)計(jì)者指定的一個(gè)數(shù)字，它與我們常用的指令助記符有著嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，是MCU開(kāi)發(fā)者無(wú)法更改的。地址:是找到MCU部門、外部存儲(chǔ)單元和輸入輸出端口的依據(jù)。單元的地址值已經(jīng)由核心設(shè)計(jì)者指定，并且不能改變。外部單元可以由MCU開(kāi)發(fā)者自己決定，但是一些地址單元是必須的。資料:這是微處理器處理的圖像，在各種應(yīng)用電路中是不一樣的。一般來(lái)說(shuō)，處理過(guò)的數(shù)據(jù)可能有以下幾種情況:1.將地址(如MOV·DPTR，#1000H)，即地址1000H，發(fā)送到DPTR。2.模式字或控制字(如MOV·TMOD，#3)，而3是控制字。3.常數(shù)(如MOVTH0，#10H)10H是定時(shí)常數(shù)。4.實(shí)際輸出值(例如，如果P1連接了彩色燈，如果所有燈都亮，則執(zhí)行命令:mofp1，#0fh，如果所有燈都滅，則執(zhí)行命令:mofp1，#00H)。這里，0fh和00H是實(shí)際輸出值。再比如LED用的字體代碼，也是真實(shí)輸出的數(shù)值。知道了地址和指令的本質(zhì)，就不難理解為什么程序會(huì)跑偏，把數(shù)據(jù)當(dāng)指令了。3)P0/P2/P3港口功能剛開(kāi)始學(xué)習(xí)的時(shí)候，經(jīng)常對(duì)P0口、P2口、P3口的第二個(gè)功能的用法感到困惑，認(rèn)為第二個(gè)功能和原來(lái)的功能之間應(yīng)該有一個(gè)切換的過(guò)程，或者說(shuō)是一個(gè)指令。其實(shí)每個(gè)端口的第二個(gè)功能都是完全自動(dòng)的，不需要指令切換。例如，P3.6和P3.7分別是WR和RD信號(hào)。當(dāng)微芯片處理器連接到RAM或具有外部I/O端口時(shí)，它們發(fā)揮第二種功能，不能用作通用I/O端口。微處理器一執(zhí)行MOVX指令，就會(huì)從P3.6或P3.7發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，事先沒(méi)有指令。事實(shí)上，'不能用作通用I/O端口'也不能用作通用I/O端口。你完全可以在指令中按下一個(gè)設(shè)定的P3.7指令，當(dāng)單片機(jī)執(zhí)行這個(gè)指令時(shí)，也會(huì)使p3.7變成高電平，但用戶不會(huì)這樣做，因?yàn)檫@樣通常會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)死機(jī)(即死機(jī))。4)程序執(zhí)行過(guò)程單片機(jī)上電復(fù)位后，8051的程序計(jì)數(shù)器(PC)中的值為‘0000’，所以程序總是從‘0000’單位開(kāi)始。也就是說(shuō)，系統(tǒng)的ROM中必須有‘000’個(gè)單元，在‘0000’個(gè)單元中必須存儲(chǔ)有一條指令。5)堆棧堆棧是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的區(qū)域。這個(gè)區(qū)域本身沒(méi)什么特別的，就是RAM的一個(gè)副本。特別的是它存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)的方式，也就是所謂的‘先進(jìn)后出，后進(jìn)先出’。除此之外，堆棧還有專門的數(shù)據(jù)傳輸指令，即‘PUSH’和‘junOP’，有一個(gè)專門的單元專用于它，就是堆棧指針SP每次都執(zhí)行PUSH指令。由于SP中的值可以通過(guò)指令改變，只要在程序開(kāi)始時(shí)改變SP值，就可以在指定的存儲(chǔ)單元中設(shè)置堆棧。例如，如果在程序開(kāi)始時(shí)使用MOVSP，#5FH指令，則可以在從存儲(chǔ)單元60H開(kāi)始的單元中設(shè)置堆棧。一般程序開(kāi)頭總有這樣一條設(shè)置堆棧指針的指令，因?yàn)樵趩?dòng)時(shí)，SP的初始值是07H，使得堆棧從08H單元到1FH。這個(gè)區(qū)域是8031的第二、第三和第四工作寄存器區(qū)，經(jīng)常使用，會(huì)造成數(shù)字的混亂。不寫程序的時(shí)候，初始化棧指令不完全一樣，這是作者的習(xí)慣。堆棧區(qū)設(shè)置好了，并不意味著這個(gè)區(qū)域就變成了特殊內(nèi)存，它仍然可以像普通內(nèi)存區(qū)一樣使用，但一般來(lái)說(shuō)，程序員不會(huì)把它當(dāng)作普通內(nèi)存使用。2.2PWM的基本概述PWM的介紹脈寬調(diào)制(PulseWidthModulation，PWM)，英文“pulsewidthmodulation”的縮寫，是一種非常有效的利用微處理器的數(shù)字輸出來(lái)控制模擬電路的技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于從測(cè)量和通信到功率控制和轉(zhuǎn)換的許多領(lǐng)域。脈寬調(diào)制(Pulsewidthmodulation，PWM)是一種模擬控制方法，它根據(jù)相應(yīng)負(fù)載的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，從而改變開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管的導(dǎo)通時(shí)間。這種方法可以在工作條件變化時(shí)保持電源的輸出電壓不變，被采用。微處理器數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路一種非常有效的控制技術(shù)。脈寬燈具有控制簡(jiǎn)單靈活、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)。電力電子技術(shù)應(yīng)用最廣泛的控制方法也是人們研究的重點(diǎn)。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種PWM技術(shù)，包括相壓控制PWM、脈寬PWM、隨機(jī)PWM、SPWM和線壓控制PWM。2.2.2PWM控制LED亮度的原理脈寬PWM方法用于控制LED燈從亮到暗或從暗到亮。它使用等脈沖寬度的脈沖序列作為PWM波形。通過(guò)改變脈沖序列的周期，可以調(diào)節(jié)頻率。通過(guò)改變脈沖寬度或占空比，可以調(diào)節(jié)電壓。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，可以協(xié)調(diào)地改變電壓和頻率。通過(guò)調(diào)節(jié)PWM的周期和占空比，可以達(dá)到控制電流的目的。本設(shè)計(jì)采用STC15F100單片機(jī)產(chǎn)生占空比可變的矩形波。當(dāng)產(chǎn)生這個(gè)矩形波的I/O通過(guò)濾波電路連接到LED燈上時(shí)，由于輸出矩形波的占空比是不斷變化的，所以在一個(gè)周期內(nèi)LED會(huì)開(kāi)啟一段時(shí)間，關(guān)閉一段時(shí)間。總的來(lái)說(shuō)，有一個(gè)平均電壓。由于PWM信號(hào)具有很高的頻率周期，我們無(wú)法用肉眼觀察到LED燈在每個(gè)周期內(nèi)的亮滅變化過(guò)程，所以用平均電壓來(lái)確定LED。隨著波形占空比的不斷變化，LED燈也會(huì)由暗變亮或由亮變暗。2.3LED發(fā)光原理LED是處于熱平衡狀態(tài)的PN結(jié)。當(dāng)擴(kuò)散和漂移運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，建立的電場(chǎng)是穩(wěn)定的。此時(shí)，在N區(qū)有許多高遷移率的電子，在P區(qū)有許多低遷移率的空穴。由于PN結(jié)阻擋層的限制，兩者在正常情況下無(wú)法自然復(fù)合。當(dāng)PN結(jié)上加直流電壓時(shí)，外加電場(chǎng)會(huì)減弱積累電場(chǎng)，縮小空間電荷區(qū)，降低結(jié)勢(shì)壘，加強(qiáng)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。因?yàn)殡娮拥倪w移率總是遠(yuǎn)大于空穴的遷移率，所以電子從N區(qū)向P區(qū)的擴(kuò)散是載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的主體。根據(jù)半導(dǎo)體的能帶理論，當(dāng)導(dǎo)帶中的電子與價(jià)帶中的空穴復(fù)合時(shí)，電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，電子以發(fā)射光子的形式釋放多余的能量，產(chǎn)生電致發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合，還有一部分電子被非發(fā)光中心(這個(gè)中心位于導(dǎo)帶和價(jià)帶附近，即雜質(zhì)能級(jí)或缺陷)俘獲，然后與空穴復(fù)合，每次釋放的能量都不大，所以不能形成可見(jiàn)光。也就是說(shuō)，這些不發(fā)光的載流子很可能會(huì)被雜質(zhì)能級(jí)(或缺陷)俘獲，最終以發(fā)熱的形式消耗掉。PN結(jié)發(fā)射的光子是無(wú)方向性的，即以相同的概率向各個(gè)方向發(fā)射。PN結(jié)材料相對(duì)于空氣具有較高的折射率，因此半導(dǎo)體部分發(fā)射的光子只有很少一部分能夠逸出半導(dǎo)體材料與空氣的界面，大部分被反射回半導(dǎo)體部分，最終被吸收。我們將逃逸效率定義為從LED逃逸的光子數(shù)與PN結(jié)產(chǎn)生的光子數(shù)之比。為了提高逃逸效率，可以選擇不同的包裝材料和包裝幾何形狀。這樣，來(lái)自晶片的光子首先進(jìn)入封裝透鏡，然后逃逸。由于封裝材料的折射率介于半導(dǎo)體材料和空氣的折射率之間，光子逃逸率大大提高。同時(shí)，封裝透鏡還起到保護(hù)半導(dǎo)體晶片和控制輸出光分布的作用。3設(shè)備選擇3.1單片機(jī)的選擇為了實(shí)現(xiàn)LED臺(tái)燈亮度的可調(diào)，可以用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波。通過(guò)改變PWM波的占空比，總是改變流過(guò)LED燈的電流來(lái)改變LED燈的亮度，所以這里需要選擇合適的單片機(jī)?？紤]到LED臺(tái)燈的緊湊性，應(yīng)該考慮體積小、外部引腳少、外部電路不復(fù)雜的單片機(jī)。通過(guò)查詢資料，我選擇了小型的STC15F100系列單片機(jī)，集成了高精度的R/C時(shí)鐘，室溫下溫漂為5%，寬度為5MHZ-35MHZ，完全可以省去外部昂貴的晶振。高可靠復(fù)位，8級(jí)可選復(fù)位閾值電壓，可完全省略外部復(fù)位電路，使外部電路更加簡(jiǎn)潔。以下是這一系列單片機(jī)的一些特點(diǎn)。增強(qiáng)型8051CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)周期，比普通8051快6-12倍。工作電壓:STC15F100系列的工作電壓:5.5V-3.8V(5V單片機(jī))STC15L100系列工作電壓:3.6V-2.4V(3V單片機(jī))高可靠復(fù)位，8級(jí)可選復(fù)位閾值電壓，完全消除外部復(fù)位電路。一個(gè)高精度R/C時(shí)鐘，時(shí)鐘可以從5MHz到35MHz選擇。工作頻率范圍:5MHZ-35MHZ，相當(dāng)于普通8051的60MHZ-420MHZ。低功耗設(shè)計(jì):低速模式、空閑模式、掉電模式(外部中斷可以喚醒)。圖3.1是STC15F104E的封裝圖。圖3.1STC15f104e封裝圖從上圖可以看出，STC15F104E結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，引腳少，比較適合LED臺(tái)燈。3.2升壓芯片和降壓芯片的選擇3.2.1降壓芯片的選擇由于降壓芯片的作用是為單片機(jī)提供合適的工作電壓，所以選擇降壓芯片首先要考慮其輸出電壓能滿足單片機(jī)所需的工作電壓，然后再考慮其外部電路盡可能簡(jiǎn)單、便宜、功耗低。通過(guò)詢價(jià)數(shù)據(jù)的比較，我選擇了LM2596開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。LM2596開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器是一款降壓型電源管理單片集成電路，可輸出3A的驅(qū)動(dòng)電流，具有良好的線性度和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定版有3.3V，5V，12V，可調(diào)版可以輸出37V以下的各種電壓。器件部分集成了頻率補(bǔ)償和定頻發(fā)生器，其開(kāi)關(guān)頻率為150KHz。與低頻開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比，它可以使用更小的濾波元件。由于該器件只需要四個(gè)外部元件，可以使用通用標(biāo)準(zhǔn)電感，優(yōu)化了LM2596的使用，大大簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。該器件還具有其他一些特點(diǎn):在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載條件下，可以保證輸出電壓的誤差在±4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率的誤差在±15%的范圍內(nèi)；只需80μA待機(jī)電流即可實(shí)現(xiàn)外部斷電；自保護(hù)電路(兩級(jí)降頻限流保護(hù)和異常情況下斷電超溫全保護(hù)電路)特點(diǎn):3.3v、5V、12V固定電壓輸出和可調(diào)電壓輸出※可調(diào)輸出電壓范圍從1.2V到37V±4%※輸出線性度好，負(fù)載可調(diào)※輸出電流可高達(dá)3A※輸入電壓可高達(dá)40V采用150KHz本振頻率，屬于第二代開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，功耗低，效率高?！凸拇龣C(jī)模式，典型的IQ為80μATtl斷電能力具有過(guò)熱保護(hù)和限流保護(hù)功能?！b形式:TO-220(T)和TO-263(S)外圍電路簡(jiǎn)單，只需要4個(gè)外接元件，使用容易買到的標(biāo)準(zhǔn)電感。※圖3.2是該芯片的一般外部電路圖。圖3.2lm2591的外部電路圖3.2.2升壓芯片的選擇升壓芯片的選擇和降壓芯片類似。升壓后，輸出電壓給LED燈供電。由于我用了8個(gè)LED燈泡串聯(lián)，每個(gè)燈泡的電壓在4V左右，所以我需要30V左右的電壓，所以我選擇了一個(gè)可以調(diào)節(jié)輸出電壓的升壓芯片LM2577。圖3.2顯示了該芯片的外部電路。圖3.3LM2577外部電路輸出電壓由R1和R2的比值決定，所以我可以把R1換成滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)改變輸出電壓的值。LM2577的性能特征:輸入電壓為3.540伏。具有52KHZ固定頻率的振蕩器輸出級(jí)NPN開(kāi)關(guān)晶體管的耐壓為65V，額定電流為3A。它具有抑制啟動(dòng)時(shí)浪涌電流的軟啟動(dòng)功能。具有過(guò)流保護(hù)、低電壓閉鎖和過(guò)熱保護(hù)功能。3.3LED驅(qū)動(dòng)器芯片選擇LED主要是恒流工作，驅(qū)動(dòng)方式和芯片有很多種。目前LED驅(qū)動(dòng)芯片可分為恒壓驅(qū)動(dòng)芯片、恒流驅(qū)動(dòng)芯片和脈沖驅(qū)動(dòng)芯片三種。其中恒壓驅(qū)動(dòng)芯片一般就是我們常見(jiàn)的DC/DCboost芯片。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是芯片成本便宜，沒(méi)有復(fù)雜的外圍電路。但只有恒壓驅(qū)動(dòng)LED，在驅(qū)動(dòng)輸出時(shí)會(huì)造成電路電流不可控。無(wú)法保證LED亮度的均勻性。恒流驅(qū)動(dòng)芯片解決了以往恒壓驅(qū)動(dòng)中電流不可控的問(wèn)題。目前比較好的恒流芯片可以達(dá)到1%左右的恒流精度，因其簡(jiǎn)單的外圍控制接口可以靈活設(shè)置所需的輸出電流而廣受歡迎。但這類芯片價(jià)格遠(yuǎn)高于恒壓芯片，外圍電路復(fù)雜。同時(shí)，由于輸出電流不變，以電池為電源時(shí)，整個(gè)芯片放電會(huì)更快。目前脈沖驅(qū)動(dòng)芯片通過(guò)高頻脈沖發(fā)生器的輸出接口給LED燈供電。由于脈沖信號(hào)頻率很高，人眼感覺(jué)不到頻閃LED，所以這種方法既滿足了視覺(jué)需求，又能有效節(jié)省功率輸出。而且這類芯片的工作頻率一般可以通過(guò)外部接口控制(輸出電流可以通過(guò)外圍電路進(jìn)一步設(shè)定)。但目前這類芯片的振蕩頻率一般在100KHz~500KHz左右。因此，電流驅(qū)動(dòng)能力僅適用于低功率應(yīng)用。但相信在不久的將來(lái)會(huì)推廣到大功率LED驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合。PT4115是具有連續(xù)電感電流傳導(dǎo)模式的降壓恒流源，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)led。PT4115的輸入電壓范圍從6伏到30伏，輸出電流可調(diào)，最高可達(dá)1.2安培。根據(jù)不同的輸入電壓和外部設(shè)備，PT4115可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)幾十瓦的led。PT4115配有電源開(kāi)關(guān)，采用高端電流采樣設(shè)置LED的平坦電流，通過(guò)DIM引腳可以接受模擬調(diào)光和寬PWM調(diào)光。當(dāng)DIM的電壓低于0.3V時(shí)，電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉，PT4115進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，工作電流極低。其特點(diǎn)如下:特點(diǎn):極少的外部元件寬輸入電壓范圍:6V至30V最大輸出電流為1.2A用于LED開(kāi)關(guān)、模擬調(diào)光和PWM調(diào)光的多路調(diào)光引腳5%輸出電流精度Led開(kāi)路自然保護(hù)高達(dá)97%的效率輸出可調(diào)的恒流控制方法具有增強(qiáng)散熱能力的ESOP8封裝可用于大功率驅(qū)動(dòng)。圖3.4顯示了該芯片的典型應(yīng)用電路。圖3.4pt4115的典型應(yīng)用電路PT4115、電感(L)和電流采樣電阻(RS)構(gòu)成自振蕩連續(xù)電感電流模式降壓恒流LED控制器。VIN上電時(shí)，電感(L)和電流采樣電阻(RS)的初始電流為零，LED的輸出電流也為零。此時(shí)CS比較器輸出高，部分功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，SW電位低。電流從VIN流經(jīng)電感(L)、電流采樣電阻(RS)、LED和部分電源開(kāi)關(guān)。電流上升的斜率由VIN、電感(L)和LED壓降決定，從而在RS上產(chǎn)生電壓差VCSN。當(dāng)(VIN-VCSN)>115mV時(shí)，CS比較器的輸出變低，部分電源開(kāi)關(guān)關(guān)閉。電流以另一個(gè)斜率流經(jīng)電感(L)、電流采樣電阻(RS)、LED和短路二極管(D)。當(dāng)(VIN-VCSN)<85mV時(shí)，電源開(kāi)關(guān)再次打開(kāi)，因此LED上的電流為:Iout=0.085+0.115/2×Rs=0.1/Rs4硬件電路LED臺(tái)燈的整體硬件電路如下圖4.1整體硬件電路該電路由六部分組成:橋式電路、兩級(jí)降壓電路、升壓電路、LED恒流驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)PWM波產(chǎn)生電路和LED燈珠串聯(lián)電路。4.1橋式電路由于LED燈工作在低壓DC恒流環(huán)境下，首先要考慮將220V交流電轉(zhuǎn)換成LED工作所需的低壓DC恒流，通過(guò)變壓器將220V高壓交流電降低為12V低壓交流電，再通過(guò)電容濾波單相橋式整流電路將12V低壓交流電轉(zhuǎn)換為12V低壓恒流DC。圖4.2顯示了電容濾波器單相橋式整流電路。圖4.2帶電容濾波的單相橋式整流器電路圖中CON2的兩個(gè)接口連接到變壓器低壓端對(duì)應(yīng)的兩個(gè)接口，即輸入電流為12VAC，輸入電流的波形如下圖所示。圖4.3輸入電流波形圖當(dāng)電流高于wt軸時(shí)，二極管D1和D4導(dǎo)通，D2和D3不導(dǎo)通，輸出端的電流波形保持不變。當(dāng)電流低于wt軸時(shí)，二極管D2和D3導(dǎo)通，而D1和D4不導(dǎo)通，輸出端的電流與輸入端的電流相反。因此，wt下半軸的電流波形反轉(zhuǎn)至上半軸，電壓保持不變。轉(zhuǎn)換后的波形如下圖所示。圖4.4二極管轉(zhuǎn)換后的電流波形圖此時(shí)電流雖然都是正的，但不是DC恒流，所以被具有儲(chǔ)能功能的電容濾波。由于電容器具有充電和放電的功能，當(dāng)輸入端的電流處于下降狀態(tài)時(shí)，它將向負(fù)載供電。如果電容足夠大，放電足夠慢，在輸入電流下降到與電容電壓相同水平的期間，提供給負(fù)載的電壓基本保持不變，然后輸入電流繼續(xù)給電容充電到最大值，重復(fù)后得到下圖所示的波形。圖4.5電容濾波后的波形圖從上圖可以看出，轉(zhuǎn)換后的電流幾乎接近DC恒流，符合LED燈的工作環(huán)境。因?yàn)檩敵鲭妷褐岛洼斎腚妷褐抵g存在誤差，所以需要進(jìn)行一定的計(jì)算。以下計(jì)算方法引自《電力電子學(xué)》第四版第63頁(yè)。平均輸出電壓:空載時(shí)，R=無(wú)窮大，放電時(shí)間常數(shù)無(wú)窮大，輸出電壓最大太好了，Ud=。通常在設(shè)計(jì)中，根據(jù)負(fù)載選擇電容C的值，使RC，T為交流電源的周期，輸出電壓為。這里的輸出電壓。4.2降壓電路基本原則由于這款LED臺(tái)燈使用的單片機(jī)需要5V的電源電壓，需要降壓電路將之前獲得的15V電壓轉(zhuǎn)換成5V電壓。通過(guò)3.2.1可知，我選擇了一款LM2596的降壓芯片，可以將不同的輸入電壓轉(zhuǎn)換成12V、5V、3V三種不同的電壓值?？紤]到直接通過(guò)芯片LM2596將15V的電壓降低到5V會(huì)造成芯片發(fā)熱嚴(yán)重，容易損壞芯片。另外，電壓從12V降到5V時(shí)芯片的效率更高，所以我選擇了兩級(jí)降壓電路。下表分別給出了芯片降壓到12V和降壓到5V的參數(shù)。表4.1lm2596參數(shù)表標(biāo)志參數(shù)情況平均數(shù)極限值單位LM2596-5.0輸出電壓輸出電壓7V≤VIN≤40V，0.2A≤ILOAD≤3A5.04.800/4.7505.200/5.250V五(分鐘)v(最大)η效率VIN=12V，ILOAD=3A73%LM2596-12輸出電壓輸出電壓15V≤VIN≤40V，0.2A≤ILOAD≤3A12.011.52/11.4012.48/12.60V五(分鐘)v(最大)η效率VIN=25V，ILOAD=3A88%兩級(jí)降壓的電路圖如下圖所示:圖4.6兩級(jí)降壓電路圖第一步降壓將VCC=15V降低到12V，第二步降壓將12V降低到5V。4.2.2組件選擇輸入電容的選擇:為防止輸入端出現(xiàn)較大的瞬態(tài)電壓，應(yīng)在輸入端和地之間增加一個(gè)低等效電阻的鋁或鉭電容作為旁路電容，該電容應(yīng)靠近IC。此外，輸入電容電流的有效值至少應(yīng)為DC負(fù)載電流的一半。確保所選電容器的該參數(shù)不小于DC負(fù)載電流的一半。鋁電解電容器的耐壓應(yīng)該是最大輸入電流的1.5倍，所以這里我選擇220uf/50V的電解電容器，可以滿足上述要求。吸收二極管的選擇:A.吸收二極管的最大電流承載能力至少應(yīng)為最大負(fù)載電流的1.3倍。如果設(shè)計(jì)的電源要承受持續(xù)的短路輸出，吸收二極管的最大電流承受能力應(yīng)等于LM2596的極限輸出電流。對(duì)于吸收二極管，最壞的情況是過(guò)載或輸出短路。B.吸收二極管的反向耐受電壓至少應(yīng)為最大輸入電壓的1.25倍。C.吸收二極管必須快速恢復(fù)并接近LM2596。這個(gè)二極管的引腳要短，連接的銅線要短。肖特基二極管開(kāi)關(guān)速度快，正向電壓低，是首選。同時(shí)，它具有良好的性能和效率，尤其是在低輸出電壓下。使用超快恢復(fù)或高效整流二極管的效果也很好。超快速恢復(fù)二極管的典型恢復(fù)時(shí)間為50ns或更快。像IN5400系列的整流二極管很慢，通常不使用。所以這里我選擇了肖特基二極管1N5819，其最大整流電流為1A，點(diǎn)亮LED燈珠只需要200mA。這個(gè)二極管的最大反向電壓是40V，但是這里的最大電壓不超過(guò)15V，所以符合要求。輸出電容的選擇:在大多數(shù)應(yīng)用中，低等效電阻的電解電容值在82μF到820μF之間，低等效電阻的鉭電容值在10μF到470μf之間，電容應(yīng)靠近ic。同時(shí)，電容器的引腳應(yīng)短，連接的銅線應(yīng)短，電容值不應(yīng)大于820μFF，電解電容器的耐壓應(yīng)至少為輸出電壓的1.5倍。為了獲得紋波更低的輸出電壓，需要耐壓更高的電容。由于第一步降壓的輸出電壓為12V，需要一個(gè)耐壓大于的電容，所以我選擇了一個(gè)220uf/25V的電解電容作為第一步降壓的輸出電容。第二步降壓的輸出電壓為5V，所以需要耐壓大于的電容，所以我選擇了100uf/25V的電容作為第二步降壓的輸出電容。4.3升壓電路由于LED恒流驅(qū)動(dòng)器需要30V的輸入電壓，所以需要通過(guò)升壓電路將12V的電壓轉(zhuǎn)換為30V，其電路圖如下。圖4.7升壓電路圖基本原則3.2.2我知道我選了一個(gè)LM2577的降壓芯片進(jìn)行降壓。LM1577以52kHz的固定頻率控制NPN晶體管vT的開(kāi)/關(guān)操作，并將能量存儲(chǔ)在外部電感中。當(dāng)晶體管ⅵ導(dǎo)通時(shí)，外部電感線圈的電流以VL/L的速率增加，并儲(chǔ)存在電感中。儲(chǔ)存的電流(能量)與vT的傳導(dǎo)時(shí)間成比例。當(dāng)晶體管vT截止時(shí)，電感器中累積的電流以(v0-vi)/L的速率通過(guò)外部二極管VD放電，并且能量被轉(zhuǎn)移到輸出電容器CO。這樣，當(dāng)vT導(dǎo)通時(shí)存儲(chǔ)在電感器中的能量在vi截止時(shí)被轉(zhuǎn)移到輸出端。傳輸?shù)捷敵龆说哪芰繘Q定了輸出電壓。因此，只要控制開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間比(占空比)，使占空比隨負(fù)載的變化而變化，就可以控制電感存儲(chǔ)和傳輸?shù)哪芰浚@得穩(wěn)定的輸出電壓。的占空比通過(guò)外部反饋網(wǎng)絡(luò)R1和R2(圖3)按比例將輸出電壓反饋到誤差放大器的反相端來(lái)調(diào)整。誤差放大器放大該電壓與1.23V的參考電壓之間的差，并且誤差放大器的輸出與電流感測(cè)電壓(其與vT開(kāi)啟時(shí)的電流成比例)進(jìn)行比較。當(dāng)輸出電壓因負(fù)載變化而變化時(shí)，如果輸出電壓較低，比較器的輸出會(huì)通過(guò)邏輯電路控制開(kāi)關(guān)晶體管的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)，占空比增加，電感傳遞的能量增加，輸出電壓上升。如果輸出電壓偏高，晶體管導(dǎo)通時(shí)間會(huì)縮短，占空比會(huì)降低，輸出電壓會(huì)下降，從而實(shí)現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定輸出。過(guò)流時(shí)，一些過(guò)流電阻反饋信號(hào)關(guān)斷開(kāi)關(guān)晶體管vT，保護(hù)電路；當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，器件部分熱敏電阻的反饋信號(hào)關(guān)斷開(kāi)關(guān)晶體管vT，從而實(shí)現(xiàn)電路的過(guò)溫保護(hù)。當(dāng)輸入電壓過(guò)低時(shí)，相應(yīng)的檢測(cè)電路禁止開(kāi)關(guān)晶體管vT導(dǎo)通。4.3.2組件選擇升壓芯片的元器件選擇原理與降壓芯片幾乎相同，這里不再贅述。不同的是，升壓芯片的輸出電壓是可以調(diào)節(jié)的，它的輸出電壓是。于是我選擇了20K的滑動(dòng)變阻器作為R1，2K的固定電阻作為R2，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1的阻值來(lái)改變輸出電壓Vout。4.4LED恒流驅(qū)動(dòng)電路從3.3可以看出，我選擇了一個(gè)PT4115作為這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)芯片。這款芯片的輸入電壓從6V到30V不等，輸出電流可調(diào)，最高可達(dá)1.2A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)點(diǎn)亮LED燈珠所需的200mA電流。驅(qū)動(dòng)電路圖如下。圖4.8LED恒流驅(qū)動(dòng)電路圖基本原則這個(gè)電路的作用是提供合適的電流使LED發(fā)光，改變電流使LED發(fā)光亮度可調(diào)。在圖4.4中，電阻R2是一個(gè)采樣電阻。通過(guò)選擇采樣電阻的電阻值，可以確定輸出電流的最大電流值。最大輸出電流值和采樣電阻R2之間的關(guān)系是。因?yàn)槲矣玫氖?顆LED串珠，最大允許電流是230mA。如果電流超過(guò)230mA，LED燈就會(huì)燒壞。這里，我選擇輸出電流為100mA，因此采樣電阻的電阻值為。儀表板集成模塊端子懸空或施加的儀表板集成模塊端子電壓高于2.5伏(但必須低于5伏)。實(shí)際上RS設(shè)定的是LED的最大輸出電流，LED的實(shí)際輸出電流可以通過(guò)DIM端降低到任意值。在圖4.4中，DIM端的輸入是一個(gè)PWM波，通過(guò)在DIM引腳上加一個(gè)占空比可變的PWM信號(hào)，可以調(diào)節(jié)輸出電流實(shí)現(xiàn)調(diào)光。當(dāng)DIM端子的電壓為時(shí)，其輸出電流為(D為PWM波的占空比，周長(zhǎng)為0%100%)。DIM端電壓為時(shí)，其輸出電流為(D為PWM波的占空比，圓周為0%100%)。這樣，可以通過(guò)將輸入占空比從0%改變到100%來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度。從圖4.4可以看出，PWM3端子與開(kāi)關(guān)S3相連。當(dāng)S3開(kāi)啟時(shí)，PWM波被輸入到驅(qū)動(dòng)器芯片的調(diào)光端子，從而可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光。S3關(guān)斷時(shí)，PWM波直接接地，使得芯片的DIM端沒(méi)有輸入時(shí)LED燈無(wú)法供電，此時(shí)LED燈熄滅。因此，開(kāi)關(guān)S3可以控制LED燈的開(kāi)和關(guān)。4.4.2組件選擇電感的選擇:PT4115推薦的電感參數(shù)為27uH~100uH。電感的飽和電流必須比輸出電流高30%至50%。LED輸出電流越小，電感值越大。這里輸出電流比較小，所以我選擇了盡可能大的電感。我選了一個(gè)67uH的電感。在電流容量滿足要求的前提下，希望電感大一些，這樣恒流的效果會(huì)更好。請(qǐng)將電感盡可能靠近VIN和SW放置，以避免寄生電阻引起的效率損失。二極管的選擇:為了保證最大的效率和性能，二極管(D)應(yīng)選擇具有快速恢復(fù)、低正向壓降、低寄生電容和低泄漏的肖特基二極管。電流容量和耐受電壓取決于具體應(yīng)用，但應(yīng)保持30%的裕量，這有助于穩(wěn)定可靠地工作。另外值得注意的是，溫度高于85°c時(shí)要考慮肖特基的反向漏電流，過(guò)大的漏電流會(huì)增加系統(tǒng)的功耗。AC12V整流二極管(D)必須選用低壓降的肖特基二極管，以降低其功耗。我這里選了一個(gè)1N4148肖特基二極管。4.5單片機(jī)產(chǎn)生PWM波電路為了調(diào)節(jié)LED燈的亮度，由4.4.1可知，需要向恒流驅(qū)動(dòng)芯片輸入一個(gè)PWM波，所以用單片機(jī)STC15F104產(chǎn)生一個(gè)PWM波。電路圖如下。圖4.9單片機(jī)PWM電路圖因?yàn)榕_(tái)燈的亮度是可調(diào)的，所以P3.3和P3.5連接了兩個(gè)按鈕，按下KEY2和KEY3就可以增加和降低臺(tái)燈的亮度。P3.4作為輸出端口，用于輸出PWM波。4.6LED燈珠串聯(lián)電路從4.4可以看出，LED橫流驅(qū)動(dòng)芯片的最大輸出電流為1.2A，所以這里選用8個(gè)LED燈泡串聯(lián)，其最大電流值為200mA。電路圖如下。圖4.10LED燈珠串聯(lián)電路從上圖可以看出，電路由8顆LED燈珠串聯(lián)而成，兩端連接一個(gè)10uf的電解電容儲(chǔ)能，可以防止燈閃爍。5硬件調(diào)試5.1單片機(jī)產(chǎn)生PWM波的模擬下圖是單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波的仿真圖。圖5.1單片機(jī)產(chǎn)生的PWM波仿真圖圖中P3.3接按鍵1，P3.5接按鍵2，P3.4為輸出端。按下鍵1，可以增加PWM波的占空比，增加臺(tái)燈的亮度；按下鍵2，可以降低PWM波的占空比，減弱臺(tái)燈的亮度。以下三幅圖顯示了按鍵后PWM波形的變化。圖5.2波形圖1上圖為PWM波占空比為90%時(shí)的波形。此時(shí)PWM波的占空比最高，臺(tái)燈的亮度最亮。此圖為按下按鈕1兩次后的波形圖。PWM波的初始占空比為50%。因此，按下按鈕1可以增加PWM波的占空比，從而增加臺(tái)燈的亮度。讓我們看看波形圖2。圖5.3波形圖2上圖是在波形圖1的基礎(chǔ)上按一次鍵2后的波形圖?？梢钥吹狡湔伎毡冉档停藭r(shí)占空比為70%。很明顯，按一次按鈕2，PWM波的占空比可以降低20%。此時(shí)臺(tái)燈的亮度較之前的亮度有所降低。請(qǐng)看波形圖3。。圖5.4波形圖3上圖是在波形圖2的基礎(chǔ)上按兩次按鈕2產(chǎn)生的PWM波，占空比為30%。進(jìn)一步證實(shí)了按下按鈕2可以降低PWM波的占空比，減弱臺(tái)燈的亮度。上面的波形圖2和波形圖3顯示了按下鍵2以降低占空比的效果。另一方面，按下按鈕1會(huì)增加PWM波的占空比，這里不一一列舉。還應(yīng)注意，當(dāng)PWM波的占空比增加到90%時(shí)，按下按鈕1，PWM波的占空比將變?yōu)?0%，當(dāng)PWM波的占空比減少到10%時(shí)，按下按鈕2，PWM波的占空比將變?yōu)?0%。從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光的循環(huán)利用。5.2整體電路調(diào)試首先焊接電路板，然后簡(jiǎn)單測(cè)試電路。接通電源后，按下開(kāi)關(guān)KEY1，LED燈珠亮，再按KEY2，LED亮度增大，按KEY3，LED亮度減小，再按KEY3三次，發(fā)現(xiàn)LED亮度減弱兩次，然后變得最強(qiáng)，表示LED燈減弱最少時(shí)，下一個(gè)按鈕會(huì)使亮度變得最亮。首先，對(duì)芯片進(jìn)行測(cè)試。用萬(wàn)用表測(cè)量芯片各引腳的電壓，觀察是否接入正常工作電壓，判斷是否能正常工作。之后，檢測(cè)按鍵電路以測(cè)量當(dāng)按下不同按鍵時(shí)輸出PWM波的占空比是否改變。6系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)6.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)LED臺(tái)燈要求亮度可調(diào)，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)程序，配合單片機(jī)和按鍵產(chǎn)生占空比可變的PWM波。PWM波的周期可以設(shè)置為10ms，MCU的晶振為12M，時(shí)鐘周期為十二分之一微秒，機(jī)器周期為1ms時(shí)鐘周期的12倍。因此，根據(jù)定時(shí)器設(shè)置，中斷時(shí)間可以確定為1ms。這樣，一個(gè)PWM波被分成10個(gè)部分，每個(gè)部分占1毫秒。PWM信號(hào)由單片機(jī)P3.4產(chǎn)生，其高低電平?jīng)Q定LED的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。利用定時(shí)器控制產(chǎn)生占空比可變的PWM波，按K3，PWM值增大，占空比減小，LED燈熄滅。按K2，PWM值減小，占空比增大，LED逐漸點(diǎn)亮。6.2控制程序代碼#包含<REG51。h>#定義uchar無(wú)符號(hào)字符#defineV_TH00xFC//252#定義V_TL00x18//24#定義V_TMOD0x01//00000001Bsbitkey1=p3^3；//引腳位定義sbitkey2=p3^5；sbitout=p3^4；voidinit_sys(void)；/*系統(tǒng)初始化功能*/voiddelay5ms(void)；/*延遲功能*/void鍵(void)；/*按鍵處理功能*/ZKB境內(nèi)；無(wú)效總管(無(wú)效){init_sys()；ZKB=5；/*占空比的初始值設(shè)置*/P3=0x3f；while(1){key()；}}Voiinit_sys(void)/*系統(tǒng)初始化函數(shù)*/{/*定時(shí)器初始化*/TMOD=TMOD；//將定時(shí)器0設(shè)置為模式1，16位。 TH0=V_TH0//將計(jì)時(shí)器設(shè)置為初始值TL0=V_TL0TR0=1；//啟動(dòng)定時(shí)器T0ET0=1；//開(kāi)啟定時(shí)器T0中斷EA=1；//打開(kāi)總中斷}/*延遲*/無(wú)效延遲5毫秒(無(wú)效){無(wú)符號(hào)intTempCyc=5000while(TempCyc-)；}/*中斷功能*/無(wú)效定時(shí)器0(無(wú)效)中斷1{靜態(tài)ucharI=0；/*中斷計(jì)數(shù)變量*/TH0=V_TH0/*恢復(fù)定時(shí)器的初始值*/TL0=V_TL0++I；如果(I>9)I=0；If(i<ZKB)/*小于占空比值時(shí)輸出高電平，大于占空比值時(shí)輸出低電平，實(shí)現(xiàn)占空比調(diào)整*/OUT=1；其他OUT=0；}/*按鍵判斷功能*/空鍵(void){如果(！1)//如果按下+鍵，則增加占空比。{delay5ms()；//震動(dòng)消除而(！key1)；ZKB+=2；如果(ZKB>9)ZKB=1；delay5ms()；}如果(！2)//如果-鍵被按下，減小占空比。{delay5ms()；而(！key2)；ZKB-；ZKB-；如果(ZKB<1)ZKB=9；delay5ms()；}}7總結(jié)智能LED臺(tái)燈是一種采用高亮度白光發(fā)光二極管的光源，具有光效高、功耗低、壽命長(zhǎng)、易控制、免維護(hù)、安全環(huán)保等特點(diǎn)。是新一代光色柔和、損耗低、能耗低、環(huán)保的固體冷光源。適用于家庭、商場(chǎng)、銀行、醫(yī)院、賓館、飯店等各種公共場(chǎng)所的長(zhǎng)時(shí)間照明。沒(méi)有直流閃光燈，對(duì)眼睛起到了非常好的保護(hù)作用。是臺(tái)燈和手電筒的最佳選擇。臺(tái)燈基于智能化、多功能、低碳、人性化的設(shè)計(jì)理念，智能實(shí)現(xiàn)人體自動(dòng)感應(yīng)和手動(dòng)亮度調(diào)節(jié)；臺(tái)燈的底座可以分離，用途廣泛。眾所周知，電腦已經(jīng)成為我們生活的主流。但是隨著計(jì)算機(jī)的升降，單片機(jī)也發(fā)展很快。單片機(jī)是以完成某種邏輯功能的芯片命名的。具體來(lái)說(shuō)，就是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上?？偨Y(jié)一下:芯片變成電腦。其體積小、重量輕、價(jià)格低，為研究、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利條件，為單片機(jī)的靈活、方便和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單奠定了基礎(chǔ)。它可以通過(guò)編程、測(cè)試和運(yùn)行來(lái)完成特定的功能，因此單片機(jī)被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。單片機(jī)對(duì)LED燈的調(diào)光只是單片機(jī)的一個(gè)小應(yīng)用。通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)整個(gè)單片機(jī)控制音樂(lè)播放的程序并不復(fù)雜，功能之間相互涉及。bit在程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程中起著非常重要的作用。正是通過(guò)這些位，程序才能很好地切換功能，位的值是通過(guò)軟件模塊返回的參數(shù)來(lái)修改的。所以程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程應(yīng)該是讀取參數(shù)→修改標(biāo)志位→發(fā)送指令→翻譯→控制發(fā)生器→驅(qū)動(dòng)LED燈變化，整個(gè)過(guò)程一氣呵成。本設(shè)計(jì)以80C51單片機(jī)和PWM調(diào)光LED燈為核心，以STC10F08XE為主控芯片，通過(guò)輸出不同的PWM占空比實(shí)現(xiàn)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)。LED燈調(diào)光電路可以有效調(diào)節(jié)8個(gè)LED燈的亮度，最亮和最暗的時(shí)候都有蜂鳴器報(bào)警。同時(shí)，在本次課程設(shè)計(jì)中，主要有以下幾點(diǎn)體會(huì):1.單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)得到了進(jìn)一步的鞏固和深化。2.對(duì)LED驅(qū)動(dòng)有較好的了解，了解如何用規(guī)定的電流驅(qū)動(dòng)LED，通過(guò)輸出不同的占空比來(lái)調(diào)節(jié)LED燈的亮度；3.在設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，我們獲得了經(jīng)驗(yàn)，鍛煉了能力，開(kāi)闊了視野。4.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)完成后，提高了動(dòng)手能力，提高了學(xué)習(xí)新知識(shí)的意識(shí)，在配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備時(shí)拓展了思路和知識(shí)面。5.查閱資料和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的重要性，并充分利用互聯(lián)網(wǎng)的大型數(shù)據(jù)庫(kù)。6.咨詢同學(xué)的重要性，團(tuán)隊(duì)合作的重要性。7.凡事要有耐心和恒心。遇到問(wèn)題，冷靜思考，積極找出癥結(jié)，逐一解決。參考[1]王兆安。電力電子技術(shù)第4版。交通大學(xué)，2002[2]王魁。電力系統(tǒng)自動(dòng)化第2版。中國(guó)電力，2007[3]余永泉。單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。電子工業(yè)，2003[4]福爾摩斯。電力電子變換器PWM技術(shù)的原理與實(shí)踐。人民郵電，2010[5]雪海。經(jīng)典80C51單片機(jī)，上手容易，上手快。清華大學(xué)，2009[6]周志敏。集成穩(wěn)壓電源電路圖[M]。中國(guó)電力，2007[7]子美。電子電路設(shè)計(jì)-實(shí)驗(yàn)-測(cè)試[M]。華中科技大學(xué)，2000[8]洪乃剛。電力電子技術(shù)基礎(chǔ)。清華大學(xué)，2008[9]興。先進(jìn)的電力電子技術(shù)。機(jī)械工業(yè)，2011[10]李琳。單片機(jī)原理及應(yīng)用。電子行業(yè)，2013派遣這篇文章是在學(xué)苑老師的指導(dǎo)下完成的，從選題到開(kāi)報(bào)告，從寫提綱，到一遍又一遍地指出每篇稿子中的具體問(wèn)題。在這里我想表達(dá)一下我的心聲。同時(shí)，我要感謝所有在我學(xué)習(xí)期間給予我極大關(guān)心和支持的老師，感謝關(guān)心我的同學(xué)和朋友。寫畢業(yè)論文是一個(gè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過(guò)程。畢業(yè)論文的完成也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開(kāi)始。另外，這篇文章的順利完成也離不開(kāi)文學(xué)院其他老師的幫助。他們雖然沒(méi)有直接參與我的論文指導(dǎo)，但是在開(kāi)題的時(shí)候也給了我很多意見(jiàn)。在此，我向他們表達(dá)我的深情！最后，我想感受一下我的父母，他們不僅培養(yǎng)了我對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的濃厚興趣，讓我的靈魂在漫長(zhǎng)的人生旅途中有了一個(gè)虔誠(chéng)的避難所，也為我順利完成畢業(yè)論文提供了巨大的支持和幫助。以后我會(huì)更加努力的學(xué)習(xí)和工作，不辜負(fù)父母的厚望！我會(huì)尊重和回報(bào)他們！時(shí)光荏苒，四年就要結(jié)束了。畢業(yè)后，很多熟悉的身影可能會(huì)永遠(yuǎn)失去。每年的這個(gè)時(shí)候，校園里總是充滿了情緒。我想向食堂里的同學(xué)、朋