【正文】 .................................................. 16基于單片機的 PWM 調(diào)光 IV 調(diào)試完善功能 ......................................................................................... 19 結(jié)束語 ........................................................................................................................ 19 致 謝 .............................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 ................................................................................................................... 21 附錄 1： 電路原理圖 .......................................................................................... 22 附錄 2： 元器件清單及型號 .............................................................................. 24 附錄 3：單片機內(nèi)部程序正文 .......................................................................... 24 附錄 4：實物成果圖 ................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 附錄 5：實物使用說明 ...................................................................................... 21 基于單片機的 PWM 調(diào)光 1 引 言 目前，針對 LED 亮度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)節(jié) LED 的電流 (模擬調(diào)光 )或在肉眼無法察覺的高頻下，讓驅(qū)動電流從 0 到目標(biāo)電流值之間來回切換 (數(shù)字調(diào)光 )。利用脈沖寬度調(diào)變 (PWM)來設(shè)定循環(huán)和工作周期可能是實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的最簡單的方法，原因是相同的技術(shù)可以用來控制大部分的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。 方案一 ： 利用單片機輸出占空比可調(diào)的高頻脈沖，來改變驅(qū)動電流，從而精確地調(diào)節(jié) LED 亮度，即本論文所要介紹的調(diào)光方法 (PWM 調(diào)光 ） ，為盡量 降低 聽到噪聲和輻射，高端照明系統(tǒng)的調(diào)光頻率范圍一般要求幾萬赫茲； 方案二 ： 由于 LED 的亮度在一定范圍內(nèi)與電流成正比， LED 的模擬調(diào)光是對 LED 的每個周期進行調(diào)整，簡單地說，它是不斷調(diào)整 LED 的電流大小來改變亮度的，可以通過調(diào)整電流檢測電阻 RSNS，或用模擬電壓驅(qū)動 IC 的某個調(diào)光功能引腳來完成。 無論 LED 是經(jīng)由降壓、升壓、降壓 /升壓或線性穩(wěn)壓器驅(qū)動，連接每一個驅(qū)動電路最常見的線程就是 需 要控制光的輸出?，F(xiàn)今僅有很少數(shù)的應(yīng)用只需要開和關(guān)的簡單功能，絕大多數(shù)都需要從 0～ 100%去微調(diào)亮度。 因此，利用單片機輸出 PWM 信號，能對 LED 進行精準(zhǔn)，快速，有效地亮度調(diào)節(jié)。 基于單片機的 PWM 調(diào)光 2 1 單片機應(yīng)用技術(shù)簡介 單片機內(nèi)部構(gòu)成 單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機存儲器 RAM、只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng) 。 單片機的工作原理 單片微型計算機，簡稱單片機，是微型計算機的一個分支。它是在一塊芯片上集成（嵌入）了 CPU、 RAM 和 ROM存儲器、 I／ O接口等而構(gòu)成的微型計算機。因主要用于工業(yè)測控領(lǐng)域，故又稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機的核心是中央處理器 CPU。用超大規(guī)模集成技術(shù)把 CPU 集成在一塊芯片上，稱為微處理器。微處理器、微控制器和微型計算機三者的關(guān)系十分密切。目前，單片機在工業(yè)測控領(lǐng)域中已占重要地位。各電氣廠商、機電行業(yè)和測控企業(yè)都把單片機作為本部門產(chǎn)品更新?lián)Q代、產(chǎn)品智能化的重要工具。 單片機自 動完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對應(yīng)著一種基本操作；單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機能識別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲功能的部件 ——存儲器中。存儲器由許多存儲單元（最 小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，基于單片機的 PWM 調(diào)光 3 就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機在執(zhí)行程序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計數(shù)器 PC（包含在 CPU 中），在 開始執(zhí)行程序時，給 PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令， PC 在中的內(nèi)容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是 2或 3，以指向下一條指令的起始地址，保證指令順序執(zhí)行。 基于單片機的 PWM 調(diào)光 4 2 PWM 調(diào)光原理簡介 PWM 調(diào)光技術(shù)原理 脈沖寬度調(diào)節(jié) 我們知道用一個按鍵開關(guān)來控制放光二極管的亮滅，能很明顯看到它亮、暗的變化。試想一下，假如用一個開、關(guān)頻率很高的按鍵開關(guān)來控制發(fā)光二級管的亮、滅，由于人的視覺有 1/24 秒左右的視覺停留，當(dāng)這個頻率高于人的分辨能力 ，我們就會看到發(fā)光二級管一直亮著的錯覺。故而，我們控制這個頻率的高低，就能達到調(diào)光的目的，這種調(diào)光技術(shù)利用的是數(shù)字脈沖來實現(xiàn)的，是一種有效，精準(zhǔn)，快速的調(diào)光手段。 然而，現(xiàn)實中這種開關(guān)并非存在，而只是一種理想化的東西。但是如果利用單片機輸出高頻脈沖就能達到同樣的效果。 PWM 調(diào)光是一種利用簡單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)白光 LED 驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光 LED 的亮度。 PWM 是脈沖寬度調(diào)制的英文縮寫，指一個周期中亮燈時間所占的比例 。這個周期很短或說頻率很高，至少要高過人眼感光的反應(yīng)速度。 PWM 調(diào)光就是通過調(diào)整燈亮的時間與燈滅時間的比例來調(diào)整平均感觀亮度的方法。在微小的時間片里，燈要么是全開、要么是全關(guān)，沒有半開的中間狀態(tài)。 PWM 調(diào)光可以是分檔的，也可以是無級的。 PWM Dimming (脈寬調(diào)制 )調(diào)光方式 —— 這是一種利用簡單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)白光 LED 驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的 系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光 LED 的亮度。 PWM 調(diào)光的優(yōu)點在于能夠提供高質(zhì)量的白光，以及 應(yīng)用簡單，效率高！例如在手機的系統(tǒng)中，利用一個專用 PWM接口可以簡單的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號，該信號通過一個電阻，連接到驅(qū)動器的 EN 接口。多數(shù)廠商的驅(qū)動器都支持 PWM 調(diào)光。 采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上 時，其效果基本相同。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度基于單片機的 PWM 調(diào)光 5 不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在 20世紀(jì) 80 年代以前一直未能實現(xiàn)。知道進入 20 世紀(jì) 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)及其迅速發(fā)展， PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM 控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。到目前為止，已出現(xiàn)了多種 PWM 控制技術(shù)。 一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號的脈寬有兩種方法，一種方法是采用模擬電路中的調(diào)制方法，另一種方法是使用脈沖計數(shù)法。對于 一般電機控制，采用第一種方法在控制電壓變化時濾波的實現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因為濾波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整。因此，本設(shè)計采用由單片機控制實現(xiàn)的脈沖計數(shù)法。 PWM 對于 LED 調(diào)光的優(yōu)勢 LED 調(diào)光目前有兩種思路：一是線性調(diào)節(jié) LED電流（即模擬調(diào)光），二是使用開關(guān)電路以相對于人眼識別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值（數(shù)字調(diào)光）。（ PWM）是屬于數(shù)字調(diào)光的方法。 模擬調(diào)光通?？梢院芎唵蔚膩韺崿F(xiàn)。但是由于 LED光的特性要隨著平均驅(qū)動電流而偏移。對于單色 LED 來說，其主波長會改變。對白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會改變。用 PWM調(diào)光則保證了 LED發(fā)出設(shè)計者需要的顏色。 PWM調(diào)光也可以提高輸出電流精度。用線性調(diào)節(jié)的模擬調(diào)光會降低輸出電流的精度。通常來說，相對于模擬調(diào)光， PWM 調(diào)光可以精度大于線性控制光輸出。 從節(jié)能來說，沒有可比性。因為 PWM是保證 CCT 和顏色情況下測定電流（光