【文章內容簡介】 (1)其中，VREF=，為設置輸出電流的基準電壓，RXFB為R/G/BFB腳上所連接的電流反饋電阻，例如，如果驅動LED所需的電流為20mA，則RXFB=30Ω。為了保證恒定電流驅動器的正常工作，R/G/BOUT pin的電壓在正常工作時應該設置在1~，這樣可以保持在整個工作范圍內都能夠輸出一個高精度的驅動電流。如果R/G/BOUT 的電壓過低，會導致內部驅動電路工作不正常，不能夠輸出驅動所需要的電流，如果R/G/BOUT的電壓過高，會導致有過多的功率消耗在WS2801芯片上，使電路工作的穩(wěn)定性降低。（3）恒定電壓驅動模式介紹。WS2801可以利用外接的開關，在恒定電壓驅動模式下驅動高亮LED，同時實現高亮LED的256級灰度控制。該模式主要應用于高輸入電壓，高LED驅動電流（ILED300mA），其工作原理是利用外接的NPN晶體管開關來實現對LED的PWM灰度控制，流過LED的電流可由外接的限流電阻RL來控制，RL可由下面的方程 推算得到， (2)其中，ILED為驅動該大功率LED所需要的電流，VLED為LED工作時的正向導通壓降，NPN管工作于飽和區(qū)，VCE是NPN的飽和壓降，大致為VCE=~,具體數值可由該晶體管的規(guī)格書查得，基極電阻RB=2~5K[18]。當POL=“LOW”時候，WS2801的輸出極性反轉，此時WS2801工作如同一個PWM控制器，其產生的PWM控制信號可用于控制外部的大功率LED恒流驅動器或者NPN BJT開關晶體管以驅動LED，如下圖：圖15 利用外接的開關實現對高亮LED的恒定電壓驅動Fig 15 Use external switch to achieve the constant voltage driver highlight LED（4）灰度數據字介紹。在數據的傳輸過程中，首先被讀入到芯片的是數據幀信號位，然后是ROUT通道的MSB，最后讀取的數據是BOUT通道的LSB。WS2801在輸入時鐘的上升沿采樣由SDI pin輸入的灰度控制數據，并將這些采樣到的數據存儲到內部的移位寄存器當中，當第25個時鐘到來的時，WS2801會檢查讀入到移位寄存器中的第一位，如果該bit位為1或“HIGH”，存儲在移位寄存器中的數據會被讀取到內部的數據鎖存器當中，以等待灰度控制器的讀?。蝗绻撐粸?或“LOW”，WS2801則不會對移位寄存器中的數據做任何操作，只是將其從串行數據輸出端輸出[19]。該灰度控制數據幀由1位幀開始信號和3個灰度數據字構成，每個數據字由8bit灰度數據位組成，總共25bit。8bit的灰度數據可以很輕松的實現256級的LED灰度控制。（5）WS2801接力連接與應用。為了能夠將數據和時鐘能夠長距離傳送以滿足級聯(lián)應用的需要，WS2801集成了具有強驅動能力的推挽（pushpull）輸出級，該輸出級具有低EMI特性。測試中，WS2801能夠在2MHz頻率下，將數據時鐘傳送到7米以上的距離。為了防止信號的反射，有必要在信號輸入端串接一個電阻以實現控制的阻抗匹配，減少信號的反射，其阻值與傳輸線的高頻阻抗應該相等。本次設計就是采用以下典型電路：圖16 典型應用電路Fig 16 typical application circuit3 系統(tǒng)軟件設計 基本思路通電運行后，CPU自動掃描按鍵，無按鍵時根據各按鍵運行對應亮法模式自動運行模式，各種亮法循環(huán)。若有按鍵按下，則根據各按鍵對應亮法模式運行。在軟件中的流程圖大致如圖17所示。 系統(tǒng)程序開發(fā)軟件介紹本系統(tǒng)的軟件設計采用了Keil C51這種單片機C語言，Keil C51軟件是眾多單片機應用開發(fā)的優(yōu)秀軟件之一，它集編輯、編譯、仿真于一體，支持匯編，和C語言的程序設計，界面友好，易學易用[20]。采用Keil C51開發(fā)C8051單片機應用程序一般需要以下步驟：首先，在u Vision3集成開發(fā)環(huán)境中創(chuàng)建一個新項目（Project），并為該項目選定合適的單片機CPU器件，本系統(tǒng)選擇AT89C52芯片。利用u Vision3的文件編輯器編寫C語言源程序文件，并將文件添加到項目中去。一個項目可以包含多個文件，除源程序文件外還可以由庫文件或文本說明文件。然后，通過u Vision3的各種選項，配置Cx51編輯器，Ax51宏編輯器，BL51/Lx51連接定位器以及Debug調試期的功能。利用u Vision3的構造（Build）功能對項目中的源程序文件進行編譯連接，生成絕對目標代碼和可選的HEX文件，如果出現編譯連接錯誤則返回到第2步，修改源程序中的錯誤后重新構造整個項目。最后，將沒有錯誤的絕對目標代碼裝入u Vision3調試器進行仿真調試，調試成功后，將HEX文件寫入到單片機應用系統(tǒng)的EPROM中。通電開始按鍵掃描自動運行模式各種亮法循環(huán)據各按鍵運行對應亮法模式有鍵按下數否是圖17 系統(tǒng)流程圖Fig 17 system flow chart 系統(tǒng)主程序的設計系統(tǒng)軟件部分設計采用模塊化設計的方法，把實現系統(tǒng)全部功能的大程序分解為幾個功能相對獨立的比較小的程序模塊，對實現各個功能的程序模塊分別進行設計、編程和調試，最后把各個調試好的程序模塊聯(lián)成一個完整的程序。模塊化程序設計的優(yōu)點是單個功能明確，設計和調試比較方便、容易完成。一個模塊可以為多個程序所共享[21]。在本系統(tǒng)單片機部分程序設計中，模塊化編程的具體體現是把各個功能相對獨立的模塊作為子函數，即把程序設計成一個初始化子程序和一個大循環(huán)。程序初始化完成之后，在大循環(huán)里面實現單片機軟件功能。主程序是一個不斷循環(huán)檢測結構。 按鍵掃描子程序設計本設計中采用的獨立式鍵盤，按鍵的閉合與否直接反應在口線的電平上，把按鍵電平值經AD轉換后送到CPU，通過判斷AD值的范圍確定是哪個按鍵按下。因此可以通過口線的電平值檢測，來確認按鍵是否按下。但如果在觸點抖動期間檢測按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導致判斷出錯，即按鍵一次按下或釋放被錯誤的認為是多次操作，為克服按鍵點機械抖動所致的檢測錯誤，確保CPU對一次按鍵動作只確認一次按鍵，必須采取去抖動的措施。軟件中去抖動的措施即在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序，然后再次檢測該鍵的電平狀態(tài)，如果該鍵電平仍保持閉合狀態(tài)電平，則確認為真正有鍵按下。流程圖如下：圖18 按鍵掃描流程圖Fig18 Key scan flow chart一般把按鍵掃描程序設計成子程序，以便其他程序調用。程序如下：void ADC0_ISR (void) interrupt 10 using 2{ AD0INT = 0。 // clear ADC0 TR2=0。 if( ( accumulator=0) amp。amp。 (accumulator300) ) { type=7。} //S4 else if( ( accumulator=300) amp。amp。 (accumulator580) ) {type=6。}//S3 else if( ( accumulator=580) amp。amp。 (accumulator720) ) {type=5。 }//S2else if( ( accumulator=720) amp。amp。 (accumulator785) ){ if(type3) type=0。type++。 yanshi(300)。 } //S1 TR2= 1。 } LED流水燈效果程序設計LED流水效果是采用串口傳送數據，每個LED燈顏色由紅綠藍三基色控制,紅綠藍色度由數據0x000xff控制，0x00為最淺，0xff為最深。那么當三基色數據為0xff、0x00、0x00時則LED燈為深紅色，同理三基色數據為0x00、0xff、0x00時LED為深綠色，三基色數據為0x00、0x00、0xff時LED為深藍色。數據傳送是利用WS2801自帶的移位功能，將每個數據一位一位傳給LED控制口，因為每種基色有8為二進制數據，每個LED燈又由紅綠藍三種基色控制，所以要點亮一個LED燈就需要傳送24個二進制數，這是顏色控制和數據傳送的整個過程[22]。設計流水燈流程圖如下：圖19 流水燈效果流程圖Fig 19 Effect of water flow chart設計流水燈程序如下：void huayang6() { if(type!=date)break。 for(s=0。s10。s++) //點亮前面s個燈 { if(type!=date)break。 for(i=0。is。i++) { j=d[jj*3]。j1=d[jj*3+1]。j2=d[jj*3+2]。 for(i1=0。i18。i1++) { cki=0。 sdi=jamp。0x80。 _nop_()。 cki=1。 j=j1。 } for(i1=0。i18。i1++) { cki=0。 sdi=j1amp。0x80。 _nop_()。 cki=1。 j1=j11。 } for(i1=0。i18。i1++) { cki=0。 sdi=j2amp。0x80。 _nop_()。 cki=1。 j2=j21。 } } delay(60)。 } }} 延時程序設計延時程序一般是通過一層或多層循環(huán)實現，整個過程延時的時間是程序執(zhí)行的指令總條數乘以執(zhí)行每條指令所用的時間。由于該系統(tǒng)的晶振選用的是12M，所以執(zhí)行每條指令所所用時間為2us，共有兩個延時程序，程序執(zhí)行如下：void delay(int count){ int ii。 while (count 0) { if(type!=date)break。 for (ii=0。 iisudu。 ii++)。 count。 }}void yanshi(int count){ int ii,jj。 for (ii=0。iicount。 ii++) ////count for(jj=0。jj318。jj++)。 ///318 } 系統(tǒng)硬件調試及問題分析硬件電路設計完成后的工作是通過軟件編程來實現系統(tǒng)的主要功能，也就是進行軟件開發(fā)。對于電子系統(tǒng)，軟件設計建立在具體硬件電路基礎之上，系統(tǒng)功能的實現以及工作的可靠性不僅需要合理的硬件設計，很大程度上取決于功能完善、算法先進的軟件設計。一個合理的軟件設計能夠充分發(fā)揮微控制器的運算和邏輯控制功能，可靠地實現系統(tǒng)的各種功能。系統(tǒng)硬件設計制作完成之后，首先應該測試硬件電路。首先檢查系統(tǒng)電源是否接入硬件電路，各個元件管腳是否有虛焊，特別是發(fā)光二極管和極性電容的管腳是否正負極反接。經過用萬用表檢查之后，發(fā)現在電路設計的時候，電源開關被短路，在電路中沒有任何作用。經過初步檢查之后，就可以向系統(tǒng)接入電源，對系統(tǒng)硬件進一步進行調試。電路連接好之后，我們可以向系統(tǒng)中下載硬件電路測試程序，經過實驗，系統(tǒng)串口通信模塊完全可以向單片機中下載程序，說明串口通信模塊符合要求。下載完系統(tǒng)硬件測試程序后，就可以檢測系統(tǒng)LED光源亮度調節(jié)驅動電路。 簡易控制器WS2801簡易控制器是針對恒流驅動LED芯片WS2801設計的一款簡易控制器，其操作簡單，接線方便，可實現多種亮法，既可作為測試燈串用，又可以作為固定的燈串控制器。 接線該簡易控制器有4條引線，其中紅色代表電源線，白色代表數據線，綠色代表時鐘線，藍色代表接地線。將簡易控制器的4條引線與燈串的4條引線分別對應接好，一般為簡易控制器的紅、綠、藍、白與燈串的紅、綠、藍、白對應相接。然后將紅色線與外部+5V直流電源的正極相接，將藍色線與外部+5V直流電源的負極相接，即外部+5V直流電源既給簡易控制器供電又給燈串供電。 使用說明 該簡易控制器有4個按鍵，使用時先接通電源不按鍵時： 依次為紅綠藍白4種亮法無限交替循環(huán)。按S1鍵時：紅綠藍白4種亮法交替變換，每按一次鍵變換一種顏色。按S2鍵時：為七彩閃爍花樣。按S3鍵時：為七彩跑馬花樣。按S4鍵時：為七彩流水花樣。4 結 論本課題是設計一種基于單片機控制的LED燈，實現城市亮化模擬，達到節(jié)能減排，推動城市亮化的發(fā)展。LED燈是低電壓驅動，穩(wěn)定性好，適應性強，直流驅動，超低功耗。有很大的實用價值。 本課題的研究內容主要集中在以下幾個方面：論述LED發(fā)展趨勢和前景；對LED驅動方式的探究；與單片機通信方式的比較與研究；實現多種LED亮化模式的嘗試；組裝幾種LED光源樣品并測試、評價其性能