【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (1)其中，VREF=，為設(shè)置輸出電流的基準(zhǔn)電壓，RXFB為R/G/BFB腳上所連接的電流反饋電阻，例如，如果驅(qū)動(dòng)LED所需的電流為20mA，則RXFB=30Ω。為了保證恒定電流驅(qū)動(dòng)器的正常工作，R/G/BOUT pin的電壓在正常工作時(shí)應(yīng)該設(shè)置在1~，這樣可以保持在整個(gè)工作范圍內(nèi)都能夠輸出一個(gè)高精度的驅(qū)動(dòng)電流。如果R/G/BOUT 的電壓過(guò)低，會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部驅(qū)動(dòng)電路工作不正常，不能夠輸出驅(qū)動(dòng)所需要的電流，如果R/G/BOUT的電壓過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致有過(guò)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(qū)動(dòng)模式介紹。WS2801可以利用外接的開關(guān)，在恒定電壓驅(qū)動(dòng)模式下驅(qū)動(dòng)高亮LED，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高亮LED的256級(jí)灰度控制。該模式主要應(yīng)用于高輸入電壓，高LED驅(qū)動(dòng)電流（ILED300mA），其工作原理是利用外接的NPN晶體管開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的PWM灰度控制，流過(guò)LED的電流可由外接的限流電阻RL來(lái)控制，RL可由下面的方程 推算得到， (2)其中，ILED為驅(qū)動(dòng)該大功率LED所需要的電流，VLED為L(zhǎng)ED工作時(shí)的正向?qū)▔航?，NPN管工作于飽和區(qū)，VCE是NPN的飽和壓降，大致為VCE=~,具體數(shù)值可由該晶體管的規(guī)格書查得，基極電阻RB=2~5K[18]。當(dāng)POL=“LOW”時(shí)候，WS2801的輸出極性反轉(zhuǎn)，此時(shí)WS2801工作如同一個(gè)PWM控制器，其產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)可用于控制外部的大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器或者NPN BJT開關(guān)晶體管以驅(qū)動(dòng)LED，如下圖：圖15 利用外接的開關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)高亮LED的恒定電壓驅(qū)動(dòng)Fig 15 Use external switch to achieve the constant voltage driver highlight LED（4）灰度數(shù)據(jù)字介紹。在數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程中，首先被讀入到芯片的是數(shù)據(jù)幀信號(hào)位，然后是ROUT通道的MSB，最后讀取的數(shù)據(jù)是BOUT通道的LSB。WS2801在輸入時(shí)鐘的上升沿采樣由SDI pin輸入的灰度控制數(shù)據(jù)，并將這些采樣到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)部的移位寄存器當(dāng)中，當(dāng)?shù)?5個(gè)時(shí)鐘到來(lái)的時(shí)，WS2801會(huì)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(chǔ)在移位寄存器中的數(shù)據(jù)會(huì)被讀取到內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器當(dāng)中，以等待灰度控制器的讀??；如果該位為0或“LOW”，WS2801則不會(huì)對(duì)移位寄存器中的數(shù)據(jù)做任何操作，只是將其從串行數(shù)據(jù)輸出端輸出[19]。該灰度控制數(shù)據(jù)幀由1位幀開始信號(hào)和3個(gè)灰度數(shù)據(jù)字構(gòu)成，每個(gè)數(shù)據(jù)字由8bit灰度數(shù)據(jù)位組成，總共25bit。8bit的灰度數(shù)據(jù)可以很輕松的實(shí)現(xiàn)256級(jí)的LED灰度控制。（5）WS2801接力連接與應(yīng)用。為了能夠?qū)?shù)據(jù)和時(shí)鐘能夠長(zhǎng)距離傳送以滿足級(jí)聯(lián)應(yīng)用的需要，WS2801集成了具有強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的推挽（pushpull）輸出級(jí)，該輸出級(jí)具有低EMI特性。測(cè)試中，WS2801能夠在2MHz頻率下，將數(shù)據(jù)時(shí)鐘傳送到7米以上的距離。為了防止信號(hào)的反射，有必要在信號(hào)輸入端串接一個(gè)電阻以實(shí)現(xiàn)控制的阻抗匹配，減少信號(hào)的反射，其阻值與傳輸線的高頻阻抗應(yīng)該相等。本次設(shè)計(jì)就是采用以下典型電路：圖16 典型應(yīng)用電路Fig 16 typical application circuit3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基本思路通電運(yùn)行后，CPU自動(dòng)掃描按鍵，無(wú)按鍵時(shí)根據(jù)各按鍵運(yùn)行對(duì)應(yīng)亮法模式自動(dòng)運(yùn)行模式，各種亮法循環(huán)。若有按鍵按下，則根據(jù)各按鍵對(duì)應(yīng)亮法模式運(yùn)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(shè)計(jì)采用了Keil C51這種單片機(jī)C語(yǔ)言，Keil C51軟件是眾多單片機(jī)應(yīng)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(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，界面友好，易學(xué)易用[20]。采用Keil C51開發(fā)C8051單片機(jī)應(yīng)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(gè)新項(xiàng)目（Project），并為該項(xiàng)目選定合適的單片機(jī)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(yǔ)言源程序文件，并將文件添加到項(xiàng)目中去。一個(gè)項(xiàng)目可以包含多個(gè)文件，除源程序文件外還可以由庫(kù)文件或文本說(shuō)明文件。然后，通過(guò)u Vision3的各種選項(xiàng)，配置Cx51編輯器，Ax51宏編輯器，BL51/Lx51連接定位器以及Debug調(diào)試期的功能。利用u Vision3的構(gòu)造（Build）功能對(duì)項(xiàng)目中的源程序文件進(jìn)行編譯連接，生成絕對(duì)目標(biāo)代碼和可選的HEX文件，如果出現(xiàn)編譯連接錯(cuò)誤則返回到第2步，修改源程序中的錯(cuò)誤后重新構(gòu)造整個(gè)項(xiàng)目。最后，將沒(méi)有錯(cuò)誤的絕對(duì)目標(biāo)代碼裝入u Vision3調(diào)試器進(jìn)行仿真調(diào)試，調(diào)試成功后，將HEX文件寫入到單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的EPROM中。通電開始按鍵掃描自動(dòng)運(yùn)行模式各種亮法循環(huán)據(jù)各按鍵運(yùn)行對(duì)應(yīng)亮法模式有鍵按下數(shù)否是圖17 系統(tǒng)流程圖Fig 17 system flow chart 系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，把實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部功能的大程序分解為幾個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的比較小的程序模塊，對(duì)實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能的程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編程和調(diào)試，最后把各個(gè)調(diào)試好的程序模塊聯(lián)成一個(gè)完整的程序。模塊化程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)功能明確，設(shè)計(jì)和調(diào)試比較方便、容易完成。一個(gè)模塊可以為多個(gè)程序所共享[21]。在本系統(tǒng)單片機(jī)部分程序設(shè)計(jì)中，模塊化編程的具體體現(xiàn)是把各個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的模塊作為子函數(shù)，即把程序設(shè)計(jì)成一個(gè)初始化子程序和一個(gè)大循環(huán)。程序初始化完成之后，在大循環(huán)里面實(shí)現(xiàn)單片機(jī)軟件功能。主程序是一個(gè)不斷循環(huán)檢測(cè)結(jié)構(gòu)。 按鍵掃描子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中采用的獨(dú)立式鍵盤，按鍵的閉合與否直接反應(yīng)在口線的電平上，把按鍵電平值經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后送到CPU，通過(guò)判斷AD值的范圍確定是哪個(gè)按鍵按下。因此可以通過(guò)口線的電平值檢測(cè)，來(lái)確認(rèn)按鍵是否按下。但如果在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)，即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤的認(rèn)為是多次操作，為克服按鍵點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)錯(cuò)誤，確保CPU對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須采取去抖動(dòng)的措施。軟件中去抖動(dòng)的措施即在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí)10ms的子程序，然后再次檢測(cè)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(rèn)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(shè)計(jì)成子程序，以便其他程序調(diào)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(shè)計(jì)LED流水效果是采用串口傳送數(shù)據(jù)，每個(gè)LED燈顏色由紅綠藍(lán)三基色控制,紅綠藍(lán)色度由數(shù)據(jù)0x000xff控制，0x00為最淺，0xff為最深。那么當(dāng)三基色數(shù)據(jù)為0xff、0x00、0x00時(shí)則LED燈為深紅色，同理三基色數(shù)據(jù)為0x00、0xff、0x00時(shí)LED為深綠色，三基色數(shù)據(jù)為0x00、0x00、0xff時(shí)LED為深藍(lán)色。數(shù)據(jù)傳送是利用WS2801自帶的移位功能，將每個(gè)數(shù)據(jù)一位一位傳給LED控制口，因?yàn)槊糠N基色有8為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，每個(gè)LED燈又由紅綠藍(lán)三種基色控制，所以要點(diǎn)亮一個(gè)LED燈就需要傳送24個(gè)二進(jìn)制數(shù)，這是顏色控制和數(shù)據(jù)傳送的整個(gè)過(guò)程[22]。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流水燈程序如下：void huayang6() { if(type!=date)break。 for(s=0。s10。s++) //點(diǎn)亮前面s個(gè)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(shí)程序設(shè)計(jì)延時(shí)程序一般是通過(guò)一層或多層循環(huán)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)過(guò)程延時(shí)的時(shí)間是程序執(zhí)行的指令總條數(shù)乘以執(zhí)行每條指令所用的時(shí)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(shí)間為2us，共有兩個(gè)延時(shí)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(diào)試及問(wèn)題分析硬件電路設(shè)計(jì)完成后的工作是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的主要功能，也就是進(jìn)行軟件開發(fā)。對(duì)于電子系統(tǒng)，軟件設(shè)計(jì)建立在具體硬件電路基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)以及工作的可靠性不僅需要合理的硬件設(shè)計(jì)，很大程度上取決于功能完善、算法先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)。一個(gè)合理的軟件設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮微控制器的運(yùn)算和邏輯控制功能，可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)制作完成之后，首先應(yīng)該測(cè)試硬件電路。首先檢查系統(tǒng)電源是否接入硬件電路，各個(gè)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(fù)極反接。經(jīng)過(guò)用萬(wàn)用表檢查之后，發(fā)現(xiàn)在電路設(shè)計(jì)的時(shí)候，電源開關(guān)被短路，在電路中沒(méi)有任何作用。經(jīng)過(guò)初步檢查之后，就可以向系統(tǒng)接入電源，對(duì)系統(tǒng)硬件進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)試。電路連接好之后，我們可以向系統(tǒng)中下載硬件電路測(cè)試程序，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)串口通信模塊完全可以向單片機(jī)中下載程序，說(shuō)明串口通信模塊符合要求。下載完系統(tǒng)硬件測(cè)試程序后，就可以檢測(cè)系統(tǒng)LED光源亮度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路。 簡(jiǎn)易控制器WS2801簡(jiǎn)易控制器是針對(duì)恒流驅(qū)動(dòng)LED芯片WS2801設(shè)計(jì)的一款簡(jiǎn)易控制器，其操作簡(jiǎn)單，接線方便，可實(shí)現(xiàn)多種亮法，既可作為測(cè)試燈串用，又可以作為固定的燈串控制器。 接線該簡(jiǎn)易控制器有4條引線，其中紅色代表電源線，白色代表數(shù)據(jù)線，綠色代表時(shí)鐘線，藍(lán)色代表接地線。將簡(jiǎn)易控制器的4條引線與燈串的4條引線分別對(duì)應(yīng)接好，一般為簡(jiǎn)易控制器的紅、綠、藍(lán)、白與燈串的紅、綠、藍(lán)、白對(duì)應(yīng)相接。然后將紅色線與外部+5V直流電源的正極相接，將藍(lán)色線與外部+5V直流電源的負(fù)極相接，即外部+5V直流電源既給簡(jiǎn)易控制器供電又給燈串供電。 使用說(shuō)明 該簡(jiǎn)易控制器有4個(gè)按鍵，使用時(shí)先接通電源不按鍵時(shí)： 依次為紅綠藍(lán)白4種亮法無(wú)限交替循環(huán)。按S1鍵時(shí)：紅綠藍(lán)白4種亮法交替變換，每按一次鍵變換一種顏色。按S2鍵時(shí)：為七彩閃爍花樣。按S3鍵時(shí)：為七彩跑馬花樣。按S4鍵時(shí)：為七彩流水花樣。4 結(jié) 論本課題是設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)控制的LED燈，實(shí)現(xiàn)城市亮化模擬，達(dá)到節(jié)能減排，推動(dòng)城市亮化的發(fā)展。LED燈是低電壓驅(qū)動(dòng)，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強(qiáng)，直流驅(qū)動(dòng)，超低功耗。有很大的實(shí)用價(jià)值。 本課題的研究?jī)?nèi)容主要集中在以下幾個(gè)方面：論述LED發(fā)展趨勢(shì)和前景；對(duì)LED驅(qū)動(dòng)方式的探究；與單片機(jī)通信方式的比較與研究；實(shí)現(xiàn)多種LED亮化模式的嘗試；組裝幾種LED光源樣品并測(cè)試、評(píng)價(jià)其性能