【文章內(nèi)容簡介】 (1)其中，VREF=，為設(shè)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(qū)動LED所需的電流為20mA，則RXFB=30Ω。為了保證恒定電流驅(qū)動器的正常工作，R/G/BOUT pin的電壓在正常工作時應(yīng)該設(shè)置在1~，這樣可以保持在整個工作范圍內(nèi)都能夠輸出一個高精度的驅(qū)動電流。如果R/G/BOUT 的電壓過低，會導(dǎo)致內(nèi)部驅(qū)動電路工作不正常，不能夠輸出驅(qū)動所需要的電流，如果R/G/BOUT的電壓過高，會導(dǎo)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(qū)動模式介紹。WS2801可以利用外接的開關(guān)，在恒定電壓驅(qū)動模式下驅(qū)動高亮LED，同時實現(xiàn)高亮LED的256級灰度控制。該模式主要應(yīng)用于高輸入電壓，高LED驅(qū)動電流（ILED300mA），其工作原理是利用外接的NPN晶體管開關(guān)來實現(xiàn)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(qū)動該大功率LED所需要的電流，VLED為LED工作時的正向?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”時候，WS2801的輸出極性反轉(zhuǎn)，此時WS2801工作如同一個PWM控制器，其產(chǎn)生的PWM控制信號可用于控制外部的大功率LED恒流驅(qū)動器或者NPN BJT開關(guān)晶體管以驅(qū)動LED，如下圖：圖15 利用外接的開關(guān)實現(xiàn)對高亮LED的恒定電壓驅(qū)動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)的傳輸過程中，首先被讀入到芯片的是數(shù)據(jù)幀信號位，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)存儲到內(nèi)部的移位寄存器當(dāng)中，當(dāng)?shù)?5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(shù)據(jù)會被讀取到內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器當(dāng)中，以等待灰度控制器的讀?。蝗绻撐粸?或“LOW”，WS2801則不會對移位寄存器中的數(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位幀開始信號和3個灰度數(shù)據(jù)字構(gòu)成，每個數(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)可以很輕松的實現(xiàn)256級的LED灰度控制。（5）WS2801接力連接與應(yīng)用。為了能夠?qū)?shù)據(jù)和時鐘能夠長距離傳送以滿足級聯(lián)應(yīng)用的需要，WS2801集成了具有強驅(qū)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(yīng)該相等。本次設(shè)計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 基本思路通電運行后，CPU自動掃描按鍵，無按鍵時根據(jù)各按鍵運行對應(yīng)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(jù)各按鍵對應(yīng)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(shè)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(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語言的程序設(shè)計，界面友好，易學(xué)易用[20]。采用Keil C51開發(fā)C8051單片機應(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(diào)試期的功能。利用u Vision3的構(gòu)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(xiàn)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(gòu)造整個項目。最后，將沒有錯誤的絕對目標代碼裝入u Vision3調(diào)試器進行仿真調(diào)試，調(diào)試成功后，將HEX文件寫入到單片機應(yīng)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(jù)各按鍵運行對應(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)計系統(tǒng)軟件部分設(shè)計采用模塊化設(shè)計的方法，把實現(xiàn)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(xiàn)各個功能的程序模塊分別進行設(shè)計、編程和調(diào)試，最后把各個調(diào)試好的程序模塊聯(lián)成一個完整的程序。模塊化程序設(shè)計的優(yōu)點是單個功能明確，設(shè)計和調(diào)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(shè)計中，模塊化編程的具體體現(xiàn)是把各個功能相對獨立的模塊作為子函數(shù)，即把程序設(shè)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(xiàn)單片機軟件功能。主程序是一個不斷循環(huán)檢測結(jié)構(gòu)。 按鍵掃描子程序設(shè)計本設(shè)計中采用的獨立式鍵盤，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(dǎo)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(shè)計成子程序，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LED流水效果是采用串口傳送數(shù)據(jù)，每個LED燈顏色由紅綠藍三基色控制,紅綠藍色度由數(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時則LED燈為深紅色，同理三基色數(shù)據(jù)為0x00、0xff、0x00時LED為深綠色，三基色數(shù)據(jù)為0x00、0x00、0xff時LED為深藍色。數(shù)據(jù)傳送是利用WS2801自帶的移位功能，將每個數(shù)據(jù)一位一位傳給LED控制口，因為每種基色有8為二進制數(shù)據(jù)，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(shù)，這是顏色控制和數(shù)據(jù)傳送的整個過程[22]。設(shè)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(shè)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(shè)計延時程序一般是通過一層或多層循環(huán)實現(xiàn)，整個過程延時的時間是程序執(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(diào)試及問題分析硬件電路設(shè)計完成后的工作是通過軟件編程來實現(xiàn)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(shè)計建立在具體硬件電路基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)以及工作的可靠性不僅需要合理的硬件設(shè)計，很大程度上取決于功能完善、算法先進的軟件設(shè)計。一個合理的軟件設(shè)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(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。系統(tǒng)硬件設(shè)計制作完成之后，首先應(yīng)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(jīng)過用萬用表檢查之后，發(fā)現(xiàn)在電路設(shè)計的時候，電源開關(guān)被短路，在電路中沒有任何作用。經(jīng)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(diào)試。電路連接好之后，我們可以向系統(tǒng)中下載硬件電路測試程序，經(jīng)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(diào)節(jié)驅(qū)動電路。 簡易控制器WS2801簡易控制器是針對恒流驅(qū)動LED芯片WS2801設(shè)計的一款簡易控制器，其操作簡單，接線方便，可實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(yīng)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(yīng)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(jié) 論本課題是設(shè)計一種基于單片機控制的LED燈，實現(xiàn)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(qū)動，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強，直流驅(qū)動，超低功耗。有很大的實用價值。 本課題的研究內(nèi)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(qū)動方式的探究；與單片機通信方式的比較與研究；實現(xiàn)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