【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(hào)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(jì)數(shù)法。對(duì)于一般電機(jī)控制，采用第一種方法在控制電壓變化時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因?yàn)闉V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(jì)采用由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)法。 PWM 對(duì)于 LED 調(diào)光的優(yōu)勢(shì) 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(duì)于人眼識(shí)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)光通常可以很簡(jiǎn)單的來實(shí)現(xiàn)。但是由于 LED光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。對(duì)于單色 LED 來說，其主波長(zhǎng)會(huì)改變。對(duì)白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會(huì)改變。用 PWM調(diào)光則保證了 LED發(fā)出設(shè)計(jì) 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(huì)降低輸出電流的精度。通常來說，相對(duì)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?yàn)?PWM是保證 CCT 和顏色情況下測(cè)定電流（光強(qiáng)），模擬調(diào)光則是不存在這個(gè)前提。如果要犧牲這個(gè)前提來考慮節(jié)能的話，需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。但我估計(jì)在實(shí)現(xiàn)同等照度的情況下， PWM會(huì)有優(yōu)勢(shì)。 LED 生產(chǎn)商在他們的產(chǎn)品電氣特性表中特別制定了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流，這樣就能保證只以這些特定驅(qū)動(dòng)電流來產(chǎn)生的光波長(zhǎng)或 PWM 調(diào)光保證了 LED 發(fā)出設(shè) 計(jì)者需要的顏色，而光的強(qiáng)度另當(dāng)別論。這種精細(xì)控制在 RGB 應(yīng)用中特別重要，以混合不同顏色的光來產(chǎn)生白光。 從驅(qū)動(dòng) IC 的前景來看，模擬調(diào)光面臨著一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流Opinos adugethry39。mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB()精度。幾乎每個(gè) LED 驅(qū)動(dòng)都要用到某種串聯(lián)電阻來辨別電流。電流辨別電壓（ VSNS）通過折衷低能耗損失和高信噪比來選定。驅(qū)動(dòng)中的容差、偏移和延遲導(dǎo)致了一個(gè)相對(duì)固定的誤差。要在一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流就必須降低 VSNS.這樣就會(huì)反過來降低輸出電流的精度，最終，輸出電流無(wú)法指定、控制或保證。通常來說，相對(duì)于模擬調(diào)光， PWM 調(diào)光可以提高精度，線 性控制光輸出到更低級(jí)。 但是， PWM 調(diào)光有其劣勢(shì)。主要反映在： PWM 調(diào)光很容易使得白光 LED 的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲（ audible noise，或者 microphonic noise）。這個(gè)噪聲是如何產(chǎn)生？通常白光 LED 驅(qū)動(dòng)器都屬于開關(guān)電源器件（ buck、boost 、 charge pump 等），其開關(guān)頻率都在 1MHz 左右，因此在驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用中是不會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行 PWM 調(diào)光的時(shí)候，如果 PWM 信號(hào)的頻率正好落在 200Hz 到 20kHz 之間，白光 LED 驅(qū)動(dòng)器周圍的電感和輸出電容就會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。所以設(shè)計(jì)時(shí)要避免使用 20kHz 以下低頻段。 另外市面上也有些調(diào)光電路用到了可控硅調(diào)光， 可控硅前沿調(diào)光器若直接用于控制普通的 LED 驅(qū)動(dòng)器， LED 燈會(huì)產(chǎn)生閃爍，更不能實(shí)現(xiàn)寬范圍的調(diào)光控制。原因歸結(jié)如下： (1)可控硅的維持電流問題。目前市面上的可控硅調(diào)光器功率等級(jí)不同，維持電流一般是 7～ 75mA(驅(qū)動(dòng)電流則是 7～ 100mA)，導(dǎo)通后流過可控硅的電流必須要大于這個(gè)值才能繼續(xù)導(dǎo)通，否則會(huì)自行關(guān)斷。 (2)阻抗匹配問題。當(dāng)可控硅導(dǎo)通后， 可控硅和驅(qū)動(dòng)電路的阻抗都發(fā)生變化，且驅(qū)動(dòng)電路由于有差模濾波電容的存在，呈容性阻抗，與可控硅調(diào)光器存在阻抗匹配的問題，因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)一般需要使用較小的差模濾波電容。 (3)沖擊電流問題。由于可控硅前沿?cái)夭ㄊ沟幂斎腚妷嚎赡芤恢碧幱诜逯蹈浇?，輸入濾波電容將承受大的沖擊電流，同時(shí)還可能使得可控硅意外截止，導(dǎo)致可控硅不斷重啟，所以一般需要在驅(qū)動(dòng)器輸入端串接電阻來減小沖擊。 (4)導(dǎo)通角較小時(shí) LED 會(huì)出現(xiàn)閃爍。當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小時(shí)，由于此時(shí)輸入電壓和電流均較小，導(dǎo)致維持電流不夠或者芯片供電不夠，電路停止工作， 使LED 產(chǎn)生閃爍。 基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 7 LED 光源的特性 模擬調(diào)光通?？梢院芎?jiǎn)單的來實(shí)現(xiàn)。我們可以通過一個(gè)控制電壓來成比例地改變 LED 驅(qū)動(dòng)的輸出。模擬調(diào)光不會(huì)引入潛在的電磁兼容 /電磁干擾（ EMC/EMI）頻率。然而，在大多數(shù)設(shè)計(jì)中要使用 PWM 調(diào)光，這是由于 LED 的一個(gè)基本性質(zhì)：發(fā)射光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。 對(duì)于單色 LED來說，其主波長(zhǎng)會(huì)改變。對(duì)白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會(huì)改變。對(duì)于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍(lán) LED 中幾納米波長(zhǎng)的變化，特別是在光強(qiáng)也在變化的時(shí)候。但是白光的顏色溫 度變化是很容易檢測(cè)的。 大多數(shù) LED 包含一個(gè)發(fā)射藍(lán)光譜光子的區(qū)域，它透過一個(gè)磷面提供一個(gè)寬幅可見光。低電流的時(shí)候，磷光占主導(dǎo)，光趨近于黃色。高電流的時(shí)候， LED 藍(lán)光占主導(dǎo)，光呈現(xiàn)藍(lán)色，從而達(dá)到了一個(gè)高 LED 的時(shí)候，相鄰 LED的 CCT 的不同會(huì)很明顯也是不希望發(fā)生的。同樣延伸到光源應(yīng)用里，混合多個(gè)單色 LED 也會(huì)存在同樣的問題。當(dāng)我們使用一個(gè)以上的光源的時(shí)候， LED中任何的差異都會(huì)被察覺到。 Opinos adugethry39。mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB()3 電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)流程圖 圖 31 電路設(shè)計(jì)流 程圖 主控元件與功能模塊介紹 按鍵功能設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)自鎖開關(guān)，三個(gè)按鍵開關(guān)作為控制系統(tǒng)的按鈕。自鎖開關(guān)作為電源開關(guān)，實(shí)現(xiàn)為整個(gè)電路上電，斷電的功能。按鍵開關(guān)一為復(fù)位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)LED 任何時(shí)候的導(dǎo)通與關(guān)閉，當(dāng)再次按下復(fù)位開關(guān)，點(diǎn)亮 LED 的亮度為默認(rèn)按下復(fù)位開關(guān)關(guān)閉 LED 時(shí)的亮度，復(fù)位開關(guān)并不是電源的開關(guān)，而是讓程序從第一步開始執(zhí)行的功能開關(guān)。余下兩個(gè)按鍵開關(guān)作為調(diào)節(jié)亮度使用，即為增大亮度，減小亮度，長(zhǎng)按則實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)光。 主控元件單片機(jī) STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O口線，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810 復(fù)位電路，三個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。空閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存， 振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 9 止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率 35Mhz， 6T/12T 可選。下圖為 STC89C52 引腳圖以及各引腳功能： 圖 32 STC89C52 引腳圖 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被 拉高。 P1口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 Opinos adugethry39。mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB()P2口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2口當(dāng)用于 外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口： P3 口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷 0） /INT1（外部中斷 1） T0（計(jì)時(shí)器 0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖 信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 11 周期兩 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA / VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 光源模塊 本調(diào)光實(shí)物采用八只高亮度 LED 發(fā)光二極管作為光源模塊，每只 LED正極分別接一個(gè) 330Ω的電阻作為限流電阻 ,引出的八個(gè)引腳集結(jié)為一個(gè)公共端作為 電路的 +5V 端，而每只 LED 的負(fù)極分別接 STC89C52 單片機(jī) P1口的八個(gè)引腳，即為該電路的光源模塊。 電源的選擇與連接 選用 USB 供電，由于從 USB 的 4 號(hào)引腳出來的是 +5V 的直流電，故可以直接作為單片機(jī)供電電路用，一根 USB 內(nèi)有四根芯線，通常紅色和黑色作為電源線，紅色為 +5V 電壓，黑色為 0V 電壓。 將這兩根電源線分別于與自鎖開關(guān)的兩組自鎖線路每一端相連，每組自鎖線路都剩下一個(gè)引腳，對(duì)應(yīng)接單片機(jī)引腳中的 VCC（ +5V）與 GND（ 0V），自鎖開關(guān)作為整個(gè)電路的電源開關(guān)，控制整個(gè)電路電壓的 供給。實(shí)物連接如下圖： 圖 33 自鎖開關(guān)接線圖 Opinos adugethry39。mlcAv,fPby 20*jZTxMI:EYB() 其他元件工作特性 LED 發(fā)光二極管功能簡(jiǎn)介 50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管的縮寫 ） ， 發(fā) 圖 34 發(fā)光二極管構(gòu)造圖 光 二極管它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用 環(huán)氧樹