【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 顆 LED 尺寸很小，設(shè)計(jì)師可以自由設(shè)計(jì) LED 點(diǎn)陣，以得到不同的燈具造型和風(fēng)格。 （ 6） 背光源。 LED 作為背光源已普遍運(yùn)用于手機(jī)、電腦、手持掌上電子產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。 筆記本液晶屏采用 LED 背光源比采用 CCFL 背光源節(jié)省約 20%到30%的電力。另外， LED 用比較低的電壓就可以工作，比需要高電壓才能工作的CCFL 更安全可靠。使用壽命長(zhǎng)是 LED 背光光源的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)， LED背光光源使用壽命可達(dá) 10萬(wàn)小時(shí)，如果按每天開機(jī) 10 小時(shí)計(jì)算，一臺(tái)采用 LED背光光源的筆記本液晶屏可以使用將近 27 年。著名的索尼 VAIO TX 系列筆記本采用了 LED屏幕，和 T系列的 CCFL LCD 屏幕相比， TX 的 LED 屏幕不僅在重量上降低了 26%，而且，延長(zhǎng)了一個(gè)小時(shí)的電池續(xù)航時(shí)間，增加了一倍以上的屏幕抗壓能力。 （ 7） .通用照明 。由于 LED 光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及熱輻射低、體積小、便于攜帶等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于防爆、野外作業(yè)、礦山、軍事行動(dòng)。 LED 還可用于玩具、禮品、手電筒、圣誕燈等輕工產(chǎn)品之中。 課題研究 的內(nèi)容和目的 內(nèi)容： 設(shè)計(jì) LED 彩色背景燈照明裝置，利用傳感器及單片機(jī)實(shí)現(xiàn) LED 背景燈的智能化控制，利用光敏電阻來(lái)控制燈具的開關(guān)和明暗變化，做到光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)燈具不會(huì)自動(dòng)開啟，而光線較弱時(shí)隨傳感器的作用自動(dòng)開啟， 并在系統(tǒng)中嵌入時(shí)鐘控制。 10 目的： LED 光源具有如此多的優(yōu)點(diǎn)，大力發(fā)展 LED 照明已經(jīng)成為了一種趨勢(shì)，所以，此次制作彩色 LED 背景燈，加之以傳感器與時(shí)鐘的控制，達(dá)到智能的效果，以滿足現(xiàn)代人對(duì)智能的追求，方便日常家居生活。 11 3 智能彩色 LED 的設(shè)計(jì)方案 驅(qū)動(dòng) 電路的設(shè)計(jì) 彩色 LED 的工作電壓 范圍在 2到 3伏之間，而工作電流為 10 到 30 豪安，考慮到這次的設(shè)計(jì)所用的 LED 燈比較多，單片機(jī)的控制管腳有限，所以我采用串聯(lián)的方式。這樣，可使設(shè)計(jì)的電路圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且 對(duì)軟件的設(shè)計(jì)也變得更加的隨心所欲了。 考慮到 51 單片機(jī) I/O 口的輸出不足已驅(qū)動(dòng)那么多的負(fù)載，所以，不可直接把 LED 燈直接接到單片機(jī)的 I/O 口上。這次設(shè)計(jì)，我選擇了 74HC07 芯片作為驅(qū)動(dòng)， 電源為 15V 的直流穩(wěn)壓電源 [7]，連接如圖 ： 圖 LED驅(qū)動(dòng)電路 我將每一個(gè)發(fā)光二極管的工作電壓估算為 左右，而工作電流為 20 毫安，則當(dāng)單片機(jī) I/O 口輸出為低電平時(shí)， 7407 的輸輸出大概為 ，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以估算出電阻 R 的大小，見式（ ） 12 ?????? 11020 )( mA VR () 當(dāng)單片機(jī)的 I/O 口輸出為高電平時(shí)， 7407 的輸出達(dá)到 5 到 7 伏，則發(fā)光二極管兩端的電壓不足以驅(qū)動(dòng) LED 工作。從而達(dá)到了利用單片機(jī)控制 LED 的 亮和滅。 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)復(fù)位電路 由于在 MCS51 的復(fù)位信號(hào)輸入端（ RESET）上加上持續(xù)時(shí)間超過(guò) 24 個(gè)時(shí)鐘周期的高電平 ，即可使單片機(jī)復(fù)位，所以設(shè)置了復(fù)位電路，見圖 。該圖可實(shí)現(xiàn)上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位 [7, 27]。 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 13 外部時(shí)鐘電路 單片機(jī) 正常工作，必須要有時(shí)鐘電路，所以設(shè)計(jì)了外部時(shí)鐘 [7, 26]，見圖 。 時(shí)鐘的振蕩頻率即為晶振的振蕩頻率 。 圖 單片機(jī)外部時(shí)鐘電路 外部計(jì)時(shí)模塊 由于 我的設(shè)計(jì)思想是在控制單元中內(nèi)嵌一個(gè)計(jì)時(shí)模塊，用以設(shè)置彩燈的工作時(shí)間，可人為的控制，以更合理的使用該設(shè)備。該模塊選用 DS1302 時(shí)鐘芯片作為計(jì)時(shí)芯片，加之 的晶振產(chǎn)生振蕩頻率， 而 DS1302 芯片是串行輸入輸出的，所以該芯片的 I/O 引腳與單片機(jī)的 I/O 口 的某個(gè)引腳 交互，以達(dá)到計(jì)時(shí)的效果 [7]。電路見圖 。 14 圖 DS1302時(shí)鐘芯片實(shí)際電路 時(shí) 鐘顯示模塊 主要用于顯示彩燈的工作時(shí)間，該單元選用 1602 液晶顯示屏， 1602 是并口通信的，輸入輸出引腳可與單片機(jī)的 I/O 口直接交互 ， 因而 DS1302 的時(shí)間可通過(guò)單片機(jī) I/O 口傳輸?shù)?1602 液晶上顯示 [7]。 電路設(shè)計(jì)見圖 。 15 圖 LCD顯示電路 傳感器 傳感器的使用是最能體現(xiàn)智能化控制 思想的，對(duì)于這部分，我選用光敏電阻作為控制開關(guān)，電路設(shè)計(jì) [8]見圖 。 圖 傳感器電路 很簡(jiǎn)單的方案，卻很實(shí)用。由于光敏電阻的亮阻僅為 5 到 10K,但其暗阻可達(dá)上兆。所以由上圖可知，光強(qiáng)較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值遠(yuǎn)小于 比較電阻 R3， 16 故光敏電阻分壓的數(shù)值不足以讓三極管導(dǎo)通，所以單片機(jī)的 引腳此時(shí)為高電平；而光強(qiáng)較弱時(shí)，光敏電阻的阻值會(huì)逐漸增大，所以其分壓的數(shù)值也會(huì)逐漸增大，當(dāng)其兩端電壓值足以使三極管導(dǎo)通時(shí)， 腳檢測(cè)到的電平即為變?yōu)榈碗娖?。根?jù) 從 引腳檢測(cè)到的電平變化，當(dāng) CPU 檢測(cè)到 腳的 信號(hào)為低電平，即可 通過(guò)控制信號(hào)將 LED 彩燈點(diǎn)亮 ；當(dāng) CPU 檢測(cè)到 腳的信號(hào)為高電平，即可通過(guò)控制信號(hào)將 LED 彩燈熄滅。從而達(dá)到智能控制的效果。 整體設(shè)計(jì)方案 通過(guò)光敏電阻在不同光照強(qiáng)度的環(huán)境下阻值的變化去改變單片機(jī)某引腳的電平，讓 CPU 不斷檢測(cè)該引腳的電平變化，然后根據(jù)電平的高低來(lái)決定是否點(diǎn)亮LED 彩燈 。 但環(huán)境的變化不是唯一的決定因素，因?yàn)樵诖嗽O(shè)計(jì)中，我還有意的嵌入了時(shí)鐘模塊，可以人為地去調(diào)節(jié)彩燈工作的時(shí)間段。這樣，通過(guò)時(shí)鐘與光敏電阻的雙重控制，則不會(huì)出現(xiàn)室內(nèi)無(wú)人時(shí)，自動(dòng)的將 LED 背景燈點(diǎn)亮，造成資源的浪費(fèi)。 在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，我在電源入口處還竄接了一個(gè)撥動(dòng)開關(guān)，這個(gè)開關(guān)作為整個(gè)設(shè)計(jì)的總開關(guān)，可以起到人為地隨時(shí)對(duì)裝置進(jìn)行開啟和關(guān)閉，滿 足實(shí)際生活的需要。 LED 彩燈的排 列 這是一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟， 因?yàn)?LED彩色背景燈的制作成功與否主要取決于三個(gè)要素，即： （ 1） 傳感器是否靈敏，是否達(dá)到智能的效果。 （ 2） 系統(tǒng)在正常工作環(huán)境中是否能穩(wěn)定的工作。 （ 3） 美不美觀，即能否達(dá)到讓人賞心悅目的效果。 其中，美不美觀尤為重要，因?yàn)?LED 彩光背景燈的設(shè)計(jì)是為了娛樂(lè)和觀賞，并非 17 是日常生活中不可缺少的設(shè)備。所以能否給人以享受的效果很重要。 所以，考慮到美觀與易于操控，我決定將多個(gè)彩色 LED 燈排列成矩陣形狀，見圖 。 圖 LED的排列 即每個(gè)單片機(jī) I/O 引腳串接 5個(gè)發(fā)光二極管，而由于各種顏色的發(fā)光二極管的工作電壓與工作電流相差不大，所以顏色可隨意搭配 ，而具體到怎樣亮和滅，就要依據(jù)編寫的程序代碼去完成了，這部分在下面的敘述中會(huì)詳細(xì)講到。 整體電路的設(shè)計(jì) 見圖 18 圖 整體電路 19 4 印制電路板的制作與電子元器件的焊接 印制電路板的制作 第一步：準(zhǔn)備 PCB 原稿圖 首先要在電腦中設(shè)計(jì)好電路板圖 [9] ， 如下： 圖 PCB 設(shè)計(jì) 第二步：打印菲林 最好是選擇透明的菲林用激光打印機(jī)來(lái)打印，這樣打印出來(lái)的效果 較 好 ,完全勝任一般的電路板制作要求 .如果是噴墨式打印機(jī)就要用硫酸紙 ,但是效果差 。 20 圖 用硫酸紙打印的 PCB 圖 下面就要開始整個(gè)制作 環(huán)節(jié)中比較重要的工作 :曝光 . 沒(méi)使用過(guò)的感光板銅皮面會(huì)有一層白色不透明的保護(hù)膜 .用刀子將曝光板裁成所需要的大小 ,并把毛邊刮掉 ,然后將保護(hù)膜撕掉。 去掉保護(hù)膜的感光板銅皮面被一層綠色的化學(xué)物質(zhì)所覆蓋 ,這層綠色的東西就是感光膜 .先將其中一塊玻璃放在較平的臺(tái)面上 ,然后把感光板放在玻璃上 ,綠色曝光面朝上 將打印好的菲林輕輕鋪在感光板上 ,并對(duì)好位置 .將另外一塊玻璃壓上 ,利用上面那塊玻璃本身的自重使曝光板和菲林緊貼在一起 . 圖 圖紙與感光板的放置 第三步：曝光 確定兩塊玻璃已經(jīng)準(zhǔn)確無(wú)誤地將電路板和菲林壓好后 ,接下來(lái)就要開始曝光 21 了 . 曝光的方法有幾種 :太陽(yáng)照射曝光、日光燈曝光、專用的曝光機(jī)曝光，可以根據(jù)情況靈活選擇 .這里采用的是日光臺(tái)燈來(lái)曝光 ,臺(tái)燈和感光板的距離大概是5cm 左右 . 圖 開始曝光 曝光的時(shí)間要根據(jù)曝光光源的照射強(qiáng)度 ,以及不同廠家生產(chǎn)的感光板可能對(duì)曝光時(shí)間要求的不同 ,具體時(shí)間請(qǐng)參考廠家的說(shuō)明 .在這里這次曝光用了大約 12分鐘 .曝光時(shí)間的要求并不是很嚴(yán)格 ,但時(shí)間不要太短 ,那樣會(huì)導(dǎo)致曝光不充分 ,曝多幾分鐘無(wú)所謂 . 第四步 :顯像 在曝光的的這個(gè)空擋時(shí)間里還有一件事要做 , 就是調(diào)制顯像劑 ,曝光后的板子要盡快進(jìn)行顯像工作當(dāng)然也可以事先調(diào)好 .用一個(gè)塑料盆將顯像劑和水按 1:20的比例調(diào)好 .加入水后輕輕搖晃 ,使顯影劑充分溶解于水中 . 注意 :不要用金屬材料的盆 ,不要用純凈水 ,用一般 的自來(lái)水即可 . 將曝光后的感光板放入調(diào)制好顯像劑的盆中 ,綠色感光膜面要向上并且不停的晃動(dòng)盆子 ,此時(shí)會(huì)有綠色霧狀冒起 ,線路也會(huì)慢慢顯露出來(lái) . 22 圖 顯像 直到銅箔清晰且不再有綠色霧狀冒起時(shí)即顯像完成 ,此時(shí)需再靜待幾秒鐘以確認(rèn)顯像百分百完成。顯像完成后用水稍微沖洗 ,吹風(fēng)機(jī)吹干 ,檢查磨面線路是否有短路或開路的地方 ,短路的地方用小刀刮掉 ,斷路 的地方用油筆修補(bǔ) . 圖 顯像完成 第五步 :蝕刻電路板 將三氯化鐵放入塑料盆中 (注 :不能用金屬盆 ),按 250g 三氯化鐵配1500cc2021cc 的水進(jìn)行調(diào)配 ,用熱水可加快蝕刻速度 ,節(jié)約時(shí)間 .待三氯化鐵充分溶于水中后即可將已顯影的電路板放入盆中進(jìn)行蝕刻 ,蝕刻的過(guò)程當(dāng)中不停晃動(dòng)盆子 ,使蝕刻均勻并可加快蝕刻速度 . 23 圖 腐蝕 大約十幾分鐘即可完成蝕刻過(guò)程 ,蝕刻完成后將電路板取出用水輕輕沖洗即可 . 圖 蝕刻好的板子 最后一 步 :鉆孔 用小手電鉆對(duì)零件孔或需要鉆孔的地方進(jìn)行鉆孔 ,鉆孔后的電路板就可以進(jìn)行零件裝配焊接了 .感光板可以直接焊接 ,綠色的感光膜不必去除 ,如需去除可用酒精或天那水等進(jìn)行擦洗。 24 圖 進(jìn)行鉆孔工作 至此全部的工作均已完成 。 電子元器件的焊接 根據(jù)印制電路板的排版，將所需要的電子元件焊接上去。每一個(gè)即將要焊接到印制電路板上的元件，都要經(jīng)過(guò)萬(wàn)用表的測(cè)試，確認(rèn)各元件沒(méi)有被損壞、能正常工作。 在焊接過(guò)程中，不斷的用萬(wàn)用表檢測(cè)線路之間的連接是否出現(xiàn)開路， 器件間的引腳是否短路，器件的焊接是否堅(jiān)固 ，同時(shí)注意焊接的美觀性。 以上工作一定要細(xì)致的完成，否則將會(huì)給后面的調(diào)試造成極大地麻煩。 接下來(lái)就是檢測(cè)電路板的整體性能。這個(gè)過(guò)程需要比較長(zhǎng)的時(shí)間，通過(guò)不斷地測(cè)試，不斷的改進(jìn)，使電路板達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。 25 5 程序代碼的編寫 LED 顯示流程 發(fā)光二極管的陣列為五行六列，我將用程序來(lái) 設(shè)計(jì) 各個(gè) LED 燈的亮滅 情況 。主 要是通過(guò) P2 口對(duì)應(yīng)引腳的電平變化來(lái)控制其 工作的流程。 LED 連接圖見圖 圖 LED連接方式 其中， L0 到 L5 接 74HC07 后分別接單片機(jī) I/O 口的 至 引腳。我的設(shè)計(jì)是： （ 1） L0、 L5 所在的支路亮 1秒鐘，之后 L0、 L5 滅 ；同時(shí)， L L4 被點(diǎn)亮， 1秒鐘后， L L4 滅；同時(shí) L L3 被點(diǎn)亮， 1 秒鐘后， L L3以 秒的間隔相繼亮滅 10 次。 （ 2） 之后， L L3 滅，同時(shí)， L L4 被點(diǎn)亮， 1 秒鐘后， L L4 熄滅；同時(shí)L0、 L5 被點(diǎn)亮 ， 1秒鐘之后， L0、 L5熄滅。 （ 3） 之后，所有的發(fā)光二極管以 秒鐘的間隔 同時(shí)被點(diǎn)亮和熄滅 10次。 （ 4） 不斷循環(huán)以上流程。 例程： void LED() { uchar i。 if(k==0) { while(1) { doime()。 l0=0。 l5=0。 26 delay(1000)。 l0=1。 l5=1。 delay