【文章內(nèi)容簡介】 及 應(yīng)用簡單，效率高！例如在手機的系統(tǒng)中，利用一個專用 PWM接口可以簡單的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號，該信號通過一個電阻，連接到驅(qū)動器的 EN 接口。多數(shù)廠商的驅(qū)動器都支持 PWM 調(diào)光。 采樣控制理論中有一個重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上 時，其效果基本相同。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度基于單片機的 PWM 調(diào)光 5 不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在 20世紀 80 年代以前一直未能實現(xiàn)。知道進入 20 世紀 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)及其迅速發(fā)展， PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)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數(shù)法。對于 一般電機控制，采用第一種方法在控制電壓變化時濾波的實現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因為濾波頻率較低、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)計采用由單片機控制實現(xiàn)的脈沖計數(shù)法。 PWM 對于 LED 調(diào)光的優(yōu)勢 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)電路以相對于人眼識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?？梢院芎唵蔚膩韺崿F(xiàn)。但是由于 LED光的特性要隨著平均驅(qū)動電流而偏移。對于單色 LED 來說，其主波長會改變。對白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會改變。用 PWM調(diào)光則保證了 LED發(fā)出設(shè)計者需要的顏色。 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)光會降低輸出電流的精度。通常來說，相對于模擬調(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。因為 PWM是保證 CCT 和顏色情況下測定電流（光強），模擬調(diào)光則是不存在這個前提。如果要犧牲這個前提來考慮節(jié)能的話，需要實測數(shù)據(jù)。但我估計在實現(xiàn)同等照度的情況下， PWM會有優(yōu)勢。 LED 生產(chǎn)商在他們的產(chǎn)品電氣特性表中特 別制定了一個驅(qū)動電流，這樣就能保證只以這些特定驅(qū)動電流來產(chǎn)生的光波長或 PWM 調(diào)光保證了 LED 發(fā)出設(shè)計者需要的顏色，而光的強度另當別論。這種精細控制在 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 IC 的前景來看，模擬調(diào)光面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流基于單片機的 PWM 調(diào)光 6 精度。幾乎每個 LED 驅(qū)動都要用到某種串聯(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)動中的容差、偏移和延遲導(dǎo)致了一個相對固定的誤差。要在一個閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流就必須降低 VSNS.這樣就會反過來 降低輸出電流的精度，最終，輸出電流無法指定、控制或保證。通常來說，相對于模擬調(diào)光， PWM 調(diào)光可以提高精度，線性控制光輸出到更低級。 但是， PWM 調(diào)光有其劣勢。主要反映在： PWM 調(diào)光很容易使得白光 LED 的驅(qū)動電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲（ audible noise，或者 microphonic noise）。這個噪聲是如何產(chǎn)生？通常白光 LED 驅(qū)動器都屬于開關(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)動器的典型應(yīng)用中是不會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。 但是當驅(qū)動器進行 PWM 調(diào)光的時候，如果 PWM 信號的頻率正好落在 200Hz 到 20kHz 之間，白光 LED 驅(qū)動器周圍的電感和輸出電容就會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。所以設(shè)計時要避免使用 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)動器， LED 燈會產(chǎn)生閃爍，更不能實現(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)光器功率等級不同，維持電流一般是 7～ 75mA(驅(qū)動電流則是 7～ 100mA)，導(dǎo) 通后流過可控硅的電流必須要大于這個值才能繼續(xù)導(dǎo)通，否則會自行關(guān)斷。 (2)阻抗匹配問題。當可控硅導(dǎo)通后，可控硅和驅(qū)動電路的阻抗都發(fā)生變化，且驅(qū)動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)計電路時一般需要使用較小的差模濾波電容。 (3)沖擊電流問題。由于可控硅前沿斬波使得輸入電壓可能一直處于峰值附近，輸入濾波電容將承受大的沖擊電流，同時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)動器輸入端串接電阻來減小沖擊。 (4)導(dǎo)通角較小時 LED 會出 現(xiàn)閃爍。當可控硅導(dǎo)通角較小時，由于此時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。 基于單片機的 PWM 調(diào)光 7 LED 光源的特性 模擬調(diào)光通?？梢院芎唵蔚膩韺崿F(xiàn)。我們可以通過一個控制電壓來成比例地改變 LED 驅(qū)動的輸出。模擬調(diào)光不會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)計中要使用 PWM 調(diào)光，這是由于 LED 的一個基本性質(zhì)：發(fā)射光的特性要隨著平均驅(qū)動電流而偏移。 對于單色 LED來說，其主波長會改變。對白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會改 變。對于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍 LED 中幾納米波長的變化，特別是在光強也在變化的時候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測的。 大多數(shù) LED 包含一個發(fā)射藍光譜光子的區(qū)域，它透過一個磷面提供一個寬幅可見光。低電流的時候，磷光占主導(dǎo)，光趨近于黃色。高電流的時候， LED 藍光占主導(dǎo)，光呈現(xiàn)藍色，從而達到了一個高 LED 的時候，相鄰 LED的 CCT 的不同會很明顯也是不希望發(fā)生的。同樣延伸到光源應(yīng)用里，混合多個單色 LED 也會存在同樣的問題。當我們使用一個以上的光源的時候， LED中任何的差異都 會被察覺到。 基于單片機的 PWM 調(diào)光 8 3 電路設(shè)計 電路設(shè)計流程圖 圖 31 電路設(shè)計流程圖 主控元件與功能模塊介紹 按鍵功能設(shè)計 本設(shè)計采用一個自鎖開關(guān)，三個按鍵開關(guān)作為控制系統(tǒng)的按鈕。自鎖開關(guān)作為電源開關(guān)，實現(xiàn)為整個電路上電，斷電的功能。按鍵開關(guān)一為復(fù)位開關(guān)，實現(xiàn)LED 任何時候的導(dǎo)通與關(guān)閉，當再次按下復(fù)位開關(guān)，點亮 LED 的亮度為默認按下復(fù)位開關(guān)關(guān)閉 LED 時的亮度，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，長按則實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無級調(diào)光。 主控元件單片機 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。具有以下標準功能： 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 16 位定時 /計數(shù)器，一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。空 閑模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停基于單片機的 PWM 調(diào)光 9 止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 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 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的 第八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1口： P1 口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 基于單片機的 PWM 調(diào)光 10 P2口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫“ 1”時，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， 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口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 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（計時器 0外部輸入） T1（計時器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器基于單片機的 PWM 調(diào)光 11 周期兩 /PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。 /EA / VPP：當 /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTA