【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由本條指令長度決定， 可能是 2 或 3。以指向下一條指令的起始地址， 保證指令順 序執(zhí)行。 第 2 章 PWM 調(diào)光原理簡(jiǎn)介 調(diào)節(jié) LED 亮度 原理 脈沖寬度調(diào)節(jié) PWM 是脈沖寬度調(diào)制的英文縮寫 指 一個(gè)周期中亮燈時(shí)間所占的比例。這個(gè)周期很短或說頻率很高 ， 至少要高過人眼感光的反應(yīng)速度 。 PWM 調(diào)光就是通過調(diào)整燈亮的時(shí)間與燈滅時(shí)間的比例來調(diào)整平均感觀亮度的方法。在微小的時(shí)間片里 ，燈要么是 全開、要么是全關(guān) ， 沒有半開的中間狀態(tài)。 PWM 調(diào)光可以是分檔的 ， 也可以是無級(jí)的 。 PWM Dimming(脈寬調(diào)制 )調(diào)光方式 —— 這是一種利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖 ， 反復(fù)開關(guān)白光 LED 驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖 ，即可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)改變輸出電流， 從而調(diào)節(jié)白光 LED 的亮度。 PWM 調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供高質(zhì)量的白光 以及應(yīng)用簡(jiǎn)單，效率高。例如在手機(jī)的系統(tǒng)中， 利用一個(gè)專用 PWM 接口可以簡(jiǎn)單的產(chǎn)生任 意占空比的脈沖信號(hào) ， 該信號(hào)通過一個(gè)電阻 連接到驅(qū)動(dòng)器的 EN接口。多數(shù)廠商的驅(qū)動(dòng)器都支持 PWM 調(diào)光。采樣控制理論中有一個(gè)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(shí) ， 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(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控 制 ， 使輸 出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖 ， 用這些脈 沖來代替所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)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(jì) 80 年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。知道進(jìn)入 20 世紀(jì) 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(dòng)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(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 LED 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) 我們知道用一個(gè)按鍵開關(guān)來控制放光二極管的亮滅。 能很明顯看到它亮、暗的變化。試想一 下 ，假如用一個(gè)開、關(guān)頻率很高的按鍵開 關(guān)來控制發(fā)光二級(jí)管的亮、滅 。由于人的視覺有 1/24 秒左右的視覺停留 當(dāng)這個(gè)頻率高于人的分辨能力，我們就會(huì)看到發(fā)光二級(jí)管一直亮著的錯(cuò)覺。故而 ，我們控制這個(gè)頻率的高低，就能達(dá)到調(diào)光的目的。這種 調(diào)光技術(shù)利用的是數(shù)字脈沖來實(shí)現(xiàn)的 是一種有效精準(zhǔn)快速的調(diào)光手段。 然而，現(xiàn) 實(shí)中這種開關(guān)并非 存在 ，而只是一種理想化的東西。但是如果利用單片機(jī)輸出高頻脈沖就能達(dá)到同樣的效果。 PWM 調(diào)光是一種利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖 ，反復(fù)開關(guān)白光 LED 驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖 ，即可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光 LED 的亮度。 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?？梢院芎?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 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 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 樣就會(huì)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(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 775mA(驅(qū)動(dòng)電流則是 7100mA)，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?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) 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。 LED 光源 介紹 LED 燈 簡(jiǎn)介與顯示 原理 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) 一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于 1960 年。 LED 是英文 light emitting diode LED 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，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)氧樹脂密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。 LED結(jié)構(gòu)圖如下圖 221所示 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導(dǎo)體和 n型半導(dǎo)體組成的晶片，在 p 型半導(dǎo)體和 n 型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為 pn 結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的 PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。 PN 結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從 LED 陽極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有 關(guān)。 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約 5伏。它的正向伏安特性曲線很陡 ，使用時(shí)必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。 限流電阻 R可用下式計(jì)算： R=（ EUF）/IF 式中 E為電源電壓 ， UF 為 LED 的正向壓降 ， IF 為 LED 的一般工作電流。發(fā)光二極管的兩根引線中較長的一根為正極 ，應(yīng)接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩根引線一樣長，但 管殼上有一凸起的小舌 ，靠近小舌的引線是正極。與小白熾燈泡和氖燈相比，發(fā)光二級(jí)管的特點(diǎn)是：工作 電壓很低 （有的僅一點(diǎn)幾伏）；工作電流很小（有的僅零點(diǎn)幾毫安即可發(fā)光）；抗沖擊和抗震性能好，可 靠性高 ，壽命 長；通過調(diào)制通過的電流強(qiáng)弱可以方便地調(diào)制發(fā)光的強(qiáng)弱。由于有這些特點(diǎn)，發(fā)光二極管在 一些光電控制設(shè)備中用作光源 ，在許多電子設(shè)備中用作信號(hào)顯示器。把它的管心做成條狀，用 7 條條狀的發(fā)光管組成 7 段式半導(dǎo)體數(shù)碼管 ，每個(gè)數(shù)碼管可顯示 09十個(gè)數(shù)目字。 221LED 實(shí)物圖 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。 第 3 章 電路設(shè)計(jì) 及 功能模塊介紹 電路設(shè)計(jì)流程圖 圖 31電路設(shè)計(jì)流程圖 功能模塊介紹 本設(shè)計(jì)采用 兩個(gè)開關(guān) 作為控制系統(tǒng)的按鈕 。這兩個(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，長按則實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)， 實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)光。 BUCK電路介紹 BUCK 變換電路 為 降壓 電路其 原理圖如 下圖 所示 DC — +5V電源 +/控制按鍵 單片機(jī) BUCK 變換 電路 LED 發(fā)光二極管 ADC 0832 數(shù)碼顯示 圖 322BUCK 電路原理圖 如下圖所示 為降壓線路工作時(shí)的理想波形 圖 , sDTt??0 開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，輸出電感儲(chǔ)能，流過電感的電流線性增加，同時(shí)給負(fù)載提供能量； VVdtdiL g ?? ??????.(1) ss TtDT ?? 開關(guān)管關(guān)斷，輸出電感通過 diode 進(jìn)行續(xù)流，流過電感的電流線性減小。 VdtdiL ? ???????.(2) 依據(jù)電感伏秒平衡原理可得： ssg TDVDTVV )1()( ??? ?.(3) 由式 (3)可得： gVVD? ?????????.(4) CCM/DCM 區(qū)別及 BUCK 線路的邊界條件 開關(guān)轉(zhuǎn)換線路是否工作在 CCM或者 DCM,主要取決于流過電感電流是否連續(xù)，當(dāng)電感電流連續(xù)時(shí)，則開關(guān)轉(zhuǎn)換器工作于 CCM(current continuous mode)。當(dāng)電感電流不連續(xù)時(shí)，則開關(guān)轉(zhuǎn)換器工作于 DCM(current discontinuous mode)。 當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)換線路工作于 CCM/DCM 邊界，對(duì)于 buck 線路而言，即流過電感的電流紋波與輸出電流相等即： RVL TDV s ??2 )1( ???????????.(5) 由式 (5)可得邊界條件為 : RLfDK s21 ??? ???????????????(6) 即 : 當(dāng) RLfD s21 ?? 時(shí)， buck 變換器工作在 CCM 模式； 當(dāng) RLfD s21 ?? 時(shí)， buck 變換器工作在 DCM 模式； 當(dāng) RLfD s21 ?? 時(shí)， buck 變換器工作在 CCM/DCM 邊界； A0832芯片介紹 ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種八位分辨率，雙通道 A/D 裝換芯片。因?yàn)樗w積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高，所以深受客戶的歡迎。 ADC0832 具有以下特點(diǎn)： 8 位分辨率，雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換，輸入輸出電平與TTL/CMOS