【導(dǎo)讀】隨著能源危機(jī)的加劇，綠色高效的照明系統(tǒng)得到了人們的廣泛重視。替代傳統(tǒng)的低效照明電光源，節(jié)約照明用電。冷光源LED以其高效率、低功耗、低。的熱照明方案成為新一代照明光源。因此，研究針對冷光源LED驅(qū)動(dòng)電路的研究設(shè)。計(jì)有很重要的意義。本文基于高性能、低功耗的8位AVR微處理器研究冷光源照明技術(shù)?？赏高^調(diào)整參考輸入電流來任意設(shè)定輸出電流的大小。微調(diào)或使能偏壓電壓?？尚Ｕ齃ED間的亮度不一或?qū)崿F(xiàn)多顆LED間整體亮度同時(shí)調(diào)整。代輸出電流小于360mA的所有線性及電容降壓式非隔離電源。的電源相等，但性能更好、效率更高。采用AD590溫度檢測，適用于150℃以下、目前采用傳統(tǒng)電氣溫度傳感器的任何溫度檢測應(yīng)用。低成本的單芯片集成電路及無。需支持電路的特點(diǎn)，使它成為許多溫度測量應(yīng)用的一種很有吸引力的備選方案。用AD590時(shí)，無需線性化電路、精密電壓放大器、電阻測量電路和冷結(jié)補(bǔ)償。

　　

【正文】 線性工作范圍進(jìn)入非線性區(qū)，理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)有兩個(gè)特點(diǎn)： (1)當(dāng) UU??? ， 輸出電壓等于運(yùn)放的正向最大輸出電壓；當(dāng) UU??? ，輸出電 壓等于運(yùn)放的反向最大輸出電壓。 (2)在非線性區(qū)，雖然運(yùn)放的兩個(gè)輸入端電壓不同，但理想運(yùn)放的差模輸入電阻idR ?? 依然存在，因此運(yùn)放的同相輸入 端和反向輸入端的電流都等于零， “ 虛斷 ”的特點(diǎn)依然存在。 功率 MOSFET 場效應(yīng)管根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管 (JFET， Junction Gate Field Effect Transistor)和 絕緣柵型場效應(yīng)管 (MOS 場效應(yīng)晶體管或 MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)。 MOS 場效應(yīng)晶體管的柵一源間電阻比結(jié)型效應(yīng)管大得多，可達(dá) 1010 Ω ，而且它比結(jié)型場效應(yīng)管溫度穩(wěn)定性好。 當(dāng) MOS 管工作在恒流區(qū)時(shí)，管子的耗散功率主要消耗在漏極一端的夾斷區(qū)上， 并且由于漏極所連接的區(qū)域不大，無法散發(fā)很多的熱量，所以 MOS 管不能承受較大 20 功率。功率場效應(yīng)管從結(jié)構(gòu)上較好地解決了散熱問題，可制成大功 率管。功率場效應(yīng)管因其存在 v 型槽而得名，習(xí)慣上稱為 VMOS 場效應(yīng)管 (VMOSFET)或 VMOS 管。 VMOS管的漏區(qū)散熱面積大，便于安裝散熱器，耗散功率最大可達(dá)千瓦以上；漏一源擊穿電壓高；上限工作頻率高；當(dāng)漏極電流大于某值時(shí)， DI 與 GSU 基本成線性關(guān)系；其他優(yōu)點(diǎn)還有：高輸入阻抗 ( 810? )、 低驅(qū)動(dòng)電流 ( A)、高耐壓 (最高 1200V)、大工作電流 (—— 100A)、高輸出功率 (1—— 250W)、跨導(dǎo)線性好、開關(guān)速度快等。 此外， VMOS 管還具有負(fù)的電流溫度系數(shù)，即在柵一源電壓不變的情況下，導(dǎo)通電流會(huì)隨管溫升高而減小，因此不存在由于“二次擊穿’’所引起的管子損壞現(xiàn)象，因此 VMOS 管在電壓放大器、功率放大器、開關(guān)電源和逆變器等中獲得廣泛應(yīng)用。VMOS 管工作在恒流區(qū)時(shí)，利用柵一源之間所加電壓 GSU 所產(chǎn)生的電場來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制多子漂移運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的漏極電流 DI ，此時(shí)將 DI 看成電壓 GSU 控 制的電流源，轉(zhuǎn)移特性曲線描述了這種控制關(guān)系，輸出特性曲線描述 GSU 、 DSU 與 DI三者之間的關(guān)系。 N溝道增強(qiáng)型 VMOS 管的轉(zhuǎn)移特性曲線、輸出特性曲線分別如圖27(a)、 27(b)所示： IDU G S0 IDU G S01234 圖 27（ a） 轉(zhuǎn)移特性曲線 圖 27（ b）輸出特性曲線 21 本章小結(jié) 本章主要 論述了冷光源照明系統(tǒng)的基本特征以及電路原理。 LED 的基本特征：LED 的伏安特性，光特性和熱特性。 LED 的連接方式：串聯(lián)連接，并聯(lián)連接，先串聯(lián)后并聯(lián)的連接方式和先并聯(lián)后串聯(lián)的連接方式。整流電路的種類， 按整流元件的類型，分二極管整流和可控硅整流；按交流電源的相數(shù)，分單相和多相整流；按流過負(fù)載的電流波形，分半 波和全波整流；按輸出電壓相對于電源變壓器次級(jí)電壓的倍數(shù)，又分一倍壓、二倍壓及多倍壓整流 。 22 第 3 章 冷光源照明系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 冷光源照明系統(tǒng) 電源電路驅(qū)動(dòng)電路檢 測 電 路鍵 盤 、 顯 示 電 路L E D照 明 燈控 制 電 路 圖 31 照明系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 冷光源照明系統(tǒng)包括 :控制電路 ,驅(qū)動(dòng)電路 ,檢測電路 ,按鍵顯示電路 ,電源電路 ,復(fù)位電路 ,編程調(diào)試電路和報(bào)警電路。 23 控制電路 控制芯片 ATmega16L ATmega16L 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 L的數(shù)據(jù)吞吐率 1MIPS/MHz， 從而可以減緩系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 ATmega16L AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和 32 個(gè)通用工作寄存器。所有的寄存器都直接與運(yùn)算邏單元 (ALU) 相連接，使得一條指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普 通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 ATmega16L 的 PB3 引腳與驅(qū)動(dòng)電路的輸出電流 使能端相連接，控制驅(qū)動(dòng)電路的電流導(dǎo)通。 PA0 引腳與驅(qū)動(dòng)電路的橫流輸出端相連接，輸出恒定電流。 復(fù)位電路接于 RESET 引腳，晶振電路接于 XTAL 引腳 ， AREF 引腳接 A/D 轉(zhuǎn)換濾波電路， PB( 7)接 ISP 下載接口， TCK、 TMS、 TDO、 TDI 接口為 JTAG 仿真接口。 控制電路包括控制芯片 ATmega16L，復(fù)位電路，編程調(diào)試芯片，振蕩電路，報(bào)警電路。控制電路如圖 32所示： 24 VCCADC0INT0PC1PC0PB51PB62PB73RESET4VCC5GND6XTAL27XTAL18PD09PD110PD211PC4(TDO)23PC5(TDI)24PC625PC726AVCC27GND28AREF29PA730PA631PA532PA433VCC17GND18PC0(SCL)19PC1(SDA)20PC2(TCK)21PC3(TMS)22PD716PD615PD514PD413PD312GND39VCC38PA0(ADC0)37PA136PA235PA3(ADC3)34PB040PB141PB242PB3(AIN1/OC0)43PB444ATMEGA16LPNPADC1AIN1/OC0TCK TMSTDITDOBeep 圖 32 控制電路 ATmega16L 有如下特點(diǎn) : 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時(shí)讀 寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個(gè)通用 I/O 口線， 32 個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行 USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8 路 10 位具有可選差分輸入級(jí)可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編 程 看門狗定時(shí)器 ，一個(gè) SPI 串行端口，以及六個(gè)可以通過 軟件 進(jìn)行選擇的省電模式。 25 工作于空閑模式時(shí) CPU 停止工作，而 USART、兩線接口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 SRAM、T/C、 SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了 中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止 CPU 和除了異步定時(shí)器與 ADC 以外所有 I/O 模塊的工作，以降低 ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn) 行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有 快速啟動(dòng) 能力；擴(kuò)展 Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。 ATmega16L 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 33 所示： 圖 33 ATmega16L 內(nèi)部結(jié) 構(gòu)框圖 26 ATmega16L 芯片特性 高性能、低功耗的 8 位 AVR 微處理器： 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu) ； 131 條指令 ； 大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為單個(gè)時(shí)鐘周期 ； 32個(gè) 8位通用工作寄存器 ； 全靜態(tài)工作 ； 工作于 16MHz 時(shí)性能高達(dá) 16MIPS； 只需兩 個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器 ； 非易失性程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ； 16K 字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，擦寫壽命 : 10000 次 ； 具有獨(dú)立鎖定位的可選 Boot 代碼區(qū)，通過片上 Boot程序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，真正的同時(shí)讀寫操作 ； 512 字節(jié)的 EEPROM，擦寫壽命 : 100000次 ； 1K字節(jié)的片內(nèi) SRAM； 可以對鎖定位進(jìn)行編程以實(shí)現(xiàn)用戶程序的加密 ； JTAG 接口 ( 與 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)兼容 )； 符合 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能 ； 支持?jǐn)U展的片內(nèi)調(diào)試功能 ； 通過 JTAG 接口實(shí)現(xiàn)對 Flash、 EEPROM、熔絲位和鎖定位的編程 。 外設(shè)特點(diǎn) ： 兩個(gè)具有獨(dú)立預(yù)分頻器和比較器功能的 8 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 一個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 具有獨(dú)立振蕩器的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器RTC； 四通道 PWM ； 8 路 10 位 ADC， 8個(gè)單端通道， 2個(gè)具有可編程增益（ 1x, 10x, 或 200x）的差分通道 ； 面向字節(jié)的兩線接口 ； 兩個(gè)可編程的串行 USART； 可工作于主機(jī) / 從機(jī)模式的 SPI 串行接口 ； 具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器 ；片內(nèi)模擬比較器 。 工作電壓： 。 速度等級(jí) ： 8MHz ATmega16L。 ATmega16L 在 1MHz, 3V, 25℃ 時(shí)的功耗 正常模式 ： mA ； 空閑模式 ： mA； 電模式 ： 1 μ A。 控制 電路 的 外圍電路 編程調(diào)試電路 ： 用于 CPU 的程序?qū)懭?、調(diào)試 。 JTAG(Joint Test Action Group。聯(lián)合測試行動(dòng)小組 )是一種國際標(biāo)準(zhǔn)測試協(xié)議（ IEEE 兼容），主要用于芯片內(nèi)部測試。 27 TCK—— 測試時(shí)鐘輸入； TDI—— 測試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 輸入 JTAG 口； TDO—— 測試數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)通過 TDO 從 JTAG 口輸出； TMS—— 測試模式選擇， TMS 用來設(shè)置 JTAG 口處于某種特定的測試模式。 RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XTAL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入 端。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC AVCC 是端口 A 與 A/D 轉(zhuǎn)換器的電源。不使用 ADC 時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC 連接。使用 ADC 時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與 VCC 連接。 AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 編程調(diào)試電路電路如圖 34 所示： 10KR51 23 45 67 89 10J2JTAGTCKTDOTMSVCCTDI GNDRESETVCCGND10KR610KR710KR8JP1 JP2 JP3 JP4VCCTDI TDO TMS 圖 34 編程調(diào)試電路 振蕩 電路： 時(shí)鐘振蕩產(chǎn) 生了序列脈沖