【正文】 電源電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中電源部分采用線性電源，所接電源為 220V交流市電。在設(shè)計(jì)時(shí) P0 口作輸出時(shí)，設(shè)計(jì)為集電極開(kāi)路輸出，因此本設(shè)計(jì)作為液晶的數(shù)據(jù)端口， P0 口輸出增加上拉電 R2 將 P0 口輸出上拉至 VCC。圖中單片機(jī)的 P0 口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)端口。GND1VCC2VO3RS4R/W5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1GNDVCC10KR1Res TapGNDVCCGNDRSRWEN 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 由于 液晶顯示以及程序設(shè)計(jì)靈活，可以省去數(shù)碼管顯示的繁瑣操作 [4]。其中，電位器 R1用來(lái)調(diào)節(jié) LCD1602的背光亮度，輸入到 LCD1602 的 V0 端電壓越大， LCD1602 的背光越亮。 15 腳背光正極， 16 腳背光負(fù)極。 第 7～ 14 腳： D0～ D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)端 。 第 5 腳： RW 為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平 (1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平 (0)時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，其中： 第 1 腳： VSS 為 電源地 第 2 腳： VCC 接 5V電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì) 產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè) 10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度）。 1602 是指顯示的內(nèi)容為 16 2,即可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。（ 16 列 2 行） 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶 模塊。通過(guò)讀出按鍵的電平信號(hào)而執(zhí)行相應(yīng)的程序完成人機(jī)交互的目的。當(dāng)有按鍵按下時(shí)單片機(jī)的輸入端迅速和地短接 ，輸入電平迅速拉低為低電平。首先把按鍵輸入單片機(jī)端口設(shè)置為輸入模式，只需要讀取單片機(jī) I/O 口，就可以獲得按鍵輸入到單片機(jī)的電平。本設(shè)計(jì)中每個(gè)按鍵一端接地，另一端通過(guò)一個(gè)上拉電阻接到 VCC 上。 圖 控制單元模塊 人機(jī)交互模塊 其中人機(jī)交互模塊包括按鍵設(shè)定電路和 LCD1602 顯示電路。由于 51 單片機(jī) P0 口輸出為集電極開(kāi)路門(mén)輸出形式，對(duì)輸出高電平需要增加上拉電阻將高電平上拉到VCC。為了方便起振，起振電容選用 22pF。配合兩個(gè)起振電容 C2,C3?？刂破鞑捎?STC89C52，為普通 8051 的內(nèi)核架構(gòu)。本章將分五大部分來(lái)介紹本系統(tǒng)硬件電路，分別為控制單元模塊、人機(jī)交互模塊、電源電路、 LED 驅(qū)動(dòng)電路，最后對(duì)所用控制器做相應(yīng)的介紹。 安康學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 6 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 通 過(guò)第 二 章，本文完成了系統(tǒng)的方案比較與整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用方案二用于 LED 驅(qū)動(dòng)電路。 方案二：采用三級(jí)管放大電路驅(qū)動(dòng)。此類(lèi)芯片自帶 LED 限流保護(hù)等功能可同時(shí)驅(qū)動(dòng)多路 LED。根據(jù)本設(shè)計(jì)需求， LED 驅(qū)動(dòng)電路可以有如下幾種方案。當(dāng)電流過(guò)大時(shí) LED 半導(dǎo)體 PN 結(jié)結(jié)溫就會(huì)升高，若溫度不能散去， LED 就會(huì)因?yàn)檫^(guò)熱而 燒毀 [2]。 LED 驅(qū)動(dòng)電路方案比較 本設(shè)計(jì)需要驅(qū)動(dòng)六路 LED 燈發(fā)光。通過(guò)將 LCD1602 接口連接到控制器 I/O 端，控制器將需要顯示的內(nèi)容發(fā)送到液晶屏，液晶即可將數(shù)據(jù)顯示出來(lái)，并保存當(dāng)前顯示狀態(tài)。它由若干個(gè) 5 7 或者 5 11 等 點(diǎn)陣 字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。根據(jù)任務(wù)要求，采用 LCD1602 顯示， 1602為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 32 個(gè)字符。該方案需要占用大量的軟件資源，同時(shí)人機(jī)交互界面不友好。 該方案硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但由于數(shù)碼管存在只能顯示數(shù)字，不能顯示字符的缺點(diǎn)，同時(shí)由于每個(gè)數(shù)碼管需要 8 位控制端口控制，占用控制器 I/O資源。 顯示器方案 比較 方案一：數(shù)碼管顯示。 綜合以上方案對(duì)比，本設(shè)計(jì)選用方案二作為 PWM 產(chǎn)生方案。 該方案下，由于軟件設(shè)計(jì)的靈活性，可以根據(jù)用戶(hù)的需求，很方便的產(chǎn)生多路 PWM 信號(hào)。目前很多微控制器都帶有硬件定時(shí)器，在一些高檔的控制器中，其內(nèi)部集成了硬件 PWM 單元可以直接輸出 PWM 信號(hào)。 安康學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 4 但由于本設(shè)計(jì)中需要對(duì)六路 LED 分別進(jìn)行獨(dú)立的調(diào)節(jié)，該類(lèi)芯片只能輸出一路或兩路互補(bǔ) /對(duì)偶輸出 PWM 信號(hào)，要完成本設(shè)計(jì)的任務(wù)需求需要6 路控制器。由于該類(lèi)芯片內(nèi)部自帶比較電路，因此將該類(lèi)芯片配合外部振蕩電路和參考電壓電路，即可實(shí)現(xiàn) PWM 輸出。通過(guò)程序設(shè)計(jì)利用控制器的 I/O 端口作為 PWM 輸出端實(shí)現(xiàn)多路 PWM的實(shí)現(xiàn)。人機(jī)交互模塊選用 LCD1602液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)，獨(dú)立鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備。本設(shè)計(jì)硬件電路結(jié)構(gòu)分為如下 5 大部分，分別是控制器、鍵盤(pán)、 LCD1602 液晶顯示器、LED 驅(qū)動(dòng)電路、以及六路 LED。 （ 4）人機(jī)界面友好。 （ 2）該發(fā)生器具有 LED 驅(qū)動(dòng)電路 ,能驅(qū)動(dòng) LED 燈 。用以驅(qū)動(dòng) 6 路 LED 等以及對(duì) LED 燈光進(jìn)行調(diào)節(jié)。 最后，對(duì)文章進(jìn)行了總結(jié)與展望 。 第四部分，完成系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 第二部分，研究 PWM 發(fā)生器以及 LED 驅(qū)動(dòng)的原理，完成基于微處理器的多路 PWM 發(fā)生器的設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì)。本文將詳細(xì)闡述和分析該P(yáng)WM 發(fā)生器的原理和設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分為控制器模塊，人機(jī)交互模塊， LED 驅(qū)動(dòng)模塊等三大電路模塊，其中控制器選用 8 位微控制器 STC89C52。 本文主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 針對(duì)以上背景，本文設(shè)計(jì)基于微處理器的多路 PWM 發(fā)生器用于多路LED 照明控制。在很多場(chǎng)合，特別是舞臺(tái)等場(chǎng)合需要多路照明燈具亮度協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，大型 LED 屏幕的色彩變化調(diào)節(jié)等，傳統(tǒng)的集成 LED 驅(qū)動(dòng) IC 都難以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)。有很多公司生產(chǎn)出了專(zhuān)門(mén)的 LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)備等，用于工廠照明，商場(chǎng)，建筑照明的應(yīng)用，以及舞臺(tái)裝潢等。國(guó)內(nèi)很多高校公司和科研機(jī)構(gòu)也做了很多關(guān)于LED 驅(qū)動(dòng)照明的研究。 安康學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外有很多科研機(jī)構(gòu)和公司在做關(guān)于 LED 照明技術(shù)的研究，很多半導(dǎo)體公司成立了專(zhuān)門(mén)的 LED 驅(qū)動(dòng)器、控制器的研發(fā)機(jī)構(gòu)。第 三，白熾燈每 1000 小時(shí)就需要更換，而熒光燈可持續(xù)使用 1 萬(wàn)小時(shí)，相比之下， LED 的壽命超過(guò) 10 萬(wàn)小時(shí)。其次，今天的世界非常關(guān)注環(huán)境，而 LED 照明不需要像熒光燈那樣處理或清除有毒水銀蒸氣，也沒(méi)有泄露有毒水銀蒸氣的風(fēng)險(xiǎn)。 LED 產(chǎn)生光的效率比白熾燈、熒光燈、高壓鈉燈 (HPS)高很多，因此極大地降低了提供所需光輸出 (以流明量度 )需要的電能。 根據(jù)一些計(jì)算，從傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈轉(zhuǎn)換成 LED 照明可以使目前全球所需總電能節(jié)省高達(dá) 10%。到 2020 年，高亮度 (HB)白光 LED 通用照明市場(chǎng)預(yù)計(jì)將超過(guò) 50 億美元，對(duì)應(yīng)從 2020 年到 2020 年的年復(fù)合增長(zhǎng)率 (CAGR)為 28%。白光 LED 照明 增長(zhǎng)的新驅(qū)動(dòng)力相當(dāng)簡(jiǎn)單：更低的能耗和低得多的電費(fèi)。在很多家庭、機(jī)構(gòu)、政府和工業(yè)應(yīng)用中，高亮度 (HB)白光 LED(發(fā)光二極管 )正在迅速取代白熾燈照明。 研究背景與意義 當(dāng)前，隨著材料科學(xué) 、 計(jì)算機(jī)科學(xué) 、 現(xiàn)代電力電子技術(shù)等科學(xué)的進(jìn)步和融合。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， PWM 制技術(shù)被大量應(yīng)用于電力驅(qū)動(dòng)和控制領(lǐng)域。 STC89C52 MCU 目錄 目 錄 第一章 緒 論 ......................................................................................................... 1 引言 .......................................................................................................... 1 研究背景與意義 ............................................................................. 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 及分析 ................................................................... 2 本文主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .................................................................................. 2 第二章 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì) ...................................................................................... 3 系統(tǒng)需求分析 ............................................................................................ 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) ............................................................................................. 3 系統(tǒng)方案選擇 ............................................................................................. 3 PWM方案比較 ................................................................................. 3 顯示器方案比較 ............................................................................... 4 LED驅(qū)動(dòng)電路方案比 較 ..................................................................... 4 第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................................................................... 6 控制單元模塊 ............................................................................................ 6 人機(jī)交互模塊 ............................................................................................ 6 按鍵設(shè)定電路 .................................................................................. 6 LCD1602顯示電路 ........................................................................... 7 電源電路設(shè)計(jì) ............................................................................................. 9 LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) ..................................................................................... 9 單片機(jī)介紹 .............................................................................................. 10 中斷系統(tǒng)介紹 ................................................................................. 12 定時(shí)器介紹 ..................................................................................... 13 系統(tǒng)元件清單 ........................................................................................... 13 第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................