【正文】 要從 0到 100%調(diào)節(jié)光的亮度，而且經(jīng)常要有很高的精度。使用脈沖寬度調(diào)制（ PWM）來設(shè)置周期和占空度（圖 1）可能是最簡單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法，并且 Buck 調(diào)節(jié)器拓?fù)渫軌蛱峁┮粋€(gè)最好的性能。 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 21 附錄 1： 電路原理圖 .......................................................................................... 22 附錄 2： 元器件清單及型號(hào) .............................................................................. 24 附錄 3：單片機(jī)內(nèi)部程序正文 .......................................................................... 24 附錄 4：實(shí)物成果圖 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。利用脈沖寬度調(diào)變 (PWM)來設(shè)定循環(huán)和工作周期可能是實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的最簡單的方法，原因是相同的技術(shù)可以用來控制大部分的開關(guān)轉(zhuǎn)換器。 無論 LED 是經(jīng)由降壓、升壓、降壓 /升壓或線性穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)，連接每一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路最常見的線程就是 需 要控制光的輸出。 因此，利用單片機(jī)輸出 PWM 信號(hào)，能對(duì) LED 進(jìn)行精準(zhǔn)，快速，有效地亮度調(diào)節(jié)。 單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。它是在一塊芯片上集成（嵌入）了 CPU、 RAM 和 ROM存儲(chǔ)器、 I／ O接口等而構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的核心是中央處理器 CPU。微處理器、微控制器和微型計(jì)算機(jī)三者的關(guān)系十分密切。各電氣廠商、機(jī)電行業(yè)和測控企業(yè)都把單片機(jī)作為本部門產(chǎn)品更新?lián)Q代、產(chǎn)品智能化的重要工具。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件 ——存儲(chǔ)器中。程序通常是順序執(zhí)行的，所以程序中的指令也是一條條順序存放的，單片機(jī)在執(zhí)行程序時(shí)要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行，必須有一個(gè)部件能追蹤指令所在的地址，這一部件就是程序計(jì)數(shù)器 PC（包含在 CPU 中），在 開始執(zhí)行程序時(shí)，給 PC賦以程序中第一條指令所在的地址，然后取得每一條要執(zhí)行的命令， PC 在中的內(nèi)容就會(huì)自動(dòng)增加，增加量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。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。 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。 PWM 調(diào)光是一種利用簡單的數(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)。 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 。 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。 PWM 調(diào)光可以是分檔的，也可以是無級(jí)的。應(yīng)用者的 系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡單地實(shí)現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光 LED 的亮度。多數(shù)廠商的驅(qū)動(dòng)器都支持 PWM 調(diào)光。 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基于單片機(jī)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。 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)。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。 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。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）是屬于數(shù)字調(diào)光的方法。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)白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會(huì)改變。 PWM調(diào)光也可以提高輸出電流精度。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。因?yàn)?PWM是保證 CCT 和顏色情況下測定電流（光強(qiáng)），模擬調(diào)光則是不存在這個(gè)前提。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。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。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。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。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)。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）。 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。 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。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 7～ 75mA(驅(qū)動(dòng)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(gè)值才能繼續(xù)導(dǎo)通，否則會(huì)自行關(guān)斷。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。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?，輸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。當(dāng)可控硅導(dǎo)通角較小時(shí)，由于此時(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。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。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)白光 LED來說，其相關(guān)顏色溫度（ CCT）會(huì)改 變。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測的。低電流的時(shí)候，磷光占主導(dǎo)，光趨近于黃色。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。 基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 8 3 電路設(shè)計(jì) 電路設(shè)計(jì)流程圖 圖 31 電路設(shè)計(jì)流程圖 主控元件與功能模塊介紹 按鍵功能設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用一個(gè)自鎖開關(guān)，三個(gè)按鍵開關(guān)作為控制系統(tǒng)的按鈕。按鍵開關(guān)一為復(fù)位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)LED 任何時(shí)候的導(dǎo)通與關(guān)閉，當(dāng)再次按下復(fù)位開關(guān)，點(diǎn)亮 LED 的亮度為默認(rèn)按下復(fù)位開關(guān)關(guān)閉 LED 時(shí)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)。 主控元件單片機(jī) 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(chǔ)器。具有以下標(biāo)準(zhǔn)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(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 9 止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。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。 P0 口： P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的 第八位。 P1口： P1 口是一個(gè)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。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。并因此作為輸入時(shí)， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 P2口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 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(jì)時(shí)器 0外部輸入） T1（計(jì)時(shí)器 1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） RST：復(fù)位輸入。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 地位字節(jié)。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器基于單片機(jī)的 PWM 調(diào)光 11 周期 兩 /PSEN 有效。 /EA / VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 電源的選擇與連接 選用 USB 供電，由于從 USB 的 4 號(hào)引腳出來的是 +5V 的直流電