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学位论文-—基于单片机的数字pwm控制器设计与应用软件.doc
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基于单片机的数字 PWM 控制器设计与应用软件
摘 要
基于 C51 单片机和 PWM 对 LED 亮度进行调节, STC89C52 作为主控芯片,设
置了手动控制。在手动控制时,通过两个按键输出不同的 PWM 占空比对 LED 的电
流进行控制,从而实现了对光度的手动调节。51 单片机本身是没有 PWM 接口的,
本文是通过软件模拟 PWM 在一定的频率的方波中,调整高电平和低电平的占空比,
即可实现 LED 灯亮度控制。PWM 调节 LED 亮度是一种利用简单的数字脉冲反复开
关白光 LED 驱动器的调光技术。系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可
简单地实现改变输出电流从而调节白光 LED 的亮度。
不管用 Buck,Boost,Buck-Boost 还是线性调节器来驱动 LED。它们的共同思路都
是用驱动电路来控制光的输出。一些应用只是简单地来实现“开”和“关”地功
能,但是更多地应用需求是要基本从 0 到 100%调节光的亮度。而且经常要有很
高的精度。使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输
出的平均值,即数字调光。使用脉冲宽度调制 PWM 来设置周期和占空度,可能是
最简单的实现数字调光的方法,并且 Buck 调节器拓扑往往能够提供一个最好的
性能。
关键词 单片机,数字脉冲,占空比调节,驱动电路,LED 亮度调节
ABSTRA
Because C51SCM and PWM can regulate the brightness of the white light LED,
STC89C5 as the DSP set up the manual control. During the process of the manual
control, different PWM duty ratio output by two key regulate the electric current of
LED so as to realize the manual control of the luminosity. As a matter of fact,
C51SCM don’t have the interface. The control of the brightness of LED is realized by
the software which simulating the situation that PWM adjust the duty ratio of the high
level and the low level. PWM dimming is a technology which makes use of simple
digital pulse so as to switch white LED drive repeatedly.
For Buck, Boost, Buck-Boost or linear regulation to drive LED, their common
ideas are using drive circuit to control the output of light. Some applications only
achieve the “on” and “off” function simply. While more application demand that it
can regulate the brightness of light from 0 to 100% and often have very high precision.
Digital dimmer is the use of the switch circuit which works in a high frequency with
respect to human recognition capacity to change the average of the light output. The
use of pulse width modulation to set the cycle and duty ratio is probably the simplest
method to realize digital dimming and Buck regulator topology can often provide the
best performance.
KEY WORDS: SCM, digital pulse, duty-cycle correction, driver circuit, regulation of
LED brightness
目 录
前 言................................................................................................................................................4
第 1 章 单片机应用技术简介..........................................................................................................6
1.1 单片机的基础知识及发展趋势.........................................................................................6
1.2 单片机内部构成..................................................................................................................9
第 2 章 PWM 调光原理简介.......................................................................................................10
2.1PWM 调节 LED 亮度原理 ................................................................................................10
2.1.1 脉冲宽度调节........................................................................................................10
2.1.2 PWM 对于 LED 调光的优势 .............................................................................11
2.2 LED 光源介绍................................................................................................................13
2.2.1 LED 灯简介与显示原理........................................................................................13
2.2.2LED 光源的特性.....................................................................................................14
第 3 章 电路设计及功能模块介绍..............................................................................................16
3.1 电路设计流程图................................................................................................................16
3.2 功能模块介绍....................................................................................................................16
3.2.1 按键功能设计.........................................................................................................16
3.2.2 BUCK 电路介绍 ....................................................................................................16
3.2.3 A0832 芯片介绍.....................................................................................................19
3.2.4 电源的选择.............................................................................................................21
3.2.5 四位数码管介绍.....................................................................................................22
第 4 章 软件系统的设计与仿真....................................................................................................24
4.1 电路图的设计仿真...........................................................................................................24
4.1.1 单片机软件仿真系统 Proteus 介绍:...................................................................24
4.1.2 Proteus 仿真电路图................................................................................................25
4.2 软件设计及仿真...............................................................................................................26
4.2.1 Keil μVision2 开发环境介绍:..........................................................................26
4.2.2Keil 仿真图..............................................................................................................28
4.3 单片机内部程序的编写....................................................................................................29
第 5 章 实物装配与调试..............................................................................................................30
5.1 实物装配流程....................................................................................................................30
5.1.1 按照电路图(图 4-2-2)焊接组件......................................................................30
5.1.2 设计实物图见(附录一).....................................................................................30
5.2 试验中的调试结果见(附录二)....................................................................................30
5. 3 装配与调试中的问题.......................................................................................................30
总 结................................................................................................................................................31
致 谢..............................................................................................................................................32
参考文献..........................................................................................................................................33
附 录..............................................................................................................................................34
附录 1����电路焊接实物图...........................................................................................34
附录 2�试验中的调试结果...................................................................................................34
附录 3����单片机内部程序正文...................................................................................34
前 言
由于能源危机和温室效应的影响,人们对节能技术越来越关注。LED 照明
又称固态照明,作为继白炽灯、荧光灯后的第三代照明技术,具有环保、节能、
安全可靠的特点,固态光源及 LED 光源是被业界看好的未来十年替换传统照明
器具极具潜力的新型光源,代表照明技术的发展方向。发展新固态照明,不但是
照明领域的创新,而且符合当前政府提出的“低碳节能环保”的要求。
LED 照明就是以 LED(Light Emitting Diode)即发光二极管为光源的台灯,LED
是一种固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。LED 台灯是典型的绿色
照明光源产品,作为国家绿色照明推广使用的产品,具有广阔的应用前景。在实
际的应用中,发现 LED 灯在周边亮度大时依然以同一功率发光,存在电能浪费。
另外一方面,因为 LED 的发热量和电流存在正相关的关系,发热影响了 LED 的
寿命,所以在不必要的亮度下也减少了 LED 的寿命。然而,当 LED 在周边亮度
小时,LED 灯不能提供足够和恰当的光度,这样又影响了阅读,造成视觉疲劳。
所以亮度可调的 LED 灯对生产生活是很有实际意义的。
目前,针对 LED 亮度控制方面,主要的两种解决方案为线性调节 LED 的电
流(模拟调光)或在肉眼无法察觉的高频下,让驱动电流从 0 到目标电流值之间来
回切换(数字调光)。利用脉冲宽度调变(PWM)来设定循环和工作周期可能是实现
数字调光的最简单的方法,原因是相同的技术可以用来控制大部分的开关转换器。
方案一:利用单片机输出占空比可调的高频脉冲,来改变驱动电流从而精确
地调节 LED 亮度。即本论文所要介绍的调光方法(PWM 调光为尽量降低听到噪
声和辐射,高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹。
方案二:由于 LED 的亮度在一定范围内与电流成正比,LED 的模拟调光是
对 LED 的每个周期进行调整。简单地说,它是不断调整 LED 的电流大小来改变
亮度的,可以通过调整电流检测电阻 RSNS,或用模拟电压驱动 IC 的某个调光
功能引脚来完成。
无论 LED 是经由降压、升压、降压/升压或线性稳压器驱动,连接每一个驱
动电路最常见的线程就是需要控制光的输出。现今仅有很少数的应用只需要开和
关的简单功能,绝大多数都需要从 0-100%去微调亮度。
因此,利用单片机输出 PWM 信号,能对 LED 进行精准,快速,有效地亮
度调节。
利用单片机输出 PWM 信号,通过两个按键输出不同的 PWM 占空比对 LED
的电流进行控制,从而实现了对光度的手动调节。PWM 调节 LED 亮度是一种利
用简单的数字脉冲反复开关白光 LED 驱动器的调光技术。系统只需要提供宽、
窄不同的数字式脉冲,通过 BUCK 驱动电路即可简单地实现改变输出电流从而
调节白光 LED 的亮度。电路简单,实用,是对 LED 亮度最理想的调节方法。
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