环形LED阵列数字调光电路的设计.docx

1、摘 要在低耗能的电子产品的趋势下，比如低功率照明，传统的电灯泡被发光二极管代替了。 目前的电子产品发展的主要趋势是引导去开发一种低耗能和小型化的电子产品，这种电子产品要具有智能化而且与其它设备是可连接使用的，比如消费电子产品和智能房间那些设备。另一方面，就发光二极管的高效率的意义而言，使用小型化大功率照明也是可以实现的。这篇论文主要探索了使用PWM控制技术来完成发光极管的智能调光系统的制作。调光功能是LED控制系统的发展方向。LED控制系统不仅具有调光功能，而且在一定程度上具有节能作用。在LED自动调光控制系统中主要使用了LM741，光敏电阻和MAX1241等元器件。该控制系统使用了STC89

2、C52RC作为核心控制芯片，控制芯片接收和处理MAX1241芯片的转换数据后，再控制LM741实现自动调光功能。微控制技术被广泛应用于工业界来解决工程控制问题。 一款新的用于微控芯片的仿真软件被引进了工业界与教育界，这款软件就是Proteus虚拟实验室， Proteus将电路仿真，可操作元器件和微处理器模型集于一体，可以完成微控制器的仿真与设计。 在电路实物做出来之前，Proteus就能对电路进行开发与测试。 在这篇论文中对Proteus的一些功能与优势进行了介绍。实验证明LED控制系统具有自动调光作用和一定程度的节能作用。关键词:LED；智能调光；PWM；PROTEUSAbstractCur

3、rent trends in low power electronics represent e.g. low power lightings， where classical light bulbs are replaced by Light Emitting Diodes (LED) lights. The deployment trend in current electronics leads mainly to the development of low power and miniaturized solutions which are intelligent and conne

4、ctable with other devices e.g. consumer electronics or Smart Homes. On the other hand there is a possibility to use miniaturized high power lightings in sense of Light Emitting Diodes (LEDs) due to the high efficiency of these elements. This paper mainly explores intelligent lighting control system

5、of LEDS by using pulse-width modulation (PWM) strategies. Dimming function is a development direction of control system of LEDSControl system of LEDS can not only adjust lighting effect but also achieve the purpose of energy-saving to some extent. An applied auto-dimming control system of LEDS was d

6、esigned by using LM741， photoresistor and MAX1241It uses STC89C52RC as the control chip core，control LM741 realize dimming function after received and processed the MAX1241 dataMicrocontrollers are widely applied in the field of industry to solve engineering control problems. A new simulation softwa

7、re package for microcontroller， Proteus virtual system modelling (VSM)， is introduced for industrial and educational use. Proteus VSM combines circuit simulation， animated components and microprocessor models to facilitate co-simulation of complete microcontroller based designs. Proteus VSM makes it

8、 possible to develop and test designs before a physical prototype is constructed. The functions and advantages of Proteus VSM are introduced in this paper. Experiment proved that the control system of LEDS achieved a self-dimming function and certain energy-saving effect.Keywords: LEDS; Intelligent

9、lighting control system;PWM;PROTEUS目 录1 引言11.1 课题研究背景11.2 课题研究内容和设计方案21.2.1课题研究内容21.2.2设计方案22 系统理论知识22.1 LED的发光原理22.2 LED亮度控制方法22.3 整个系统的功能要求与结构33 模块化设计33.0应用软件的介绍33.0.1软件Proteus简介43.0.2软件Keil uVision4简介53.0.3软件Proteus与软件Keil uVision4的联合调试63.1 电源模块的设计63.1.1 电源模块的功能要求和结构63.1.2 变压器，整流桥的计算与选择73.1.3 稳压管

10、7812，7912，7805的功能介绍73.1.4 电源模块的原理图与仿真83.1.5 电源模块的验证与测试103.2 芯片STC89C52RC的功能介绍103.3显示模块的设计133.3.1 芯片74LS48的功能介绍133.3.2 数码管的显示原理143.3.3 显示模块的原理图与仿真143.4 输入模块的设计153.4.1 键盘的界面设计153.4.2键盘的工作原理163.4.3键盘的驱动程序173.5 智能调光模块的设计183.5.1 光敏电阻的功能简介与仿真183.5.2 芯片LM741的简介与仿真203.5.3 芯片MAX1241的功能介绍223.5.4 智能调光模块的原理图与仿真

11、233.6 三环LED电路的设计293.6.1 三环LED的电路原理图设计与仿真293.6.2 三环LED的三维模型304系统的整合设计304.1系统电路原理图304.2控制系统的程序流程图314.2.1控制系统的程序流程图314.2.2控制系统的操作手册324.3软件调试334.4 电路PCB图384.5系统的三维仿真图384.5.1电源模块三维图384.5.2控制模块三维图384.5.3三环LED灯三维图394.6硬件制作过程394.7硬件调试404.8硬件与软件的整合调试415 结论43谢 辞44参考文献45附 录46附录源程序46附录 系统原理图62附录 PCB图621 引言1.1 课

12、题研究背景为了说明LED的特点，先看看所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为1224流明/瓦；荧光灯和HID灯的光效为50120流明/瓦。对白光LED：在1998年，白光LED的光效只有5流明/瓦，到了1999年已达到15流明/瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在2000年时，白光LED的光效已达25流明/瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到2005年，LED的光效可达50流明/瓦，到2015年时，LED的光效可望达到150200流明/瓦。那时的白光LED的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源，将成可能的现实。普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低

13、（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护 工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间10000小时以上），几乎无需维护。德国Hella公司利用白光LED开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光LED作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光LED取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光LED定会进入家庭取代现有的照明灯。LED的特点（1） 电压：小功率的LED灯，比如指示灯，导通电压1.4V左右，大功率的LED灯的导通电压从几伏到几十伏不等。（2） 效能：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。（3） 适用性：很小，每个单元LED小片是3-5mm的

14、正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境 。（4） 稳定性：10万小时，光衰为初始的50% 。（5） 响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED灯的响应时间为纳秒级 。（6） 对环境污染：无有害金属汞 。（7） 颜色：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红，黄，绿，蓝，橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色。（8） 价格：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300500只二极管构成。虽然价格较现有照明器材昂贵，仍

15、被认为是它将不可避免地替代现有照明器件。1.2 课题研究内容和设计方案1.2.1课题研究内容各种光电检测系统中常用LED作为照明光源，LED的单片机自动调光系统对于LED的使用非常重要。设计能够对环形LED阵列的不同圈的LED分别进行亮度调节的电路，使其适应不同的照明需求。首先调研LED的原理和亮度控制方法，制定合理的亮度控制电路方案，对环形LED阵列的照明要求进行分析讨论；设计对3环的LED环形阵列每个环分别控制亮度和开关。1.2.2设计方案图11 设计方案2 系统理论知识 2.1 LED的发光原理LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向