〔大學論文〕機電畢業(yè)論文 基于單片機的PWM調光燈設計（含word文檔） .pdf

基于單片機的 pwm 調光 i xxxxxxxx 科技學院科技學院 ?？飘厴I(yè)設計 題目基于單片機的 pwm 調光燈 學生姓名 專業(yè)班級09 機電一班 學號 所 在 系電氣工程系 指導老師 完成時間年月日 基于單片機的 pwm 調光 i 基于單片機的 pwm 調光燈 摘要 pwm 調光是一種利用簡單的數字脈沖，反復開關白光 led 驅動器的調光技 術。應用者的系統只需要提供寬、窄不同的數字式脈沖，即可簡單地實現改變輸 出電流，從而調節(jié)白光 led 的亮度。pwm 調光的優(yōu)點在于能夠提供高質量的白 光，以及應用簡單，效率高！例如在手機的系統中，利用一個專用 pwm 接口可 以簡單的產生任意占空比的脈沖信號， 該信號通過一個電阻， 連接到驅動器的 en 接口。多數廠商的驅動器都支持 pwm 調光。 不管用 buck, boost, buck-boost 還是線性調節(jié)器來驅動 led，它們的共同 思路都是用驅動電路來控制光的輸出。一些應用只是簡單地來實現“開”和 “關”地功能，但是更多地應用需求是要從0到100%調節(jié)光的亮度，而且經常要 有很高的精度。設計者主要有兩個選擇：線性調節(jié) led 電流（模擬調光） ，或者 使用開關電路以相對于人眼識別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均 值（數字調光） 。使用脈沖寬度調制（pwm）來設置周期和占空度（圖1）可能是 最簡單的實現數字調光的方法，并且 buck 調節(jié)器拓撲往往能夠提供一個最好的 性能。 關鍵詞關鍵詞關鍵詞關鍵詞數字脈沖/占空比/驅動電路/線性調節(jié) 基于單片機的 pwm 調光 ii basedbasedbasedbased onononon scmscmscmscm pwmpwmpwmpwm dimmingdimmingdimmingdimming thethethethe lightslightslightslights abstractabstractabstractabstract pwm dimming is a simple digital pulse, the repeated switching of white led driver dimming technology. application of the system only needs to provide a wide, narrow different digital pulse, can easily change the output current, thereby regulating the brightness of white light led. pwm dimming has the advantage of being able to provide high quality white light, and the application of simple, high efficiency! for example, in a mobile phone system, using a special pwm interface can easily generate arbitrary duty cycle of the pulse signal, the signal is passed through a resistor, connected to the drive en interface. most manufacturers drive support pwm dimming. for buck, boost, buck-boost or linear regulator to drive led, their common ideas are the drive circuit to control the output of light. some applied simply to achieve the “ on“ and “off“ function, but more application demand is to be from 0 to 100% regulates the brightness of the light, and often have very high precision. the designer has two main options: linear regulator led current ( analog dimming ), or using the switch circuit with respect to human recognition capacity, a high enough frequency to change the average light output ( digital dimming ). the use of pulse width modulation ( pwm ) to set the cycle and duty cycle ( figure 1 ) is probably the most simple digital dimming method, and buck regulator topology can often provide a best performance. keykeykeykeywordwordwordwords s s sdigital pulse ,duty ,drive circuit ,linear regulator 基于單片機的 pwm 調光 iii 目錄 中文摘要i 英文摘要ii 引言.1 1 單片機應用技術簡介2 1.1 單片機內部構成.2 1.2 單片機的工作原理2 2 pwm 調光原理簡介 4 2.1 pwm 調光技術原理.4 2.1.1 脈沖寬度調節(jié)4 2.1.2 pwm 對于 led 調光的優(yōu)勢 5 2.2 led 光源的特性 7 3 電路設計 8 3.1 電路設計流程圖.8 3.2 主控元件與功能模塊介紹8 3.2.1 按鍵功能設計8 3.2.2 主控元件單片機. 8 3.2.3 光源模塊.11 3.2.4 電源的選擇與連接.11 3.3 其他元件工作特性12 3.3.1 led 發(fā)光二極管功能簡介 12 3.3.2 晶振的作用與電路的連接. 13 4 實物裝配與調試 16 4.1 實物裝配流程 16 4.1.1 按照電路原理圖焊接組件. 16 4.1.2 元器件清單及型號.16 4.2 單片機內部程序的編寫.16 4.3 焊接工序注意事項16 基于單片機的 pwm 調光 iv 4.4 調試完善功能 18 結束語.19 致謝.20 參考文獻21 附錄 1：電路原理圖22 附錄 2：元器件清單及型號23 附錄 3：單片機內部程序正文.24 附錄 4：實物成果圖.26 附錄 5：實物使用說明 27 基于單片機的 pwm 調光 1 引引引引言言言言 目前，針對 led 亮度控制方面，主要的兩種解決方案為線性調節(jié) led 的電 流(模擬調光)或在肉眼無法察覺的高頻下， 讓驅動電流從 0 到目標電流值之間來 回切換(數字調光)。 利用脈沖寬度調變(pwm)來設定循環(huán)和工作周期可能是實現 數字調光的最簡單的方法，原因是相同的技術可以用來控制大部分的開關轉換 器。 方案一：利用單片機輸出占空比可調的高頻脈沖，來改變驅動電流，從而 精確地調節(jié) led 亮度， 即本論文所要介紹的調光方法(pwm 調光） ， 為盡量降低 聽到噪聲和輻射，高端照明系統的調光頻率范圍一般要求幾萬赫茲； 方案二：由于 led 的亮度在一定范圍內與電流成正比，led 的模擬調光 是對 led 的每個周期進行調整，簡單地說，它是不斷調整 led 的電流大小來改 變亮度的，可以通過調整電流檢測電阻 rsns，或用模擬電壓驅動 ic 的某個調 光功能引腳來完成。 無論 led 是經由降壓、升壓、降壓/升壓或線性穩(wěn)壓器驅動，連接每一個驅 動電路最常見的線程就是需要控制光的輸出。 現今僅有很少數的應用只需要開和 關的簡單功能，絕大多數都需要從 0100%去微調亮度。 因此，利用單片機輸出 pwm 信號，能對 led 進行精準，快速，有效地亮 度調節(jié)。 基于單片機的 pwm 調光 2 1 1 1 1單片機應用技術簡介單片機應用技術簡介 1.11.11.11.1單片機內部構成單片機內部構成單片機內部構成單片機內部構成 單片機由運算器、控制器、存儲器、輸入輸出設備構成。單片機是一種集成 在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數據處理能力的中央處理器 cpu 隨機存儲器 ram、只讀存儲器 rom、多種 i/o 口和中斷系統、定時器/計 時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、a/d 轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統。 1.21.21.21.2單片機的工作原理單片機的工作原理單片機的工作原理單片機的工作原理 單片微型計算機，簡稱單片機，是微型計算機的一個分支。它是在一塊芯片 上集成（嵌入）了 cpu、ram 和 rom 存儲器、io 接口等而構成的微型計算機。 因主要用于工業(yè)測控領域，故又稱為微控制器或嵌入式控制器。單片機的核心是 中央處理器 cpu。 用超大規(guī)模集成技術把 cpu 集成在一塊芯片上， 稱為微處理器。 微處理器、微控制器和微型計算機三者的關系十分密切。目前，單片機在工業(yè)測 控領域中已占重要地位。各電氣廠商、機電行業(yè)和測控企業(yè)都把單片機作為本部 門產品更新換代、產品智能化的重要工具。 單片機自動完成賦予它的任務的過程，也就是單片機執(zhí)行程序的過程，即 一條條執(zhí)行的指令的過程， 所謂指令就是把要求單片機執(zhí)行的各種操作用的命令 的形式寫下來，這是在設計人員賦予它的指令系統所決定的，一條指令對應著一 種基本操作；單片機所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機的指令系統，不同種類 的單片機，其指令系統亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務，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能識別和執(zhí)行的指令）， 這一系列指令的集合就成為程序， 程序需要預先存放在具有存儲功能的部件 存儲器中。存儲器由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多 房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房 的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣， 每一個存儲單元也必須被分配到 唯一的地址號， 該地址號稱為存儲單元的地址， 這樣只要知道了存儲單元的地址， 基于單片機的 pwm 調光 3 就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執(zhí)行。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，單片機在執(zhí)行程 序時要能把這些指令一條條取出并加以執(zhí)行， 必須有一個部件能追蹤指令所在的 地址，這一部件就是程序計數器 pc（包含在 cpu 中） ，在開始執(zhí)行程序時，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 內容就會自動增加，增加量由本條指令長度決定，可能是1、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。 基于單片機的 pwm 調光 4 2 2 2 2pwmpwmpwmpwm 調光原理簡介調光原理簡介調光原理簡介調光原理簡介 2.12.12.12.1pwmpwmpwmpwm 調光技術原理調光技術原理調光技術原理調光技術原理 2.1.12.1.12.1.12.1.1脈沖寬度調節(jié)脈沖寬度調節(jié)脈沖寬度調節(jié)脈沖寬度調節(jié) 我們知道用一個按鍵開關來控制放光二極管的亮滅，能很明顯看到它亮、 暗 的變化。試想一下，假如用一個開、關頻率很高的按鍵開關來控制發(fā)光二級管的 亮、滅，由于人的視覺有 1/24 秒左右的視覺停留，當這個頻率高于人的分辨能 力， 我們就會看到發(fā)光二級管一直亮著的錯覺。 故而， 我們控制這個頻率的高低， 就能達到調光的目的，這種調光技術利用的是數字脈沖來實現的，是一種有效， 精準，快速的調光手段。 然而，現實中這種開關并非存在，而只是一種理想化的東西。但是如果利用 單片機輸出高頻脈沖就能達到同樣的效果。pwm 調光是一種利用簡單的數字脈 沖，反復開關白光 led 驅動器的調光技術。應用者的系統只需要提供寬、窄不 同的數字式脈沖，即可簡單地實現改變輸出電流，從而調節(jié)白光 led 的亮度。 pwm 是脈沖寬度調制的英文縮寫，指一個周期中亮燈時間所占的比例。 這 個周期很短或說頻率很高，至少要高過人眼感光的反應速度。pwm 調光就是通 過調整燈亮的時間與燈滅時間的比例來調整平均感觀亮度的方法。 在微小的時間 片里，燈要么是全開、要么是全關，沒有半開的中間狀態(tài)。pwm 調光可以是分 檔的，也可以是無級的。 pwm dimming (脈寬調制)調光方式這是一種利用簡單的數字脈沖，反復 開關白光 led 驅動器的調光技術。 應用者的系統只需要提供寬、 窄不同的數字式脈沖， 即可簡單地實現改變輸出電流，從而調節(jié)白光 led 的亮度。pwm 調光的優(yōu)點在于能夠提 供高質量的白光，以及應用簡單，效率高！例如在手機的系統中，利用一個專用 pwm 接口 可以簡單的產生任意占空比的脈沖信號，該信號通過一個電阻，連接到驅動器的 en 接口。 多數廠商的驅動器都支持 pwm 調光。采樣控制理論中有一個重要結論：沖量相等而形狀 不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。pwm 控制技術就是以該結論為 理論基礎， 對半導體開關器件的導通和關斷進行控制， 使輸出端得到一系列幅值相等而寬度 基于單片機的 pwm 調光 5 不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調制， 既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 pwm 控制的基本原理很早就已經提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在 20 世紀 80 年代以前一直未能實現。知道進入 20 世紀 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出 現及其迅速發(fā)展，pwm 控制技術才真正得到應用。隨著電力電子技術、微電子技術和自動 控制技術的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現代控制理論、非線性系統控制思想的應用， pwm 控制技術獲得了空前的發(fā)展。到目前為止，已出現了多種 pwm 控制技術。 一般情況下， 調節(jié)脈寬調制信號的脈寬有兩種方法， 一種方法是采用模擬電路中的調制 方法，另一種方法是使用脈沖計數法。對于一般電機控制，采用第一種方法在控制電壓變化 時濾波的實現存在較大的困難， 這主要是因為濾波頻率較低、 濾波精度要求高和濾波電路的 參數不易調整。因此，本設計采用由單片機控制實現的脈沖計數法。 2.1.22.1.22.1.22.1.2pwmpwmpwmpwm 對于對于對于對于 ledledledled 調光的優(yōu)勢調光的優(yōu)勢調光的優(yōu)勢調光的優(yōu)勢 led 調光目前有兩種思路：一是線性調節(jié) led 電流（即模擬調光） ，二是使 用開關電路以相對于人眼識別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值 （數字調光） 。 （pwm）是屬于數字調光的方法。 模擬調光通?？梢院芎唵蔚膩韺崿F。 但是由于 led 光的特性要隨著平均驅動 電流而偏移。對于單色 led 來說，其主波長會改變。對白光 led 來說，其相關顏 色溫度（cct）會改變。用 pwm 調光則保證了 led 發(fā)出設計者需要的顏色。pwm 調光也可以提高輸出電流精度。用線性調節(jié)的模擬調光會降低輸出電流的精度。 通常來說，相對于模擬調光，pwm 調光可以精度大于線性控制光輸出。 從節(jié)能來說，沒有可比性。因為 pwm 是保證 cct 和顏色情況下測定電流（光 強） ，模擬調光則是不存在這個前提。如果要犧牲這個前提來考慮節(jié)能的話，需 要實測數據。但我估計在實現同等照度的情況下，pwm 會有優(yōu)勢。 led 生產商在他們的產品電氣特性表中特別制定了一個驅動電流，這樣就能 保證只以這些特定驅動電流來產生的光波長或 cct.用 pwm 調光保證了 led 發(fā)出 設計者需要的顏色， 而光的強度另當別論。 這種精細控制在 rgb 應用中特別重要， 以混合不同顏色的光來產生白光。 從驅動 ic 的前景來看，模擬調光面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流 基于單片機的 pwm 調光 6 精度。幾乎每個 led 驅動都要用到某種串聯電阻來辨別電流。電流辨別電壓 （vsns）通過折衷低能耗損失和高信噪比來選定。驅動中的容差、偏移和延遲導 致了一個相對固定的誤差。要在一個閉環(huán)系統中降低輸出電流就必須降低 vsns. 這樣就會反過來降低輸出電流的精度，最終，輸出電流無法指定、控制或保證。 通常來說， 相對于模擬調光， pwm 調光可以提高精度， 線性控制光輸出到更低級。 但是，pwm 調光有其劣勢。主要反映在：pwm 調光很容易使得白光 led 的 驅動電路產生人耳聽得見的噪聲（audible noise，或者 microphonic noise）。 這個噪聲是如何產生？通常白光 led 驅動器都屬于開關電源器件（buck、 boost 、charge pump 等） ，其開關頻率都在 1mhz 左右，因此在驅動器的典型 應用中是不會產生人耳聽得見的噪聲。但是當驅動器進行 pwm 調光的時候，如 果 pwm 信號的頻率正好落在 200hz 到 20khz 之間， 白光 led 驅動器周圍的電 感和輸出電容就會產生人耳聽得見的噪聲。所以設計時要避免使用 20khz 以下 低頻段。 另外市面上也有些調光電路用到了可控硅調光， 可控硅前沿調光器若直接用 于控制普通的 led 驅動器，led 燈會產生閃爍，更不能實現寬范圍的調光控制。 原因歸結如下： (1)可控硅的維持電流問題。目前市面上的可控硅調光器功率等級不同，維 持電流一般是775ma(驅動電流則是7100ma)，導通后流過可控硅的電流必須 要大于這個值才能繼續(xù)導通，否則會自行關斷。 (2)阻抗匹配問題。當可控硅導通后，可控硅和驅動電路的阻抗都發(fā)生變化， 且驅動電路由于有差模濾波電容的存在，呈容性阻抗，與可控硅調光器存在阻抗 匹配的問題，因此在設計電路時一般需要使用較小的差模濾波電容。 (3)沖擊電流問題。由于可控硅前沿斬波使得輸入電壓可能一直處于峰值附 近，輸入濾波電容將承受大的沖擊電流，同時還可能使得可控硅意外截止，導致 可控硅不斷重啟，所以一般需要在驅動器輸入端串接電阻來減小沖擊。 (4)導通角較小時 led 會出現閃爍。當可控硅導通角較小時，由于此時輸入 電壓和電流均較小，導致維持電流不夠或者芯片供電不夠，電路停止工作，使 led 產生閃爍。 基于單片機的 pwm 調光 7 2.22.22.22.2ledledledled 光源的特性光源的特性光源的特性光源的特性 模擬調光通?？梢院芎唵蔚膩韺崿F。 我們可以通過一個控制電壓來成比例地 改變 led 驅動的輸出。模擬調光不會引入潛在的電磁兼容/電磁干擾（emc/emi） 頻率。然而，在大多數設計中要使用 pwm 調光，這是由于 led 的一個基本性質： 發(fā)射光的特性要隨著平均驅動電流而偏移。 對于單色led來說， 其主波長會改變。 對白光led來說， 其相關顏色溫度 （cct） 會改變。對于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍 led 中幾納米波長的變化，特別 是在光強也在變化的時候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測的。 大多數 led 包含一個發(fā)射藍光譜光子的區(qū)域， 它透過一個磷面提供一個寬幅 可見光。低電流的時候，磷光占主導，光趨近于黃色。高電流的時候，led 藍光 占主導，光呈現藍色，從而達到了一個高 cct.當使用一個以上的白光 led 的時 候， 相鄰 led 的 cct 的不同會很明顯也是不希望發(fā)生的。 同樣延伸到光源應用里， 混合多個單色 led 也會存在同樣的問題。 當我們使用一個以上的光源的時候， led 中任何的差異都會被察覺到。 基于單片機的 pwm 調光 8 3 3 3 3電路設計電路設計電路設計電路設計 3.13.13.13.1電路設計流程圖電路設計流程圖電路設計流程圖電路設計流程圖 圖 3-1 電路設計流程圖 3.23.23.23.2主控元件與功能模塊介紹主控元件與功能模塊介紹主控元件與功能模塊介紹主控元件與功能模塊介紹 3.2.13.2.13.2.13.2.1按鍵功能設計按鍵功能設計 本設計采用一個自鎖開關，三個按鍵開關作為控制系統的按鈕。自鎖開關作 為電源開關，實現為整個電路上電，斷電的功能。按鍵開關一為復位開關，實現 led 任何時候的導通與關閉，當再次按下復位開關，點亮 led 的亮度為默認按下 復位開關關閉 led 時的亮度，復位開關并不是電源的開關，而是讓程序從第一步 開始執(zhí)行的功能開關。余下兩個按鍵開關作為調節(jié)亮度使用，即為增大亮度， 減 小亮度，長按則實現連續(xù)調節(jié)，實現無級調光。 3.2.23.2.23.2.23.2.2主控元件單片機主控元件單片機主控元件單片機主控元件單片機 stc89c52 是一種低功耗、高性能 cmos8 位微控制器，具有 8k 在系統可編程 flash 存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 cpu 和在系統可編程 flash，使得 stc89c52 為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、超有效的解決方案。具有以 下標準功能：8k 字節(jié) flash，512 字節(jié) ram，32 位 i/o 口線，內置 4kb eeprom， max810 復位電路，三個 16 位定時/計數器，一個 6 向量 2 級中斷結構，全雙工 串行口?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許 ram、定時器/計數器、串口、中斷繼 續(xù)工作。掉電保護方式下，ram 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停 基于單片機的 pwm 調光 9 止，直到下一個中斷或硬件復位為止。最高運作頻率 35mhz，6t/12t 可選。下圖 為 stc89c52 引腳圖以及各引腳功能： 圖 3-2 stc89c52 引腳圖 vcc：供電電壓。 gnd：接地。 p0 口：p0 口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。當 p1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。p0 能夠用于外部程序數據存儲器， 它可以被定義為數據/地址的第八位。在 fiash 編程時，p0 口作為原碼輸入口， 當 fiash 進行校驗時，p0 輸出原碼，此時 p0 外部必須被拉高。 p1 口：p1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸 出 4ttl 門電流。p1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入，p1 口被外 部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 flash 編程和校 驗時，p1 口作為第八位地址接收。 基于單片機的 pwm 調光 10 p2 口：p2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 ttl 門電流，當 p2 口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸 入。并因此作為輸入時，p2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部 上拉的緣故。p2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取 時，p2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對 外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，p2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。p2 口在 flash 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 i/o 口，可接收輸出 4 個 ttl 門 電流。當 p3 口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入， 由于外部下拉為低電平，p3 口將輸出電流（ill）這是由于上拉的緣故。 p3.0 rxd（串行輸入口） p3.1 txd（串行輸出口） p3.2 /int0（外部中斷 0） p3.3 /int1（外部中斷 1） p3.4 t0（計時器 0 外部輸入） p3.5 t1（計時器 1 外部輸入） p3.6 /wr（外部數據存儲器寫選通） p3.7 /rd（外部數據存儲器讀選通） rst：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 rst 腳兩個機器周期的高電平時 間。 ale/prog：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位 字節(jié)。 在 flash 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ale 端以不變的頻 率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出 的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過 一個 ale 脈沖。如想禁止 ale 的輸出可在 sfr8eh 地址上置 0。此時， ale 只有 在執(zhí)行 movx，movc 指令是 ale 才起用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理 器在外部執(zhí)行狀態(tài) ale 禁止，置位無效。 /psen：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器 基于單片機的 pwm 調光 11 周期兩/psen 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/psen 信號將不 出現。 /ea / vpp：當/ea 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000h-ffffh）， 不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/ea 將內部鎖定為 reset；當 /ea 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 flash 編程期間，此引腳也用于 施加 12v 編程電源（vpp） 。 xtal1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 xtal2：來自反向振蕩器的輸出。 3.2.33.2.33.2.33.2.3光源模塊光源模塊光源模塊光源模塊 本調光實物采用八只高亮度 led 發(fā)光二極管作為光源模塊， 每只 led 正極分 別接一個 330的電阻作為限流電阻,引出的八個引腳集結為一個公共端作為電 路的+5v 端，而每只 led 的負極分別接 stc89c52 單片機 p1 口的八個引腳，即為 該電路的光源模塊。 3.2.43.2.43.2.43.2.4電源的選擇與連接電源的選擇與連接 選用 usb 供電，由于從 usb 的 4 號引腳出來的是+5v 的直流電，故可以直接 作為單片機供電電路用，一根 usb 內有四根芯線，通常紅色和黑色作為電源線， 紅色為+5v 電壓，黑色為 0v 電壓。 將這兩根電源線分別于與自鎖開關的兩組自鎖線路每一端相連， 每組自鎖線 路都剩下一個引腳，對應接單片機引腳中的 vcc（+5v）與 gnd（0v） ，自鎖開關 作為整個電路的電源開關，控制整個電路電壓的供給。實物連接如下圖： 圖 3-3 自鎖開關接線圖 基于單片機的 pwm 調光 12 3.33.33.33.3其他元件工作特性其他元件工作特性其他元件工作特性其他元件工作特性 3.3.13.3.13.3.13.3.1ledledledled 發(fā)光二極管功能簡介發(fā)光二極管功能簡介發(fā)光二極管功能簡介發(fā)光二極管功能簡介 50 年前人們已經了解半導體材料可產生光線的基本知識，第一個商用二極 管產生于 1960 年。led 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管的縮寫） ， 發(fā) 圖 3-4 發(fā)光二極管構造圖 光二極管它的基本結構是一塊電致發(fā)光的半導體材料，置于一個有引線的架子 上，然后四周用環(huán)氧樹脂密封，起到保護內部芯線的作用，所以 led 的抗震性能 好。 發(fā)光二極管的核心部分是由 p 型半導體和 n 型半導體組成的晶片， 在 p 型半 導體和 n 型半導體之間有一個過渡層， 稱為 pn 結。 在某些半導體材料的 pn 結中， 注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來， 從 而把電能直接轉換為光能。pn 結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。 這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 led。 當它處 于正向工作狀態(tài)時（即兩端加上正向電壓） ，電流從 led 陽極流向陰極時，半導 體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強弱與電流有關。 led 發(fā)光二級管是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為 led。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個 pn 結組成，也具有單向導電性。 當 給發(fā)光二極管加上正向電壓后， 從 p 區(qū)注入到 n 區(qū)的空穴和由 n 區(qū)注入到 p 區(qū)的 電子，在 pn 結附近數微米內分別與 n 區(qū)的電子和 p 區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻 基于單片機的 pwm 調光 13 射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴 復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。 常 用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約 5 伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必 須串聯限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻 r 可用下式計算： r=（euf）/if 式中 e 為電源電壓，uf 為 led 的正向壓降，if 為 led 的一般工作電流。發(fā) 光二極管的兩根引線中較長的一根為正極，應接電源正極。有的發(fā)光二極管的兩 根引線一樣長，但管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線是正極。與小白熾燈 泡和氖燈相比，發(fā)光二級管的特點是：工作電壓很低（有的僅一點幾伏） ；工作 電流很?。ㄓ械膬H零點幾毫安即可發(fā)光） ；抗沖擊和抗震性能好，可靠性高，壽 命長；通過調制通過的電流強弱可以方便地調制發(fā)光的強弱。由于有這些特點， 發(fā)光二極管在一些光電控制設備中用作光源，在許多電子設備中用作信號顯示 器。把它的管心做成條狀，用 7 條條狀的發(fā)光管組成 7 段式半導體數碼管，每個 數碼管可顯示 09 十個數目字。 3.3.23.3.23.3.23.3.2晶振的作用與電路的連接晶振的作用與電路的連接晶振的作用與電路的連接晶振的作用與電路的連接 晶振的作用就是給單片機正常工作提供穩(wěn)定的時鐘/脈沖信號。通常一個系 統共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的 晶振，而通過電子調整頻率的方法保持同步。 判斷單片機芯片及時鐘系統是否正常工作有一個簡單的辦法， 就是用萬用表 測量單片機晶振引腳（18、19 腳）的對地電壓，以正常工作的單片機用數字萬 用表測量為例：18 腳對地約 2.24v，19 腳對地約 2.09v。對于懷疑是復位電路故 障而不能正常工作的單片機也可以采用模擬復位的方法來判斷， 單片機正常工作 時第 9 腳對地電壓為零，可以用導線短時間和5v 連接一下，模擬一下上電復 位，如果單片機能正常工作了，說明這個復位電路有問題 晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子 系統需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。 在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精 基于單片機的 pwm 調光 14 度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器 （vco） 。晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態(tài)下工作， 以 提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。 晶振一般叫做晶體諧振器，是一種機電器件，是用電損耗很小的石英晶體經 精密切割磨削并鍍上電極焊上引線做成。這種晶體有一個很重要的特性，如果給 他通電，他就會產生機械振蕩，反之，如果給他機械力，他又會產生電，這種特 性叫機電效應。他們有一個很重要的特點，其振蕩頻率與他們的形狀，材料， 切 割方向等密切相關。由于石英晶體化學性能非常穩(wěn)定，熱膨脹系數非常小，其振 蕩頻率也非常穩(wěn)定，由于控制幾何尺寸可以做到很精密，因此，其諧振頻率也很 準確。根據石英晶體的機電效應，我們可以把它等效為一個電磁振蕩回路，即諧 振回路。他們的機電效應是機-電-機-電的不斷轉換，由電感和電容組成的 諧振回路是電場-磁場的不斷轉換。在電路中的應用實際上是把它當作一個高 q 值的電磁諧振回路。由于石英晶體的損耗非常小，即 q 值非常高，做振蕩器用 時，可以產生非常穩(wěn)定的振蕩，作濾波器用，可以獲得非常穩(wěn)定和陡削的帶通或 帶阻曲線。 晶振的工作原理其實就是在石英晶體的兩個極板上加一個電場， 晶片會產生 機械形變，對極板施加機械力使其變形，又會在基板上產生相應的電荷，這叫壓 電效應。如果在兩個極板上加上交變的電壓，晶片便會產生機械變形震蕩，同時 這種機械震蕩還會產生交變電場（比較的微?。?，但是當外加交變的電壓的頻率 與晶片固有的頻率（尤其形狀和尺寸決定）相等時，機械振動的幅度會加劇， 產 生交變電場也增大。叫做壓電諧波。 晶振一般要連接兩個低容量電容后，再連入單片機。匹配電容負載電容 是指晶振要正常震蕩所需要的電容。一般外接電容，是為了使晶振兩端的等效電 容等于或接近負載電容。要求高的場合還要考慮 ic 輸入端的對地電容。一般晶 振兩端所接電容是所要求的負載電容的兩倍。這樣并聯起來就接近負載電容了。 負載電容是指在電路中跨接晶體兩端的總的外界有效電容。 他是一個測試條 件，也是一個使用條件。應用時一般在給出負載電容值附近調整可以得到精確頻 率。此電容的大小主要影響負載諧振頻率和等效負載諧振電阻。 一般情況下，增大負載電容會使振蕩頻率下降，而減小負載電容會使振蕩頻 基于單片機的 pwm 調光 15 率升高。 負載電容是指晶振的兩條引線連接 ic 塊內部及外部所有有效電容之和， 可看作晶振片在電路中串接電容。負載頻率不同決定振蕩器的振蕩頻率不同。 標 稱頻率相同的晶振， 負載電容不一定相同。 因為石英晶體振蕩器有兩個諧振頻率， 一個是串聯揩振晶振的低負載電容晶振： 另一個為并聯揩振晶振的高負載電容晶 振。 所以， 標稱頻率相同的晶振互換時還必須要求負載電容一至， 不能冒然互換， 否則會造成電器工作不正常。 基于單片機的 pwm 調光 16 4 4 4 4實物裝配與調試實物裝配與調試實物裝配與調試實物裝配與調試 4.14.14.14.1實物裝配流程實物裝配流程實物裝配流程實物裝配流程 4.1.14.1.14.1.14.1.1按照電路原理圖（見附錄）焊接組件按照電路原理圖（見附錄）焊接組件按照電路原理圖（見附錄）焊接組件按照電路原理圖（見附錄）焊接組件 4.1.24.1.24.1.24.1.2元器件清單及型號（見附錄）元器件清單及型號（見附錄）元器件清單及型號（見附錄）元器件清單及型號（見附錄） 4.24.24.24.2單片機內部程序的編寫單片機內部程序的編寫單片機內部程序的編寫單片機內部程序的編寫 關于頻率和占空比的確定，對于 12m 晶振，假定 pwm 輸出頻率為 1khz,這樣 定時中斷次數設定為 c=10，即 0.01ms 中斷一次，則 th0=ff,tl0=f6;由于設定中 斷時間為 0.01ms，這樣可以設定占空比可從 1-100 變化。即 0.01ms*100=1ms #include #define uchar unsigned char th0 和 tl0 是計數器 0 的高 8 位和低 8 位計數器，計算辦法: tl0=(65536-c)%256; th0=(65536-c)/256,其中 c 為所要計數的次數即多長 時間產生一次中斷；tmod 是計數器，工作模式選擇，0x01 表示選用模式 1,它有 16 位計數器，最大計數脈沖為 65536 最長時間為 1ms*65536=65.536ms 用程序編輯器將編好的程序（見附錄）燒入單片機。 4.34.34.34.3焊接工序注意事項焊接工序注意事項焊接工序注意事項焊接工序注意事項 焊接的物理基礎是“浸潤”，浸潤也叫“潤濕”。要解釋浸潤，先從荷葉上 的水珠說起：荷葉表面有一層不透水的臘質物質，水的表面張力使它保持珠狀， 在荷葉上滾動而不能攤開，這種狀態(tài)叫做不能浸潤；反之，假如液體在與固體的 接觸面上攤開，充分鋪展接觸，就叫做浸潤。錫焊的過程，就是通過加熱，讓鉛 錫焊料在焊接面上熔化、流動、浸潤，使鉛錫原子滲透到銅母材（導線、焊盤） 的表面內，并在兩者的接觸面上形成 cu6-sn5 的脆性合金層。 基于單片機的 pwm 調光 17 在焊接過程中， 焊料和母材接觸所形成的夾角叫做浸潤角， 如下圖中， 當時， 焊料與母材沒有浸潤，不能形成良好的焊點；(b)圖中，當時，焊料與母材浸潤， 能夠形成良好的焊點。仔細觀察焊點的浸潤角，就能判斷焊點的質量。 圖 4-1 焊料與母材接觸示意圖 圖：浸潤與浸潤角 顯然，如果焊接面上有阻隔浸潤的污垢或氧化層，不能生成兩種金屬材料的 合金層，或者溫度不夠高使焊料沒有充分熔化，都不能使焊料浸潤。進行錫焊， 必須具備的條件有以下幾點： 焊件必須具有良好的可焊性 所謂可焊性是指在適當溫度下， 被焊金屬材料與焊錫能形成良好結合的合金 的性能。不是所有的金屬都具有好的可焊性，有些金屬如鉻、鉬、鎢等的可焊性 就非常差；有些金屬的可焊性又比較好，如紫銅、黃銅等。在焊接時，由于高溫 使金屬表面產生氧化膜，影響材料的可焊性。為了提高可焊性，可以采用表面鍍 錫、鍍銀等措施來防止材料表面的氧化。 焊件表面必須保持清潔 為了使焊錫和焊件達到良好的結合，焊接表面一定要保持清潔。即使是可焊 性良好的焊件，由于儲存或被污染，都可能在焊件表面產生對浸潤有害的氧化膜 和油污。在焊接前務必把污膜清除干凈，否則無法保證焊接質量。金屬表面輕度 的氧化層可以通過焊劑作用來清除，氧化程度嚴重的金屬表面，則應采用機械或 化學方法清除，例如進行刮除或酸洗等。 要使用合適的助焊劑 助焊劑的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工藝，應該選擇不同的 助焊劑，如鎳鉻合金、不銹鋼、鋁等材料，沒有專用的特殊焊劑是很難實施錫焊 的。在焊接印制電路板等精密電子產品時，為使焊接可靠穩(wěn)定，通常采用以松香 為主的助焊劑。一般是用酒精將松香溶解成松香水使用。 焊件要加熱到適當的溫度 基于單片機的 pwm 調光 18 焊接時，熱能的作用是熔化焊錫和加熱焊接對象，使錫、鉛原子獲得足夠的 能量滲透到被焊金屬表面的晶格中而形成合金。焊接溫度過低，對焊料原子滲透 不利， 無法形成合金， 極易形成虛焊； 焊接溫度過高， 會使焊料處于非共晶狀態(tài)， 加速焊劑分解和揮發(fā)速度，使焊料品質下降，嚴重時還會導致印制電路板上的焊 盤脫落。 需要強調的是，不但焊錫要加熱到熔化，而且應該同時將焊件加熱到能夠熔 化焊錫的溫度。 合適的焊接時間 焊接時間是指在焊接全過程中，進行物理和化學變化所需要的時間。它包括 被焊金屬達到焊接溫度的時間、焊錫的熔化時間、助焊劑發(fā)揮作用及生成金屬合 金的時間幾個部分。當焊接溫度確定后，就應根據被焊件的形狀、性質、特點等 來確定合適的焊接時間。焊接時間過長，易損壞元器件或焊接部位；過短，則達 不到焊接要求。一般，每個焊點焊接一次的時間最長不超過 5s。 4.44.44.44.4調試完善各元件功能調試完善各元件功能調試完善各元件功能調試完善各元件功能 焊接完成后，用萬用表檢查電路，發(fā)現按鍵開關沒有接到對應一組引腳上， 也就是常開、按下后接通的連個引腳。調換引腳后，按鍵開關焊接正確。 經過各元件裝配焊接流程后，試用電腦 usb 輸出電源，按順序按下功能開 關后沒有點亮發(fā)光二極管。改用 5v 電源適配器后，正常工作。原因可能是電腦 輸出電壓低于 5v，導致晶振沒有起振。 點亮八只發(fā)光二極管后發(fā)現，其中一只二極管的亮度低于其它七只。更換該 發(fā)光二極管后，八只發(fā)光二極管亮度達到一致。原因是在未焊接之前，檢查發(fā)光 二極管時，將很大的電壓加在了二極管兩端，損壞了該二極管原有的特性。 當所有元件能正常工作后，發(fā)現三個按鍵開關位置不合理，確定三個按鍵開 關所接單片機引腳的功能后，調換到與實物成果圖（見附錄）一致的合適位置。 基于單片機的 pwm 調光 19 結束語結束語 經過元件的組裝，焊接，調試操作，各功能按設計理論實現。 2011 年月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，經過長時間的寫作到現在論文基 本完成。論文的寫作是一個長期的過程，需要不斷的進行精心的修改，不斷地去 研究各方面的文獻，認真總結。歷經了這么久的努力，終于完成了畢業(yè)論文。 在 這次畢業(yè)論文的寫作的過程中，我擁有了無數難忘的感動和收獲。12 月初，在 與導師的交流討論中我的題目定了下來。 寫作畢業(yè)論文是我們每個大學生必須經 歷的一段過程，也是我們畢業(yè)前的一段寶貴的回憶。當我們看到自己的努力有收 獲的時候，總是會有那么一點點自豪和激動。任何事情都是這樣子，需要我們腳 踏實地的去做，一步一個腳印的完成，認真嚴謹，有了好的態(tài)度才能做好一件事 情， 一開始都覺得畢業(yè)論文是一個很困難的任務， 大家都難免會有一點畏懼之情， 但是經過長時間的努力和積累，經過不斷地查找資料后總結，我們都很好的按老 師的要求完成了畢業(yè)論文的寫作，這種收獲的喜悅相信每個人都能夠體會到。 這 是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，相信對我未來的學習和工作有 基于單片機的 pwm 調光 20 很大的幫助。在這次畢業(yè)論文中同學之間互相幫助，共同商量相關專業(yè)問題,這 種交流對于即將面臨畢業(yè)的我們來說是一次很有意義的經歷,大學四年都一起走 過了,在最后我們可以聚在一起討論學習,研究專業(yè)問題,進而更好的了解我們每 個人的。 興趣之所在,明確我們的人生理想,進而在今后的生活和工作中更好的發(fā)揮 自己的優(yōu)勢,學好自己的專業(yè),成為一個對于社會有用的人.在此更要感謝我的專 業(yè)老師，是你們的細心指導和關懷，使我能夠順利的完成畢業(yè)論文。老師對于學 生總是默默的付出,盡管很多時候我們自己并沒有特別重視論文的寫作,沒有按 時完成老師的任務,但是老師還是能夠主動的和我們聯系