基于PWM调光的多功能LED台灯设计
时间:04-25
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直接改变流过LED 电流的大小来实现亮度调节,除了亮度会改变以外,也会影响白光的质量,即不同电流下发出的白光存在色偏。因此,本设计采用PWM 调光方案,PWM 调光的基本原理是保持LED 正向导通电流恒定,而通过控制电流导通和关断的时间比例,即改变输入脉冲信号的占空比,使LED 产生亮暗变化;并利用人眼的视觉残留效应,当LED 亮暗变化频率大于120Hz 时,人眼就不会感觉到闪烁,而看到是LED 的平均亮度。PWM 调光的优势是LED 正向导通的电流是恒定的,LED 的色度就不会像模拟调光时产生变化。
PT4115 恒流驱动输出的电流值计算公式为:
IOUT =(0.1×D)/ Rs (D 为方波信号占空比,Rs 为限流电阻。
本设计 LED 光源采用20 只小功率白光LED 灯珠并联方式,且每只LED 灯珠额定电流为20mA,则PT4115 恒流驱动输出最大电流IOUT 应为400mA,因此Rs 选取0.25 Ω 电阻。
L1 为镇流电感,选取68μ H,用于稳定通过LED 的电流。D1 是续流二极管,当芯片内部MOS 管截止状态时为储存在电感L1 中的电流提供放电回路;由于工作在高频状态,D1 选用正向压降小且恢复速度快的肖特基二极管SS24.
PWM 脉冲信号则由单片机P1.1 产生,其高低电平决定LED 的通断状态。将定时器T0溢出中断定为1/2500 秒(即400μ S),每10 次脉冲作为一个周期,即频率为250HZ.这样,在每1/250 秒的方波周期中,通过改变方波的输出占空比,从而实现LED 灯的10 级亮度调节,即LED 亮度等级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为1 时,占空比为1/10,亮度最低,其调光原理如图4 所示;当高电平脉冲为10 时,占空比为1,LED亮度最高。
时钟系统采用高性能的DS12C887 时钟芯片,该芯片功能丰富,使用简单,是一款高精度实时时钟芯片;其可以自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息,具有闰年补偿及闹钟(定时)功能,并且内部自带有锂电池,外部掉电时,仍可维持时钟准确,其内部时间信息能够保持10 年之久;外部系统断电后,用户无需重新设定时间。
DS12C887 时钟芯片有两种总线工作模式,即Motorola 和Intel 模式。本设计选用Intel模式,即将芯片第一引脚MOT 接GND.同时,时钟系统设置为24 小时模式,寄存器存储模式选为二进制格式。P0.0~P0.7 连接其地址数据复用端口AD0~AD7.P2.0~P2.3 分别连接芯片片选端CS、地址选通输入端AS、读/写输入端R/W 与数据选择端DS.
P3.2 连接中断请求输出端IRQ,用于处理闹钟中断。该时钟接口电路如图5 所示。
显示系统采用1602 字符型液晶。该液晶可显示两行,每行显示16 个字符;且体积小、能耗低、操作简单;适合于本设计所需数字、英文字母以及特殊符号的显示要求。通过单片机控制1602 液晶实现首行年、月、日、星期显示,第二行时、分、秒以及环境温度显示。
本系统 1602 液晶采用并行操作方式,P0.0~P0.7 通过借助10K 的上拉电阻连接其数据端口DB0~DB7,P0 口同时也连接着DS12C887 的数据地址端口,由于各自片选信号不同,选中时操作对应芯片将不会造成操作冲突。P2.5~P2.6 分别连接1602液晶的使能端E、读/写选择端RW、数据/命令选择端RS.第3 引脚为液晶显示对比度调节端,通过10K 滑动变阻器接地,用于调节液晶的显示亮度。第15 管脚背光源正极BLA通过10 欧电阻接地,第16 管脚背光源负极BLK 接地。该液晶接口电路如图6 所示。
温度检测系统选用DALLAS 公司“一线总线”接口的数字温度传感器DS18B20,该传感器具有微型化、低功耗、高性能等优点,可直接将温度转化成串行数字信号处理,测温范围为-55~125℃,最高分辨率可达0.0625℃。DS18B20 共有三个引脚电源正VCC、电源负GND 和信号输入输出口DQ.R3 为4.7K 的上拉电阻,用于保证单片机与DS18B20 通讯时高低电平准确的被单片机机和DS18B20 识别。单片机P3.0 口通过R3 连接DQ 端口实现温度数据的采集处理,并通过液晶屏实时显示。温度检测电路如图7 所示。
蜂鸣系统用于产生闹钟报警声以及按键提示音。由单片机P2.4 口控制PNP 三极管9012的通断实现对蜂鸣器声音控制;通过延迟函数实现蜂鸣报警声的长短音控制,长音‘滴’用于闹钟铃声,短音‘滴’用于按键提示音。蜂鸣系统电路如图8 所示。
按键控制系统由S2~S5 五个按键组成,分别为S2 时间设置键、S3 数值增大键、S4 数值减小键、S5 闹钟设置键以及S6 亮度调节键。S2 用于选择需要调整的时间日历以及闹钟参数,并作为时间日历参数的存储确认键。S3 与S4 用于调整被选参数值的大小。S5 用于闹钟查看与存储确认键。S6 用于LED 灯光10 级亮度的调节键。按键系统电路如图9 所示。
PT4115 恒流驱动输出的电流值计算公式为:
IOUT =(0.1×D)/ Rs (D 为方波信号占空比,Rs 为限流电阻。
本设计 LED 光源采用20 只小功率白光LED 灯珠并联方式,且每只LED 灯珠额定电流为20mA,则PT4115 恒流驱动输出最大电流IOUT 应为400mA,因此Rs 选取0.25 Ω 电阻。
L1 为镇流电感,选取68μ H,用于稳定通过LED 的电流。D1 是续流二极管,当芯片内部MOS 管截止状态时为储存在电感L1 中的电流提供放电回路;由于工作在高频状态,D1 选用正向压降小且恢复速度快的肖特基二极管SS24.
PWM 脉冲信号则由单片机P1.1 产生,其高低电平决定LED 的通断状态。将定时器T0溢出中断定为1/2500 秒(即400μ S),每10 次脉冲作为一个周期,即频率为250HZ.这样,在每1/250 秒的方波周期中,通过改变方波的输出占空比,从而实现LED 灯的10 级亮度调节,即LED 亮度等级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为1 时,占空比为1/10,亮度最低,其调光原理如图4 所示;当高电平脉冲为10 时,占空比为1,LED亮度最高。
图 4 PWM 调光原理图
1.3 时钟系统时钟系统采用高性能的DS12C887 时钟芯片,该芯片功能丰富,使用简单,是一款高精度实时时钟芯片;其可以自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息,具有闰年补偿及闹钟(定时)功能,并且内部自带有锂电池,外部掉电时,仍可维持时钟准确,其内部时间信息能够保持10 年之久;外部系统断电后,用户无需重新设定时间。
DS12C887 时钟芯片有两种总线工作模式,即Motorola 和Intel 模式。本设计选用Intel模式,即将芯片第一引脚MOT 接GND.同时,时钟系统设置为24 小时模式,寄存器存储模式选为二进制格式。P0.0~P0.7 连接其地址数据复用端口AD0~AD7.P2.0~P2.3 分别连接芯片片选端CS、地址选通输入端AS、读/写输入端R/W 与数据选择端DS.
P3.2 连接中断请求输出端IRQ,用于处理闹钟中断。该时钟接口电路如图5 所示。
图5 时钟系统电路图
1.4 液晶显示系统显示系统采用1602 字符型液晶。该液晶可显示两行,每行显示16 个字符;且体积小、能耗低、操作简单;适合于本设计所需数字、英文字母以及特殊符号的显示要求。通过单片机控制1602 液晶实现首行年、月、日、星期显示,第二行时、分、秒以及环境温度显示。
本系统 1602 液晶采用并行操作方式,P0.0~P0.7 通过借助10K 的上拉电阻连接其数据端口DB0~DB7,P0 口同时也连接着DS12C887 的数据地址端口,由于各自片选信号不同,选中时操作对应芯片将不会造成操作冲突。P2.5~P2.6 分别连接1602液晶的使能端E、读/写选择端RW、数据/命令选择端RS.第3 引脚为液晶显示对比度调节端,通过10K 滑动变阻器接地,用于调节液晶的显示亮度。第15 管脚背光源正极BLA通过10 欧电阻接地,第16 管脚背光源负极BLK 接地。该液晶接口电路如图6 所示。
图6 液晶系统电路图
1.5 温度检测系统温度检测系统选用DALLAS 公司“一线总线”接口的数字温度传感器DS18B20,该传感器具有微型化、低功耗、高性能等优点,可直接将温度转化成串行数字信号处理,测温范围为-55~125℃,最高分辨率可达0.0625℃。DS18B20 共有三个引脚电源正VCC、电源负GND 和信号输入输出口DQ.R3 为4.7K 的上拉电阻,用于保证单片机与DS18B20 通讯时高低电平准确的被单片机机和DS18B20 识别。单片机P3.0 口通过R3 连接DQ 端口实现温度数据的采集处理,并通过液晶屏实时显示。温度检测电路如图7 所示。
图7 温度检测电路图
1.6 蜂鸣系统蜂鸣系统用于产生闹钟报警声以及按键提示音。由单片机P2.4 口控制PNP 三极管9012的通断实现对蜂鸣器声音控制;通过延迟函数实现蜂鸣报警声的长短音控制,长音‘滴’用于闹钟铃声,短音‘滴’用于按键提示音。蜂鸣系统电路如图8 所示。
图8 蜂鸣系统电路图
1.7 按键系统按键控制系统由S2~S5 五个按键组成,分别为S2 时间设置键、S3 数值增大键、S4 数值减小键、S5 闹钟设置键以及S6 亮度调节键。S2 用于选择需要调整的时间日历以及闹钟参数,并作为时间日历参数的存储确认键。S3 与S4 用于调整被选参数值的大小。S5 用于闹钟查看与存储确认键。S6 用于LED 灯光10 级亮度的调节键。按键系统电路如图9 所示。
LED 二极管 单片机 PWM 电路 电阻 电容 电路图 电流 电压 电感 总线 传感器 三极管 稳压电源 温度传感器 相关文章:
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