單片機(jī)課程設(shè)計-觸控調(diào)光燈

1、單片機(jī)課程設(shè)計緒論隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,人們生活水平得到了提高,設(shè)備逐漸完善。臺燈是生活中的伴侶，我們是不喜歡與強(qiáng)烈的光線打交道的，因為強(qiáng)光對人身體是有害的，為了大家能健康地生活與工作，設(shè)計師也想出了一個較為完美的構(gòu)思，就是臺燈的出現(xiàn)，它的出現(xiàn)讓很多朋友們得到了滿意的效果，但是生活中沒有完美的東西，臺燈亦不例外，這就需要我們的改進(jìn)。例如，很多時候我們并不需要讓臺燈處于全亮狀態(tài)，有時候我們只需要微弱的光照即可，過強(qiáng)的光線反而會對使用者造成不必要的干擾，而且這也是對電能的一大浪費(fèi)。此外，關(guān)于開關(guān)的使用壽命，也是影響臺燈的耐用性的另一個問題。因此，本設(shè)計的指導(dǎo)思想就是讓臺燈更耐用、更好

2、用且能夠調(diào)節(jié)亮度，解決過高的亮度對使用者的干擾同時也是為了節(jié)能，以及解決普通機(jī)械開關(guān)易損壞的問題。對于觸模式臺燈，手一觸到臺燈的感應(yīng)部位燈就會自動亮，如果多觸摸幾下，臺燈就會達(dá)到最亮的極限，這樣就可以調(diào)節(jié)了臺燈的亮度也避免了開關(guān)易壞導(dǎo)致的調(diào)節(jié)亮度易失靈的問題。 本文介紹了觸摸式臺燈調(diào)光電路的設(shè)計及工作過程。本設(shè)計目的是通過設(shè)計工作熟悉觸摸式調(diào)光燈電路基本構(gòu)成與基本工作原理，并能將這些技術(shù)應(yīng)用實際系統(tǒng)設(shè)計，提高自己對電路知識的認(rèn)識。一、系統(tǒng)工作原理本設(shè)計采用STC公司的12系列單片機(jī)為控制芯片，配合外圍電路進(jìn)行對觸摸按鍵的檢測及對臺燈亮度和開關(guān)的控制，利用單片機(jī)產(chǎn)生不同占空比的PWM方

3、波實現(xiàn)對燈光的亮暗控制。此外，本設(shè)計的觸控功能的實現(xiàn)則是利用單片機(jī)的I/O口的開漏模式且未加上拉電阻，在此模式下I/O更容易接受外界微弱的電平，更容易受到手指的干擾。本設(shè)計中，在被設(shè)置成開漏的I/O口要在單片機(jī)讀該口前將其置1，使其成為高阻狀態(tài)，當(dāng)I/O接口被設(shè)置到高阻輸入狀態(tài)時，I/O接口就是純電平輸入狀態(tài)，在接口懸空時為低電平，當(dāng)有手指觸摸到I/O接口時，手指上的微弱電流會使I/O接口跳變到高電平，只要讀出I/O接口的電平高低就可以了解是否有觸摸操作，然后加一段按鍵去抖程序后去調(diào)整與PWM占空比相關(guān)的數(shù)值，從而實現(xiàn)燈光亮度的連續(xù)可調(diào)。二、系統(tǒng)硬件組成本設(shè)計中所采用的芯片有STC公司的小型封

4、裝插件式單片機(jī)STC12C2052AD、AMS1117 5.0降壓穩(wěn)壓IC、以及若干二極管、三極管，電阻電容等元器件。其中：2.1 控制部分STC12C2052AD單片機(jī)的引腳位置與用途如圖2-1所示：圖2-1 STC12C2050AD引腳圖STC12C2052AD系列單片機(jī)是單時鐘機(jī)器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成復(fù)位電路其優(yōu)點有以下幾個方面：1.性價比高  采用STC12系列單片機(jī)可以省掉復(fù)位電路、外部數(shù)據(jù)存儲器(如24Cxx系列芯片)，某些場合還可以省掉晶振，電路簡單、價格低廉。 

5、;2.速度快 STC12系列單片機(jī)為單時鐘機(jī)器周期(1T)，一些指令執(zhí)行速度是傳統(tǒng)8051的24倍，最低的也是3倍。 3.安全性好  目前，很難破譯STC12系列單片機(jī)加密程序，加之用戶數(shù)據(jù)可以保存到單片機(jī)內(nèi)部，解密者很難通過用戶數(shù)據(jù)分析單片機(jī)的運(yùn)行狀況。 4.可以直接代替8051針對傳統(tǒng)8051單片機(jī)開發(fā)的程序，可以直接用于STC12系列單片機(jī)，無須重新編寫。在本設(shè)計中，單片機(jī)的I/O口的P3.4、P3.5、P3.7均在程序中設(shè)定為開漏模式，以連接外部觸摸板來分別實現(xiàn)對燈光的關(guān)閉、漸亮、漸暗的控制。單片機(jī)的P1.7口被程序設(shè)定為PWM方波輸出口，用來連

6、接驅(qū)動燈光的驅(qū)動部分。圖2-2為本設(shè)計控制部分的原理圖：圖2-2 控制部分原理圖由于此次設(shè)計采用8V電壓供電，為安全起見，單片機(jī)的輸出端和接地端均與后面的驅(qū)動部分用二極管1N4148進(jìn)行單向隔離，此外，本設(shè)計還預(yù)留了程序下載接口，方便日后功能的增強(qiáng)和對程序的調(diào)試。2.2 驅(qū)動部分驅(qū)動部分我采取的是用NPN型功率三極管13003級聯(lián)搭建成的達(dá)林頓驅(qū)動器，以實現(xiàn)對較大電流負(fù)載的驅(qū)動控制。由于所使用的LED燈頭內(nèi)無限流電阻，且實測其全亮發(fā)光時電流高達(dá)0.5A，為防止電流過大所引起的三極管過熱燒毀，因此在其負(fù)載回路串接了10 2.5W的限流電阻，以犧牲較小的光照強(qiáng)度來換取元件的安全。圖2-3為驅(qū)動電路

7、及LED接口的原理圖：圖2-3 驅(qū)動電路與LED接口其中三極管13003為NPN型硅晶體管、功率開關(guān)三極管，主要用于：日光燈、電子鎮(zhèn)流器、充電器等高壓功率開關(guān)電路。其參數(shù)為：（TO-92封裝）1. 芯片面積：1.63×1.63（特制芯片）2. 額定電流：1.5 A（加大電流品種）3. 飽和壓降低、熱性能好、反向擊穿電壓高、漏電流小。4. 13003最大額定值如表2-1：表2-1 三極管13003最大額定值因此，用三極管13003來搭建驅(qū)動電路能為負(fù)載提供足夠的電流，能使LED發(fā)出足夠的光照強(qiáng)度供照明使用。2.3 電源部分本設(shè)計之初經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)若用單節(jié)18650鋰電池供電，雖然也能正常工

8、作（即觸控調(diào)光可用），但由于三極管等驅(qū)動部分電路存在較大電壓降，導(dǎo)致即使控制狀態(tài)為全亮，但實際的照明亮度卻很低。后經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)采取兩節(jié)18650串聯(lián)成8V供電后LED及驅(qū)動部分均能正常工作（單節(jié)18650鋰電池滿電狀態(tài)下實測電壓在4.1V左右），單片機(jī)部分則用降壓穩(wěn)壓芯片AMS1117供電，兩路不同電壓電路再采取適當(dāng)隔離后，整個控制驅(qū)動板即能正常工作。其供電、降壓以及電源指示電路如圖2-4所示：圖2-4 電源及指示部分原理圖其中：AMS1117是一個正向低壓降穩(wěn)壓器，在1A電流下壓降為1.2V。AMS1117有兩個版本：固定輸出版本和可調(diào)版本，固定輸出電壓為1.5V、1.8V、2.5V、2.85

9、V、3.0V、3.3V、5.0V,具有1的精度；固定輸出電壓為的精度為，其內(nèi)部集成過熱保護(hù)和限流電路，是電池供電和便攜式計算機(jī)的最佳選擇。AMS1117參數(shù)如下：1.輸入電壓 最大： 18V2.輸出電流 最大： 1A3.輸出電壓 ： 5.0V4.功耗 ：5W5.輸入電壓 最?。?6.2V6.封裝類型： SOT-223，SOT-897.工作溫度范圍： -20°C to +125°C(也有0°C to +125°C)由于本設(shè)計采取電池純直流供電，所以可以省去AMS1117周圍的濾波電容等元件及其電路連線，讓整個控制板更小巧，以便能順利裝入空間不大的臺燈底座，

10、經(jīng)實測，降壓穩(wěn)壓芯片AMS1117能正常穩(wěn)定工作。三、系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)的軟件部分分為按鍵檢測部分和PWM方波生成部分。其中，系統(tǒng)的軟件流程圖如圖3-1所示：3.1 系統(tǒng)流程圖圖3-1 系統(tǒng)軟件流程圖STC12C2052AD系列單片機(jī)所有I/O口均可由軟件配置成種類型之一，如表3-1所示。種類型分別為：準(zhǔn)雙向口（標(biāo)準(zhǔn)輸出模式）、推挽輸出、僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。每個口配置個控制寄存器控制每個引腳輸出類型。STC12C2052AD系列單片機(jī)上電復(fù)位后為準(zhǔn)雙向口（標(biāo)準(zhǔn)8051輸出模式）模式。其中P3口設(shè)定（P3.7，X,P3.5，P3.4，P3.3，P3.2，P3.1，P3.0，無P3.6口

11、）如下表：表3-1 STC12C2052AD I/O口配置方式在本設(shè)計中P3口的配置為P3M0=0xb0; P3M1=0xb0;即： P3.5，P3.4,P3.7為開漏輸入，其余為普通雙向I/O口3.2 系統(tǒng)程序/*文件名 ：LED調(diào)光修改調(diào)試 ：春陽最后修改 ：2015.11.17功能 ：觸控調(diào)光臺燈備注 ：此次設(shè)計采用定時器0生成PWM信號，另外，stc12系列頭文件，type.h則在本主程序下方*/#include "stc12c5a.h" /stc12系列單片機(jī)總頭文件，其包含各I/O口位定義#include "type.h"/見文檔末尾#def

12、ine FRE 22118400#define TIME_FRE 10000000 /計時1/10000000=0.0000001s=0.0001ms (此時間是用來加快LED閃爍頻率）#define T0RELOAD (65536 - (FRE / TIME_FRE)/*初始化變量*/volatile U32 SYS_TIME = 0;volatile U32 LED_PWM = 0;/*函數(shù)名：毫秒級CPU延時函數(shù)調(diào) 用：delay(?);參 數(shù)：165535（參數(shù)不可為0）返回值：無結(jié) 果：占用CPU方式延時與參數(shù)數(shù)值相同的毫秒時間備 注：應(yīng)用于1T單片機(jī)時i<600，應(yīng)用于12T

13、單片機(jī)時i<125*/ void delay(unsigned int a) unsigned int i; while( -a != 0) for(i = 0; i < 600; i+); /*函數(shù)名：定時器0初始化函數(shù)調(diào) 用：Timer0_Init()；參 數(shù)：無返回值：無結(jié) 果：設(shè)置定時器0工作方式備 注：*/void Timer0_Init() TMOD &= 0XF0; TMOD |= 0X01; /定時器0的16位計數(shù)方式 TH0 = T0RELOAD / 256; TL0 = T0RELOAD % 256; AUXR |= 0X80; / 計數(shù)器0時鐘為Fos

14、c,即1T PT0 = 1; / 定時器0優(yōu)先級控制位, 1 為高優(yōu)先級 0 為低優(yōu)先級 EA = 1; /開總中斷 ET0 = 1; /開定時器0中斷 TR0 = 1; /啟動定時器0/*函數(shù)名：主函數(shù)調(diào) 用：無參 數(shù)：無返回值：無結(jié) 果：程序開始處，無限循環(huán)備 注：觸控調(diào)光臺燈主程序，包含按鍵檢測及占空比調(diào)節(jié)*/void main() Timer0_Init(); P3M0=0xb0; /P3口配置：P3.7，P3.5，P3.4為開漏輸入，其余為普通雙向I/O口 P3M1=0xb0; while(1) P34 = 1; /p3.4置為開漏高阻態(tài)if(P34 = 1) / KEY1 直接關(guān)燈

15、鍵delay(2); /延時消抖if(P34 = 1)LED_PWM = 0; / 熄滅LED P35 = 1; /p3.5置為開漏高阻if(P35 = 1) / KEY2 按鍵一直按著，LED逐漸變亮delay(2); /延時消抖if(P35 = 1)if(LED_PWM < 100)LED_PWM +; /燈光漸亮P37 = 1; /p3.7置為開漏高阻if(P37 = 1) / KEY3 按鍵一直按著，LED逐漸變暗delay(2); /延時消抖if(P37 = 1)if(LED_PWM >0)LED_PWM -; /燈光漸暗 /*函數(shù)名：T0定時器中斷服務(wù)程序調(diào) 用：無參

16、數(shù)：無返回值：無結(jié) 果：提供PWM波輸出I/O口的電平翻轉(zhuǎn)備 注：*/void Timer0_Routine() interrupt 1 TH0 = T0RELOAD / 256; TL0 = T0RELOAD % 256; SYS_TIME +; if(SYS_TIME < LED_PWM) P17 = 1; /點亮LED else P17 = 0; /關(guān)閉LED if(SYS_TIME > 100) SYS_TIME = 0;/* type.h */#ifndef _TYPE_H_#define _TYPE_H_ typedef unsigned char U8;typedef

17、 signed char S8;typedef unsigned int U16;typedef signed int S16;typedef unsigned long U32;typedef signed long S32; #endif四、總結(jié)與體會經(jīng)過一段時間的焊接與調(diào)試，總算把臺燈制作完成，期間也經(jīng)歷過各種意想不到的問題。就以三極管搭建的達(dá)林頓驅(qū)動來說，在找到功率三極管13003之前，我只找到了一堆9014，由于三極管9014的功率有限，無法承受燈頭20多個LED帶來的0.5A的強(qiáng)大電流，即使使用了幾對分立元件搭建的達(dá)林頓也一樣，表現(xiàn)均是高度發(fā)熱，用萬用表實測溫度已高達(dá)130，所以根

18、本無法用在實際應(yīng)用當(dāng)中。由于電流過大，所以也無法使用集成達(dá)林頓IC，直到找到能允許較大功率的三極管13003后，才使得整個系統(tǒng)的溫升控制在能接受的范圍。歸其原因就在于所使用的LED燈頭，此燈頭來自一電源報廢的商品LED充電臺燈，由于燈頭的LED僅僅采用并聯(lián)的做法做在一塊專用PCB板上，上面無任何限流保護(hù)措施才導(dǎo)致此次制作LED工作時電流過大，以至于在尋找驅(qū)動方法上費(fèi)了好大功夫。本次的課程設(shè)計不但順利完成，而且所制作的調(diào)光臺燈很實用，也整好滿足我的日常需求。由于設(shè)計過程中除單片機(jī)外大部分器件均來自廢舊電路板上的拆機(jī)件，經(jīng)檢測性能正常后裝進(jìn)控制板。包括所用的功率三極管13003就是在一廢舊電子鎮(zhèn)流器