LED臺(tái)燈及亮度調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì)

1、分 類(lèi) 號(hào)：TP311學(xué)校代碼：11460學(xué) 號(hào)：10090228南京曉莊學(xué)院本科生畢業(yè)論文LED臺(tái)燈及亮度調(diào)節(jié)電路設(shè)計(jì) The circuit design of LED lamp and brightness adjustment 所在系（院）： 物理與電子工程學(xué)院學(xué) 生： 吳 娟指 導(dǎo) 教 師： 劉學(xué)明 研究起止日期：二一三年十一月至二一四年五月 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：1.堅(jiān)持以“求實(shí)、創(chuàng)新”的科學(xué)精神從事論文寫(xiě)作工作。2.本論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和獲得的研究成果。3.本論文中除引文和致謝的內(nèi)容外，有對(duì)前人成果的借鑒和吸納。4.其他同學(xué)和導(dǎo)師對(duì)本文研究所做的貢獻(xiàn)

2、均已在本論文中發(fā)表了聲明并表示了謝意。 作者簽名：吳娟 2014年 4 月 18 日 摘 要LED又被叫做發(fā)光二極管，是一種新式光源，擁有綠色環(huán)保、高效節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)等其他普通光源無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。作為綠色照明的光源產(chǎn)品，代表著未來(lái)照明技術(shù)的發(fā)展前景,相信在不久的將來(lái)，LED燈會(huì)有更加廣闊的市場(chǎng)。為了實(shí)現(xiàn)LED的照明和調(diào)光功能，本文以STC89C51單片機(jī)為核心控制芯片，利用PWM技術(shù)，通過(guò)調(diào)整PWM的占空比來(lái)控制電流，從而達(dá)到對(duì)LED燈的亮度的控制調(diào)節(jié)。本文給出了各模塊硬件電路的設(shè)計(jì)，并編寫(xiě)了相應(yīng)的軟件控制程序。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；PWM；LED燈；硬件電路；軟件程序Abstract LED i

3、s also known as light-emitting diode. It is a new type of light source and has the advantages of high efficiency and energy saving, green environmental protection and long service life that other common sources can not compare. As green lighting products, represent the future direction of developmen

4、t of lighting technology, I believe that in the near future, LED light will have a broader market. This paper introduces the STC89C51 chip to control the core, using PWM dimming technology, through adjusting the cycle of PWM and duty ratio to control current, and thus achieve the LED lighting contro

5、l to adjust the degree of light and dark, the LED lights to achieve PWM dimming control . This paper presents the design of hardware circuit of each module, and the preparation of the corresponding software control programKeywords:MCU; PWM; LED; hardware circuit; software program目 錄第一章 緒 論11.1 前言11.

6、2 論文結(jié)構(gòu)1第二章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)22.1 單片機(jī)的發(fā)展22.2 單片機(jī)的應(yīng)用2第三章PWM基本概述33.1 PWM簡(jiǎn)介33.2 PWM調(diào)光原理4第四章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)44.1 硬件結(jié)構(gòu)44.2.1 STC89C51芯片簡(jiǎn)介54.2.2 STC89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)64.2.3 STC89C51芯片引腳64.2.4 STC89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)84.3 LED臺(tái)燈的驅(qū)動(dòng)模塊及調(diào)光實(shí)現(xiàn)104.3.1 LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)104.3.2 調(diào)光實(shí)現(xiàn)114.4光電檢測(cè)模塊114.5 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換模塊124.6 手動(dòng)控制模塊144.7 指示電路模塊14第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)155.1

7、 程序流程圖155.2 軟件控制子程序介紹155.2.1 函數(shù)介紹155.2.2 子程序介紹16第六章 總結(jié)18致 謝19參考文獻(xiàn)20附錄一21附錄二22附錄三23附錄四24 南京曉莊學(xué)院2014屆本科畢業(yè)論文第一章 緒 論1.1 前言LED（Light Emitting Diode）也被稱(chēng)作發(fā)光二極管，是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它能夠直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心是一個(gè)半導(dǎo)體晶片，晶片的一端是負(fù)極，一端附在一個(gè)支架上，另外一端連接電源的正極，讓整個(gè)晶片被環(huán)氧樹(shù)脂封裝起來(lái)。半導(dǎo)體晶片包括三個(gè)部分，一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子，中間一般為1-5個(gè)周期的量子阱；

8、另外一端是P型半導(dǎo)體，在它內(nèi)部空穴占主導(dǎo)地位。當(dāng)電流經(jīng)過(guò)導(dǎo)線作用于這個(gè)晶片的時(shí)候，空穴和電子就會(huì)被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子與空穴復(fù)合，然后會(huì)以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。LED燈具有節(jié)能、壽命長(zhǎng)、適用性好等特點(diǎn)。單片機(jī)擁有應(yīng)用面廣、體積小、功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前正以前所未有的速度代替著傳統(tǒng)電子線路組成的經(jīng)典系統(tǒng)，蠶食著傳統(tǒng)模擬電路與數(shù)字電路固有的領(lǐng)地。這些優(yōu)勢(shì)為研究，應(yīng)用和開(kāi)發(fā)提供了便利前提。與此同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)為了解計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)和原理提供了最佳選擇。本篇論文介紹了采用STC12C5A60S2芯片為控制核心，采用PWM調(diào)光技術(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)PWM周期和占空比來(lái)控制電流，從而達(dá)到對(duì)L

9、ED燈亮度的控制調(diào)節(jié)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈的PWM調(diào)光控制。1.2 論文結(jié)構(gòu)本篇論文首先在本文第1章對(duì)本次課題LED臺(tái)燈及亮度調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)的背景和意義進(jìn)行闡述，并概述了論文結(jié)構(gòu)。第2章 介紹了單片機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括單片機(jī)的發(fā)展及其應(yīng)用。 第3章闡述了PWM調(diào)光技術(shù)。第4章詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，包括STC89C51主控電路結(jié)構(gòu)，光電檢測(cè)電路，A/D轉(zhuǎn)換，手動(dòng)控制電路和指示電路。第5章介紹設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，給出編譯程序并對(duì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)作出進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。第二章 單片機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)2.1 單片機(jī)的發(fā)展單片機(jī)是指在一個(gè)集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器、基本的I/O接口以及定時(shí)/計(jì)數(shù)、通信部件

10、，即在一個(gè)芯片上達(dá)到一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的基本功能。在20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)處于發(fā)展階段，集成電路正屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)代，各類(lèi)新工藝新材料還沒(méi)有成熟，單片機(jī)還仍然處于初級(jí)的發(fā)展階段，功能還比較單一，元件集成規(guī)模還較小，一般把CPU、一些簡(jiǎn)單的I/O口、RAM均集成到芯片上，它還要加上其他的外圍處理電路才能夠組成完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在1976年，INTEL公司引進(jìn)了MCS-48單片機(jī)，并推向市場(chǎng)，該單片機(jī)是真正的8位的單片微型計(jì)算機(jī)。它具備體積小，功能全，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛使用，奠定了單片機(jī)發(fā)展的基礎(chǔ)，成為單片機(jī)的發(fā)展歷史上的重要里程碑。到80年代，全球各大公司也都競(jìng)相開(kāi)發(fā)出了品種更多，功能更

11、強(qiáng)的單片機(jī)，大約有了幾十個(gè)系列，300多個(gè)品種，這個(gè)時(shí)候的單片機(jī)均才達(dá)到真正的單片化，多數(shù)都集成了CPU、ROM、RAM、多種中斷系統(tǒng)、數(shù)量眾多的I/O接口，此外甚至有一些具備A/D轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)，RAM和ROM的容量越來(lái)越大，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，甚至尋址空間可以達(dá)到64kB，可以說(shuō)，此時(shí)，單片機(jī)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)嶄新的階段，在更加廣泛的領(lǐng)域被應(yīng)用，越來(lái)越多的家用電器走向使用單片機(jī)來(lái)控制的智能化的發(fā)展道路。九十年代后，單片機(jī)已取得了迅速的發(fā)展，全球各大半導(dǎo)體公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具有更加強(qiáng)大功能的單片機(jī)。比如，美國(guó)的Microchip公司推出了一種與MCS-51完全不兼容的新一代的PIC系列單片機(jī)，受到

12、業(yè)界的普遍關(guān)注，特別的是，它的產(chǎn)品只有33條精簡(jiǎn)的指令集，因此吸引了很多用戶，讓人們從具有111條復(fù)雜指令集的INTEL中走出來(lái)。PIC系列單片機(jī)取得了迅速的發(fā)展，在單片機(jī)的業(yè)界中也擁有了有一席之地。在1990年，美國(guó)的INTEL公司發(fā)布了80960超級(jí)32位的單片機(jī)，引發(fā)了計(jì)算機(jī)界的轟動(dòng)，產(chǎn)品被相繼投放到市場(chǎng)中，成為了單片機(jī)發(fā)展歷史上的又擁有重要性的里程碑。2.2 單片機(jī)的應(yīng)用 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展及其在控制系統(tǒng)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，加上設(shè)備向智能化、小型化趨勢(shì)發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機(jī)因其具備體積較小、功能強(qiáng)大、價(jià)格低廉、使用靈活等優(yōu)點(diǎn)，所以顯示出很強(qiáng)的生命力。當(dāng)前，在我們生活中的各個(gè)

13、領(lǐng)域，幾乎都有單片機(jī)的蹤跡，單片機(jī)已經(jīng)滲透到了我們生活中的各個(gè)領(lǐng)域。與普通的集成電路相比，單片機(jī)能夠更好地適應(yīng)環(huán)境的濕度和溫度，具備更好的抗干擾的能力，在工業(yè)條件下可以穩(wěn)定的工作。并且，在各種儀器儀表中，單片機(jī)也同樣被廣泛地應(yīng)用，來(lái)讓儀器儀表達(dá)到智能化，從而提高它們的測(cè)量精度和速度，最終使控制功能加強(qiáng)。例如，MCS-51系列的單片機(jī)，可以用來(lái)控制“智能超聲波測(cè)厚儀”、“煙葉水分測(cè)試儀”、“船舶航行狀態(tài)自動(dòng)記錄儀”等。此外，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，單片機(jī)也被廣泛地應(yīng)用。比如，對(duì)工業(yè)上各種酸度、窯爐的溫度以及化學(xué)成分的測(cè)量和控制。將自動(dòng)控制技術(shù)、測(cè)量技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮了其數(shù)據(jù)處理功能和實(shí)

14、時(shí)控制功能，讓系統(tǒng)處于最佳的工作狀態(tài)，從而提高系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。第三章PWM基本概述3.1 PWM簡(jiǎn)介PWM（PulseWidthModulation）即脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調(diào)制，是一種采用微處理器的數(shù)字輸出，來(lái)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的技術(shù)，在通信、測(cè)量及功率變換與控制的很多領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。脈寬調(diào)制是一種模擬控制的方式，是依據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制MOS管柵極或晶體管基極的偏置，從而使MOS管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間發(fā)生改變，進(jìn)而使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出發(fā)出改變，這種方式下，當(dāng)工作條件發(fā)生變化時(shí)，電源的輸出電壓可以保持恒定，是一種采用微處理器的數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的技術(shù)。PWM控制技術(shù)是人們研

15、究的熱點(diǎn)，是一種在電力電子技術(shù)中最廣泛應(yīng)用的控制方式。由于電子技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM技術(shù)，包括：脈寬PWM法、相電壓控制PWM、線電壓控制PWM、隨機(jī)PWM、SPWM法等。PWM具有的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，處理器和被控系統(tǒng)信號(hào)均是由數(shù)字形式的，不需要再進(jìn)行數(shù)模的轉(zhuǎn)換。讓信號(hào)維持為數(shù)字的形式，噪聲的影響被降到了最小。只有在噪聲可以強(qiáng)到可以把邏輯0變成邏輯1或者將邏輯1變成邏輯0的時(shí)候，、才可以對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生一定的影響。相對(duì)于普通的模擬控制，PWM的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是增強(qiáng)了對(duì)噪聲的抵抗能力，這也成為在某些時(shí)刻在通信中應(yīng)用PWM的重要原因。把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)向PWM能夠大大地延長(zhǎng)通信的距離。在接收端，經(jīng)過(guò)

16、適當(dāng)?shù)腖C或RC網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)V除調(diào)制高頻的方波并且可以把信號(hào)還原成模擬形式?？傊?，PWM具有經(jīng)濟(jì)、節(jié)省空間、高抗噪性能等優(yōu)點(diǎn)，是可以在許多設(shè)計(jì)應(yīng)用中值得采用的有效技術(shù)。3.2 PWM調(diào)光原理本論文中控制LED燈的亮度由暗到亮或由亮到暗，采用的是PWM調(diào)光的方法。它把脈沖寬度都相同的脈沖列作為PWM的波形，利用改變脈沖列的周期來(lái)進(jìn)行調(diào)頻，改變脈沖的占空比來(lái)調(diào)壓，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)目刂品椒ň涂梢宰岆妷号c頻率協(xié)調(diào)變化。通過(guò)調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比可以進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制電流的目的。 本次設(shè)計(jì)中使用的是STC89C51芯片內(nèi)部自帶的PWM功能，由引腳P1.3實(shí)現(xiàn)?？梢允褂密浖绦騺?lái)調(diào)控波形的占空比，從而自動(dòng)檢測(cè)，

17、實(shí)現(xiàn)LED燈的亮度調(diào)節(jié)。第四章 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 硬件結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的電路圖包括光電檢測(cè)模塊，LED驅(qū)動(dòng)模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，STC89C51單片機(jī)主控電路模塊，手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制模塊和指示電路模塊。總體電路結(jié)構(gòu)方框圖如下圖1所示。本次設(shè)計(jì)是以STC89C51作為主控芯片，利用C51單片和PWM調(diào)光方式對(duì)LED臺(tái)燈進(jìn)行亮度調(diào)控。設(shè)置了手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。在自動(dòng)控制時(shí)，通過(guò)ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來(lái)間接測(cè)量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整PWM的占空比對(duì)LED的電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。在手動(dòng)控制時(shí)，分為兩檔，輸出不同的PWM占空比對(duì)LED的

18、電流進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)。 A/D轉(zhuǎn)換模塊 手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制模塊 模塊 STC89C51單片機(jī)主控電路模塊 光電檢測(cè) 模塊 指示電路 模塊 LED驅(qū)動(dòng)模塊 圖1 總體電路結(jié)構(gòu)方框圖 4.2 STC89C51單片機(jī)主控電路模塊4.2.1 STC89C51芯片簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)的控制核心是STC89C51芯片。STC89C51系列單片機(jī)是STC推出的新一代的8051單片機(jī)，具備高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾等特點(diǎn)。它的指令代碼和傳統(tǒng)的8051單片機(jī)完全兼容，但速度比普通的8051單片機(jī)要快。其內(nèi)部集成了ISP Flash存儲(chǔ)單元、MAX810專(zhuān)用的復(fù)位電路，4路PWM。 STC89C51單片機(jī)主

19、要集成的資源如下：1、 增強(qiáng)型6時(shí)鐘/機(jī)器周期，12時(shí)鐘/機(jī)器周期8051 CPU2、 工作頻率范圍：0 -35 MHz，相當(dāng)于普通8051 的0-420MHz.實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz.3、 工作電壓：3.4-5.5V（5V單片機(jī)）4、通用I/O口，復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉 每個(gè)I/O口的驅(qū)動(dòng)能力都能夠達(dá)到20mA，但整個(gè)芯片最大不要超過(guò)55mA5、512B的內(nèi)部存儲(chǔ)器RAM6、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，可通過(guò)串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片7、在內(nèi)部，集成了MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路（外部晶體20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電

20、路）8、2個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T0、T1） 9、時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器 在常溫下，內(nèi)部R/C振蕩器的頻率可為5.2MHZ-6.8MHZ10、外部中斷2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒11、 4路PWM/PCA(可編程計(jì)數(shù)器陣列)12、通用異步串行口（UART）13、封裝：PLCC-44，PDIP-40，LQFP-444.2.2 STC89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C51單片機(jī)的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2所示。STC89C51單片機(jī)中包含中央處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(SRAM)、程序存儲(chǔ)器(Fla

21、sh)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、UART串口、串口2、I/O接口、高速A/D轉(zhuǎn)換、SPI接口、PCA、看門(mén)狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。STC89C51單片機(jī)，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需要的所有的單元模塊，可以稱(chēng)得上是一個(gè)片上系統(tǒng)。圖2 STC89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4.2.3 STC89C51芯片引腳STC89C51單片機(jī)的引腳圖如下圖3所示。 圖3 STC89C51引腳圖各引腳功能介紹如下：VCC:電源正極GND:電源負(fù)極，接地P0-P3口:8位雙向I/O口,其功能用途由軟件程序定義。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如表1所示：RST：復(fù)位腳，

22、外接電阻電容組成的復(fù)位電路。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí)，要保持RST引腳有兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間ALE:地址鎖存允許。當(dāng)進(jìn)行訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用來(lái)鎖存地址的低位字節(jié)。在進(jìn)行FLASH編程時(shí)，該引腳用于輸入編程脈沖。平常情況下，ALE端以不改變的頻率周期來(lái)輸出正脈沖信號(hào)，該頻率是振蕩器頻率的1/6。因此，它可以用作對(duì)外部輸出的脈沖或者用于定時(shí)目的。/VPP:外部訪問(wèn)允許。欲使CPU僅訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器(地址為0000H-FFFFH)。EA端必須保持低電平(接地)。Flash存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓VCCXTAL1：內(nèi)

23、部時(shí)鐘電路反相振蕩放大器的輸入端，接外部晶振的一個(gè)引腳。直接用外部時(shí)鐘源時(shí)，該引腳是外部時(shí)鐘源的輸入端XTAL2：內(nèi)部時(shí)鐘電路反相振蕩放大器的輸出端，接外部晶振的另一端。表1 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD（串行輸入口)P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外中斷0）P3.2INT0（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)0）P3.5T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）4.2.4 STC89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)及其所需要的必要的電源、時(shí)鐘、復(fù)位等部件，能使單片機(jī)始終處于正常的運(yùn)行狀態(tài)。電源、時(shí)鐘

24、等電路是使單片機(jī)能運(yùn)行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展、A/D擴(kuò)展等，使單片機(jī)完成較復(fù)雜的功能。 單片機(jī)STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機(jī)，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠。用STC89C51單片機(jī)構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，只要將單片機(jī)接上時(shí)鐘電路和復(fù)位電路即可，結(jié)構(gòu)如下圖4所示。復(fù)位電路時(shí)鐘電路 圖4 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理框圖 本設(shè)計(jì)中STC89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)原理圖如下圖5所示。圖5 STC89C51單片機(jī)的最小系統(tǒng)原理圖（1） 復(fù)位電路單片機(jī)復(fù)位的條件是：?jiǎn)纹瑱C(jī)的復(fù)位引腳處于高電平；單片機(jī)的復(fù)位引腳要一定時(shí)間長(zhǎng)度處于高電平（時(shí)間t

25、由R和C決定）。本設(shè)計(jì)中采用上電自動(dòng)復(fù)位方式，電路圖如下圖6所示復(fù)位電容C3=10uF,上拉電阻R11=10K,所以充電時(shí)間t=R2*C1=(10*1000)*(10/1000000)=0.1S。當(dāng)上電的瞬間，電容C1的充電電流達(dá)到最大，此時(shí)電容相當(dāng)于短路，因此RESET端(引腳9)為高電平，自動(dòng)復(fù)位；經(jīng)過(guò)0.1S后，當(dāng)電容兩端的電壓達(dá)到電源電壓的時(shí)候，電容的充電電流變?yōu)?，此時(shí)電容相當(dāng)于開(kāi)路，RST端為低電平，這時(shí)程序正常運(yùn)行。圖6 STC89C51復(fù)位電路（2） 時(shí)鐘電路STC89C51單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時(shí)鐘方式，二是外部時(shí)鐘方式。本設(shè)計(jì)采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖

26、7所示。在STC89C51單片機(jī)內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機(jī)的X1(18)和X2(19)引腳外接石英晶體(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖中電容C1和C2的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振，電容值為30pF。晶振Y1的振蕩頻率為11.0529MHZ，因此其時(shí)鐘周期是1/11.0529=0.091us,機(jī)器周期約為1us（12倍的時(shí)鐘周期）。圖7 STC89C51時(shí)鐘電路 由于STC89C51單片機(jī)的P0口是開(kāi)漏的，除了復(fù)位電路和時(shí)鐘電路外，還在P0口加了上拉電阻103，由8個(gè)10K的電阻組成。4.3 LED臺(tái)燈的驅(qū)動(dòng)模塊及調(diào)光實(shí)現(xiàn)4.3.1 LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 本次

27、設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路采用的是三極管驅(qū)動(dòng)。三極管是一種控制元件，主要用來(lái)控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號(hào)從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當(dāng)基極電壓UB有一個(gè)微小的變化時(shí)，基極電流IB也會(huì)隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會(huì)有一個(gè)很大的變化，基極電流IB越大，集電極電流IC也越大，反之，基極電流越小，集電極電流也越小，即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多，這就是三極管的放大作用。IC的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)（=IC/IB,表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)一般在幾十到幾百倍。三極管在放大信號(hào)時(shí)，首先要進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)，

28、即要先建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，也叫建立偏置，否則會(huì)放大失真。選擇合適放大倍數(shù)三極管，通過(guò)放大電流驅(qū)動(dòng)LED，三級(jí)管放大有成本低，易實(shí)現(xiàn)，易控制等優(yōu)點(diǎn)。 設(shè)計(jì)中的LED驅(qū)動(dòng)電路如下圖8所示。本次設(shè)計(jì)中使用12個(gè)LED燈的串并聯(lián)來(lái)模擬LED臺(tái)燈，實(shí)現(xiàn)照明效果。使用的驅(qū)動(dòng)三極管是SS8550，是一種PNP型三極管。圖 8 LED驅(qū)動(dòng)電路4.3.2 調(diào)光實(shí)現(xiàn) LED的亮度受電流控制，通過(guò)控制電流調(diào)節(jié)LED燈的亮度。利用公式（I為電流的幅值，為輸出的平均電流值）可知，通過(guò)調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。 本設(shè)計(jì)中通過(guò)STC89C51單片機(jī)引腳P1.3輸出PWM波，PWM波為高電平時(shí)，三極管Q1

29、輸出小電流，PWM波為低電平時(shí)，Q1輸出大電流。即PWM改變占空比，則輸出的平均電流發(fā)生改變，平均發(fā)光亮度改變，實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED燈的調(diào)光。4.4光電檢測(cè)模塊本次設(shè)計(jì)的光電檢測(cè)電路由光敏電阻和電位器RD1構(gòu)成。電路圖如下圖9所示。光敏電阻又稱(chēng)光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長(zhǎng)的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場(chǎng)的作用下作漂移運(yùn)動(dòng)，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器，又稱(chēng)為光電

30、導(dǎo)探測(cè)器；光照越強(qiáng)，電阻減小，光照越弱，電阻增大。通過(guò)光線強(qiáng)度的不同，引起光敏電阻阻值的變化，光敏電阻和電位器RD1（電容C6：濾波）分壓后輸出一個(gè)電壓值，這個(gè)電壓值給ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，則每一個(gè)電壓對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，使PWM的占空比發(fā)生變化，最終引起LED燈亮度的變化。通過(guò)STC89C51芯片自帶的PWM功能實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈光線的調(diào)節(jié)。當(dāng)室內(nèi)光線亮度較強(qiáng)時(shí)，光敏電阻的阻值越小，電壓越小，PWM的占空比越小，則LED燈組輸出的平均電流變小，LED燈越暗。反之，LED燈則越亮，實(shí)現(xiàn)LED燈的亮度調(diào)節(jié)。圖9 光電檢測(cè)電路4.5 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換模塊本次設(shè)計(jì)使用ADC 08

31、09來(lái)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。ADC 0809是CMOS器件，不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開(kāi)關(guān)和通道尋址邏輯。利用它可直接輸入8個(gè)單端的模擬信號(hào)分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回檢測(cè)和過(guò)程控制、運(yùn)動(dòng)控制中應(yīng)用十分廣泛。ADC 0809主要特性： 1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）4）單個(gè)+5V電源供電。5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。 7）低功耗，約15mW。 ADC0809引

32、腳功能： IN0IN7：8路模擬量輸入端。 2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。 ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端，高電平有效。START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端。當(dāng)START端輸入一個(gè)正脈沖時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng) EOC： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出允許控制端，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量。 CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHz。 REF（+）、REF（-）：基

33、準(zhǔn)電壓。 VCC：電源，+5V。 GND：地。如下圖10所示，ADC0809的參考電壓設(shè)置成5V，時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)單片機(jī)P3.3口利用定時(shí)器中斷輸出。光敏電阻的對(duì)地電壓從IN0口輸入， ADC0809將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸出，以便單片機(jī)進(jìn)一步處理。圖10 A/D轉(zhuǎn)換電路4.6 手動(dòng)控制模塊本設(shè)計(jì)中LED燈的亮度既可以根據(jù)光線亮度的強(qiáng)弱自動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以由按鍵來(lái)手動(dòng)控制。手動(dòng)控制電路圖如下圖11所示，手動(dòng)控制部分有三個(gè)按鍵K1，K2，K3。其中K1是用來(lái)控制調(diào)節(jié)方式的。當(dāng)K1=0時(shí)，LED燈的亮度處于自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)；當(dāng)K1=1時(shí)，處于手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，通過(guò)分別控制按鍵K2和K3并通過(guò)軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)LED燈亮度

34、的調(diào)節(jié)。按K2時(shí)，占空比增加，則LED燈組輸出的平均電流變大，使LED燈變亮；按K3時(shí)，占空比減小，則LED燈組輸出的平均電流變小，使LED燈變暗。 圖11 手動(dòng)控制電路4.7 指示電路模塊如下圖12，本次設(shè)計(jì)中還包含了指示電路。用紅黃兩種不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)指示不同的工作模式。當(dāng)K1=0時(shí)，LED燈亮度處于自動(dòng)調(diào)節(jié)模式，此時(shí)黃色LED燈亮；當(dāng)K1=1時(shí)，LED燈亮度處于手動(dòng)調(diào)節(jié)模式，此時(shí)紅色LED燈亮。圖12 指示電路第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5.1 程序流程圖 開(kāi)始 本次設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的程序流程圖如下圖13所示。 系統(tǒng)初始化 讀取AD值判斷按鍵是否 按下 N Y自動(dòng)模式手動(dòng)模式結(jié)束圖13 軟件程序流

35、程圖5.2 軟件控制子程序介紹5.2.1 函數(shù)介紹 函數(shù)名：uchar ADC0809() /宏定義#define Data_ADC0809 P0/ADC0809sbit ST=P10;sbit EOC=P11;sbit OE=P12;/函數(shù)聲明extern uchar ADC0809();/ADC0809讀取信息1-8uchar ADC0809()uchar temp_=0x00;/初始化高阻太OE=0; / 關(guān)閉輸出/轉(zhuǎn)化初始化ST=0; / 關(guān)閉轉(zhuǎn)換ST=1; /開(kāi)啟轉(zhuǎn)換ST=0; /關(guān)閉轉(zhuǎn)換/外部中斷等待AD轉(zhuǎn)換結(jié)束while(EOC=0) / 判斷是否轉(zhuǎn)換結(jié)束：是則執(zhí)行以下語(yǔ)句，否則

36、等待/讀取轉(zhuǎn)換的AD值OE=1; 開(kāi)啟數(shù)據(jù)輸出允許temp_=Data_ADC0809;OE=0; 關(guān)閉輸出return temp_; 輸入輸出變量：無(wú) 功能：實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)EOC為低電平時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時(shí)OE為高電平，允許把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出，供單片機(jī)使用5.2.2 子程序介紹下面介紹本次設(shè)計(jì)中PWM程序，這是整個(gè)程序的關(guān)鍵程序。其功能是通過(guò)控制脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈組的亮度調(diào)節(jié)。程序如下：LED=0;while(X1!=0)X1-;LED=1;X2=1000-X1;while(X2!=0)X2-;其中，X1代表低電平時(shí)間，X2代表高電平時(shí)間。通過(guò)這段程序來(lái)控制脈沖的占空比，最終實(shí)現(xiàn)

37、對(duì)LED燈組的亮度調(diào)節(jié)。X1+X2的總時(shí)間為1ms,PWM的調(diào)制頻率為1KHZ。 第六章 總結(jié)本設(shè)計(jì)以STC89C51作為主控芯片，設(shè)置了手動(dòng)控制、自動(dòng)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED臺(tái)燈的亮度調(diào)節(jié)。在手動(dòng)控制時(shí)，分為十個(gè)檔，輸出不同的PWM占空比實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的手動(dòng)調(diào)節(jié)。在自動(dòng)控制時(shí)，通過(guò)ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗(yàn)光敏電阻的電壓來(lái)間接測(cè)量感應(yīng)光度，將電壓和預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行對(duì)比，調(diào)整PWM的占空比實(shí)現(xiàn)了對(duì)光度的自動(dòng)調(diào)節(jié)。該LED臺(tái)燈電路簡(jiǎn)單，很大程度上節(jié)省電能，延長(zhǎng)LED燈壽命，適宜閱讀。同時(shí)，在本次課程設(shè)計(jì)中，主要有以下體會(huì)：1、對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)有進(jìn)一步的了解，明白了如何對(duì)LED進(jìn)行規(guī)定電流驅(qū)動(dòng)，

38、并通過(guò)輸出不同的占空比來(lái)調(diào)節(jié)LED的亮度，從而對(duì)LED的耗電進(jìn)行相應(yīng)的管理；2、進(jìn)一步掌握了AD轉(zhuǎn)換原理以及相關(guān)芯片的應(yīng)用，通過(guò)ADC0809對(duì)外界的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。3、培養(yǎng)了自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，能夠比較好的和隊(duì)員就項(xiàng)目進(jìn)行及時(shí)的溝通，在分工和整合方面做的不錯(cuò)。 同時(shí)，本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在軟件程序的設(shè)計(jì)方面還存在不足，還需要我在以后的工作學(xué)習(xí)中不斷地積累知識(shí)，不斷地完善自己。致 謝畢業(yè)論文終于告一段落，這也就標(biāo)志著本科四年學(xué)習(xí)生涯的結(jié)束，不知道這個(gè)句點(diǎn)劃得完美與否，但是回想這一段時(shí)間來(lái)的“論文”之路、回想這四年來(lái)在曉莊生活的點(diǎn)滴，心中充滿了感激之情！大學(xué)四年無(wú)論是文化知識(shí)還是做人道理，我都收獲了一筆豐

39、厚的財(cái)富！在這里我要向所有的老師表示衷心的感謝，感謝他們給予我的幫助與關(guān)心，感謝他們對(duì)我學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的指導(dǎo)！此次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，我要特別感謝我的指導(dǎo)老師：劉學(xué)明老師，這個(gè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)生活的一次最全面的檢閱，也是我人生最重要的一次經(jīng)歷。從選題到設(shè)計(jì)制作到最后的論文的寫(xiě)作和修改的整個(gè)過(guò)程中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，老師一直關(guān)注我的論文進(jìn)展情況，并多次提出修改意見(jiàn)，使我發(fā)現(xiàn)了許多忽視的問(wèn)題，并且在過(guò)程中給予我大量的幫助，使我的論文得以順利完成。是他讓我開(kāi)始了STC89C51單片機(jī)方面的學(xué)習(xí)，耐心的給我指點(diǎn)。同時(shí)劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和刻苦的敬業(yè)精神給我留下了深刻的印象。在此，我由衷地向劉學(xué)明老師表示感謝，感謝他一直以來(lái)對(duì)我的指導(dǎo)，并誠(chéng)摯地祝愿他工作順利，身體安康！論文完成之際，要感謝的人實(shí)在太多，突然發(fā)現(xiàn)言語(yǔ)是如此的無(wú)力，但是仍要用這無(wú)聲的文字表達(dá)我對(duì)各位大學(xué)四年相識(shí)相遇的可敬的老師、同學(xué)、朋友們，是你們的教誨和關(guān)愛(ài)讓曾經(jīng)迷惘的我眼神中充滿了堅(jiān)定。最后，在此向所有參加本論文評(píng)閱、答辯的專(zhuān)家老師們表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)【1】王樂(lè).關(guān)于LED應(yīng)用于照明的研究和設(shè)計(jì)D.杭州:浙江大學(xué)，2005【2】 崔元日，潘蘇予.第四代照明光源白光LEDJ.燈與照明，2004，28(2):31-34【3】楊國(guó)棟，培宏.二十一世紀(jì)的光明-白光LED產(chǎn)品發(fā)