LED臺燈及亮調(diào)節(jié)電路設(shè)計

分類號：TP311學校代碼：11460學號：10090228南京曉莊學院本科生畢業(yè)論文LED臺燈及亮度調(diào)節(jié)電路設(shè)計ThecircuitdesignofLEDlampandbrightnessadjustment所在系（院）：物理與電子工程學院學生：吳娟指導教師：劉學明研究起止日期：二○一三年十一月至二○一四年五月

學位論文獨創(chuàng)性聲明

本人鄭重聲明：

1.

堅持以“求實、創(chuàng)新”的科學精神從事論文寫作工作。

2.

本論文是我個人在導師指導下進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，有對前人成果的借鑒和吸納。

4.

其他同學和導師對本文研究所做的貢獻均已在本論文中發(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、使用壽命長等其他普通光源無法比擬的優(yōu)點。作為綠色照明的光源產(chǎn)品，代表著未來照明技術(shù)的發(fā)展前景,相信在不久的將來，LED燈會有更加廣闊的市場。為了實現(xiàn)LED的照明和調(diào)光功能，本文以STC89C51單片機為核心控制芯片，利用PWM技術(shù)，通過調(diào)整PWM的占空比來控制電流，從而達到對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，并編寫了相應(yīng)的軟件控制程序。關(guān)鍵詞：單片機；PWM；LED燈；硬件電路；軟件程序

AbstractLEDisalsoknownaslight-emittingdiode.Itisanewtypeoflightsourceandhastheadvantagesofhighefficiencyandenergysaving,greenenvironmentalprotectionandlongservicelifethatothercommonsourcescannotcompare.Asgreenlightingproducts,representthefuturedirectionofdevelopmentoflightingtechnology,Ibelievethatinthenearfuture,LEDlightwillhaveabroadermarket.ThispaperintroducestheSTC89C51chiptocontrolthecore,usingPWMdimmingtechnology,throughadjustingthecycleofPWManddutyratiotocontrolcurrent,andthusachievetheLEDlightingcontroltoadjustthedegreeoflightanddark,theLEDlightstoachievePWMdimmingcontrol.Thispaperpresentsthedesignofhardwarecircuitofeachmodule,andthepreparationofthecorrespondingsoftwarecontrolprogramKeywords:MCU;PWM;LED;hardwarecircuit;softwareprogram目錄5101第一章緒論 1143621.1前言 1182291.2論文結(jié)構(gòu) 124749第二章單片機基礎(chǔ)知識 2212132.1單片機的發(fā)展 2183552.2單片機的應(yīng)用 212650第三章PWM基本概述 3236293.1PWM簡介

385753.2PWM調(diào)光原理 418054第四章系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計 4263794.1硬件結(jié)構(gòu) 4200614.2.1STC89C51芯片簡介 558134.2.2STC89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu) 6307144.2.3STC89C51芯片引腳 6178434.2.4STC89C51單片機的最小系統(tǒng) 824304.3LED臺燈的驅(qū)動模塊及調(diào)光實現(xiàn) 1025631LED驅(qū)動電路的設(shè)計 10199674.3.2調(diào)光實現(xiàn) 1163444.4光電檢測模塊 11322854.5ADC0809A/D轉(zhuǎn)換模塊 1282574.6手動控制模塊 1466214.7指示電路模塊 1418849第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計 15282805.1程序流程圖 1520555.2軟件控制子程序介紹 15236935.2.1函數(shù)介紹 15291185.2.2子程序介紹 1619219第六章總結(jié) 1816586致謝 1913616參考文獻 201868附錄一 2130732附錄二 22364附錄三 232258附錄四 24第一章緒論1.1前言LED（LightEmittingDiode）也被稱作發(fā)光二極管，是20世紀中期發(fā)展起來的新技術(shù)，是一種固態(tài)的半導體器件，它能夠直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的核心是一個半導體晶片，晶片的一端是負極，一端附在一個支架上，另外一端連接電源的正極，讓整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片包括三個部分，一端是N型半導體，在這邊主要是電子，中間一般為1-5個周期的量子阱；另外一端是P型半導體，在它內(nèi)部空穴占主導地位。當電流經(jīng)過導線作用于這個晶片的時候，空穴和電子就會被推向量子阱，在量子阱內(nèi)電子與空穴復合，然后會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。LED燈具有節(jié)能、壽命長、適用性好等特點。

單片機擁有應(yīng)用面廣、體積小、功能強等優(yōu)點，當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)勢為研究，應(yīng)用和開發(fā)提供了便利前提。與此同時，學習使用單片機為了解計算機結(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)，通過調(diào)節(jié)PWM周期和占空比來控制電流，從而達到對LED燈亮度的控制調(diào)節(jié)，最終實現(xiàn)對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章對本次課題——LED臺燈及亮度調(diào)節(jié)設(shè)計的背景和意義進行闡述，并概述了論文結(jié)構(gòu)。介紹了單片機的基礎(chǔ)知識，包括單片機的發(fā)展及其應(yīng)用。第3章闡述了PWM調(diào)光技術(shù)。第4章詳細說明設(shè)計中的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，包括STC89C51主控電路結(jié)構(gòu)，光電檢測電路，A/D轉(zhuǎn)換，手動控制電路和指示電路。第5章介紹設(shè)計中的系統(tǒng)軟件設(shè)計，給出編譯程序并對關(guān)鍵設(shè)計作出進一步的解釋說明。第二章單片機基礎(chǔ)知識2.1單片機的發(fā)展單片機是指在一個集成芯片中，集成微處理器(CPU)、存儲器、基本的I/O接口以及定時/計數(shù)、通信部件，即在一個芯片上達到一臺微型計算機的基本功能。

在20世紀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)展時代，各類新工藝新材料還沒有成熟，單片機還仍然處于初級的發(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算機系統(tǒng)。

在1976年，INTEL公司引進了MCS-48單片機，并推向市場，該單片機是真正的8位的單片微型計算機。它具備體積小，功能全，價格低的優(yōu)點，因此被廣泛使用，奠定了單片機發(fā)展的基礎(chǔ)，成為單片機的發(fā)展歷史上的重要里程碑。

到80年代，全球各大公司也都競相開發(fā)出了品種更多，功能更強的單片機，大約有了幾十個系列，300多個品種，這個時候的單片機均才達到真正的單片化，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，RAM和ROM的容量越來越大，功能也越來越強大，甚至尋址空間可以達到64kB，可以說，此時，單片機已經(jīng)發(fā)展到了一個嶄新的階段，在更加廣泛的領(lǐng)域被應(yīng)用，越來越多的家用電器走向使用單片機來控制的智能化的發(fā)展道路。

九十年代后，單片機已取得了迅速的發(fā)展，全球各大半導體公司已經(jīng)開發(fā)了具有更加強大功能的單片機。比如，美國的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，受到業(yè)界的普遍關(guān)注，特別的是，它的產(chǎn)品只有33條精簡的指令集，因此吸引了很多用戶，讓人們從具有111條復雜指令集的INTEL中走出來。PIC系列單片機取得了迅速的發(fā)展，在單片機的業(yè)界中也擁有了有一席之地。

在1990年，美國的INTEL公司發(fā)布了80960超級32位的單片機，引發(fā)了計算機界的轟動，產(chǎn)品被相繼投放到市場中，成為了單片機發(fā)展歷史上的又擁有重要性的里程碑。2.2單片機的應(yīng)用隨著計算機技術(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、小型化趨勢發(fā)展，作為高新技術(shù)之一的單片機因其具備體積較小、功能強大、價格低廉、使用靈活等優(yōu)點，所以顯示出很強的生命力。當前，在我們生活中的各個領(lǐng)域，幾乎都有單片機的蹤跡，單片機已經(jīng)滲透到了我們生活中的各個領(lǐng)域。與普通的集成電路相比，單片機能夠更好地適應(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，單片機也同樣被廣泛地應(yīng)用，來讓儀器儀表達到智能化，從而提高它們的測量精度和速度，最終使控制功能加強。例如，MCS-51系列的單片機，可以用來控制“智能超聲波測厚儀”、“煙葉水分測試儀”、“船舶航行狀態(tài)自動記錄儀”等。此外，在實時控制系統(tǒng)中，單片機也被廣泛地應(yīng)用。比如，對工業(yè)上各種酸度、窯爐的溫度以及化學成分的測量和控制。將自動控制技術(shù)、測量技術(shù)和單片機技術(shù)結(jié)合起來，充分發(fā)揮了其數(shù)據(jù)處理功能和實時控制功能，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3.1PWM簡介

PWM（Pulse

Width

Modulation）即脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制，是一種采用微處理器的數(shù)字輸出，來對模擬電路進行控制的技術(shù)，在通信、測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管或晶體管導通時間發(fā)生改變，進而使開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出發(fā)出改變，這種方式下，當工作條件發(fā)生變化時，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)字信號對模擬電路進行控制的技術(shù)。PWM控制技術(shù)是人們研究的熱點，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PWM、SPWM法等。PWM具有的一個優(yōu)點是，處理器和被控系統(tǒng)信號均是由數(shù)字形式的，不需要再進行數(shù)模的轉(zhuǎn)換。讓信號維持為數(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的時候，、才可以對數(shù)字信號產(chǎn)生一定的影響。相對于普通的模擬控制，PWM的另外一個優(yōu)點是增強了對噪聲的抵抗能力，這也成為在某些時刻在通信中應(yīng)用PWM的重要原因。把模擬信號轉(zhuǎn)向PWM能夠大大地延長通信的距離。在接收端，經(jīng)過適當?shù)腖C或RC網(wǎng)絡(luò)能夠濾除調(diào)制高頻的方波并且可以把信號還原成模擬形式。總之，PWM具有經(jīng)濟、節(jié)省空間、高抗噪性能等優(yōu)點，是可以在許多設(shè)計應(yīng)用中值得采用的有效技術(shù)。3.2PWM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進行調(diào)頻，改變脈沖的占空比來調(diào)壓，應(yīng)用恰當?shù)目刂品椒ň涂梢宰岆妷号c頻率協(xié)調(diào)變化。通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比可以進而實現(xiàn)控制電流的目的。本次設(shè)計中使用的是STC89C51芯片內(nèi)部自帶的PWM功能，由引腳P1.3實現(xiàn)?？梢允褂密浖绦騺碚{(diào)控波形的占空比，從而自動檢測，實現(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4.1硬件結(jié)構(gòu)本次設(shè)計的電路圖包括光電檢測模塊，LED驅(qū)動模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，STC89C51單片機主控電路模塊，手動開關(guān)控制模塊和指示電路模塊?？傮w電路結(jié)構(gòu)方框圖如下圖1所示。本次設(shè)計是以STC89C51作為主控芯片，利用C51單片和PWM調(diào)光方式對LED臺燈進行亮度調(diào)控。設(shè)置了手動控制和自動控制。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預設(shè)的閾值進行對比，調(diào)整PWM的占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)。在手動控制時，分為兩檔，輸出不同的PWM占空比對LED的電流進行控制，從而實現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)。A/D轉(zhuǎn)換模塊手動開關(guān)控制模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊手動開關(guān)控制模塊模塊STC89C51單片機主控電路模塊光電檢測光電檢測模塊指示電路模塊指示電路模塊LED驅(qū)動模塊LED驅(qū)動模塊圖1總體電路結(jié)構(gòu)方框圖4.2STC89C51單片機主控電路模塊4.2.1STC89C51芯片簡介本次設(shè)計的控制核心是STC89C51芯片。STC89C51系列單片機是STC推出的新一代的8051單片機，具備高速、低功耗、超強抗干擾等特點。它的指令代碼和傳統(tǒng)的8051單片機完全兼容，但速度比普通的8051單片機要快。其內(nèi)部集成了ISPFlash存儲單元、MAX810專用的復位電路，4路PWM。STC89C51單片機主要集成的資源如下：增強型6時鐘/機器周期，12時鐘/機器周期8051CPU工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的0-420MHz.實際工作頻率可達48MHz.工作電壓：3.4-5.5V（5V單片機）4、通用I/O口，復位后為：準雙向口/弱上拉

每個I/O口的驅(qū)動能力都能夠達到20mA，但整個芯片最大不要超過55mA5、512B的內(nèi)部存儲器RAM

6、ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，可通過串口（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專用復位電路（外部晶體20M以下時，可省外部復位電路）

8、2個16位的可編程定時器/計數(shù)器（T0、T1）

9、時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器

10、外部中斷2路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒

4路PWM/PCA(可編程計數(shù)器陣列)

12、通用異步串行口（UART）13、封裝：PLCC-44，PDIP-40，LQFP-444.2.2STC89C51芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)STC89C51單片機的內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如下圖2所示。STC89C51單片機中包含中央處理器(CPU)、數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)、程序存儲器(Flash)、定時/計數(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，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，可以稱得上是一個片上系統(tǒng)。圖2STC89C51單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖4.2.3STC89C51芯片引腳STC89C51單片機的引腳圖如下圖3所示。圖3STC89C51引腳圖各引腳功能介紹如下：VCC:電源正極GND:電源負極，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：復位腳，外接電阻電容組成的復位電路。當振蕩器復位時，要保持RST引腳有兩個機器周期的高電平時間ALE:地址鎖存允許。當進行訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用來鎖存地址的低位字節(jié)。在進行FLASH編程時，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輸出正脈沖信號，該頻率是振蕩器頻率的1/6。因此，它可以用作對外部輸出的脈沖或者用于定時目的。/VPP:外部訪問允許。欲使CPU僅訪問外部程序存儲器(地址為0000H-FFFFH

)

。EA端必須保持低電平(接地)。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源VPP，當然這必須是該器件是使用12V編程電壓VCCXTAL1：內(nèi)部時鐘電路反相振蕩放大器的輸入端，接外部晶振的一個引腳。直接用外部時鐘源時，該引腳是外部時鐘源的輸入端XTAL2：內(nèi)部時鐘電路反相振蕩放大器的輸出端，接外部晶振的另一端。表1P3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）P3.2

INT0（外中斷0）P3.3（外中斷1）P3.4T0（定時/計數(shù)0）P3.5T1（定時/計數(shù)1）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）4.2.4STC89C51單片機的最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)包括單片機及其所需要的必要的電源、時鐘、復位等部件，能使單片機始終處于正常的運行狀態(tài)。電源、時鐘等電路是使單片機能運行的必備條件，可以將最小系統(tǒng)作為應(yīng)用系統(tǒng)的核心部分，通過對其進行存儲器擴展、A/D擴展等，使單片機完成較復雜的功能。單片機STC89C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用STC89C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，結(jié)構(gòu)如下圖4所示。單片機復位電路復位電路時鐘電路時鐘電路圖4單片機最小系統(tǒng)原理框圖本設(shè)計中STC89C51單片機的最小系統(tǒng)原理圖如下圖5所示。圖5STC89C51單片機的最小系統(tǒng)原理圖復位電路單片機復位的條件是：①單片機的復位引腳處于高電平；②單片機的復位引腳要一定時間長度處于高電平（時間t由R和C決定）。本設(shè)計中采用上電自動復位方式，電路圖如下圖6所示復位電容C3=10uF,上拉電阻R11=10K,所以充電時間t=R2*C1=(10*1000)*(10/1000000)=0.1S。當上電的瞬間，電容C1的充電電流達到最大，此時電容相當于短路，因此RESET端(引腳9)為高電平，自動復位；經(jīng)過0.1S后，當電容兩端的電壓達到電源電壓的時候，電容的充電電流變?yōu)?，此時電容相當于開路，RST端為低電平，這時程序正常運行。圖6STC89C51復位電路時鐘電路STC89C51單片機的時鐘信號通常有兩種方式產(chǎn)生：一是內(nèi)部時鐘方式，二是外部時鐘方式。本設(shè)計采用的是內(nèi)部時鐘方式，如圖7所示。在STC89C51單片機內(nèi)部有一振蕩電路，只要在單片機的X1(18)和X2(19)引腳外接石英晶體(簡稱晶振)，就構(gòu)成了自激振蕩器并在單片機內(nèi)部產(chǎn)生時鐘脈沖信號。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，因此其時鐘周期是1/11.0529=0.091us,機器周期約為1us（12倍的時鐘周期）。圖7STC89C51時鐘電路由于STC89C51單片機的P0口是開漏的，除了復位電路和時鐘電路外，還在P0口加了上拉電阻103，由8個10K的電阻組成。4.3LED臺燈的驅(qū)動模塊及調(diào)光實現(xiàn)LED驅(qū)動電路的設(shè)計本次設(shè)計驅(qū)動電路采用的是三極管驅(qū)動。三極管是一種控制元件，主要用來控制電流的大小，以共發(fā)射極接法為例（信號從基極輸入，從集電極輸出，發(fā)射極接地），當基極電壓UB有一個微小的變化時，基極電流IB也會隨之有一小的變化，受基極電流IB的控制，集電極電流IC會有一個很大的變化，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)β（β=ΔIC/ΔIB,

Δ表示變化量。），三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。

三極管在放大信號時，首先要進入導通狀態(tài)，即要先建立合適的靜態(tài)工作點，也叫建立偏置，否則會放大失真。選擇合適放大倍數(shù)三極管，通過放大電流驅(qū)動LED，三級管放大有成本低，易實現(xiàn)，易控制等優(yōu)點。設(shè)計中的LED驅(qū)動電路如下圖8所示。本次設(shè)計中使用12個LED燈的串并聯(lián)來模擬LED臺燈，實現(xiàn)照明效果。使用的驅(qū)動三極管是SS8550，是一種PNP型三極管。圖8LED驅(qū)動電路4.3.2調(diào)光實現(xiàn)LED的亮度受電流控制，通過控制電流調(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，通過調(diào)整PWM不同的占空比就可以控制電流的大小。本設(shè)計中通過STC89C51單片機引腳P1.3輸出PWM波，PWM波為高電平時，三極管Q1輸出小電流，PWM波為低電平時，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，實現(xiàn)了對LED燈的調(diào)光。4.4光電檢測模塊本次設(shè)計的光電檢測電路由光敏電阻和電位器RD1構(gòu)成。電路圖如下圖9所示。光敏電阻又稱光導管，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電，在外加電場的作用下作漂移運動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負極，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體的光電導效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改變的電阻器，又稱為光電導探測器；光照越強，電阻減小，光照越弱，電阻增大。通過光線強度的不同，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）分壓后輸出一個電壓值，這個電壓值給ADC0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，則每一個電壓對應(yīng)一個脈沖，實現(xiàn)自動檢測，使PWM的占空比發(fā)生變化，最終引起LED燈亮度的變化。通過STC89C51芯片自帶的PWM功能實現(xiàn)對LED燈光線的調(diào)節(jié)。當室內(nèi)光線亮度較強時，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，實現(xiàn)LED燈的亮度調(diào)節(jié)。圖9光電檢測電路4.5ADC0809A/D轉(zhuǎn)換模塊本次設(shè)計使用ADC0809來實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能。ADC0809是CMOS器件，不僅包括一個8位的逐次逼近型的ADC部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯。利用它可直接輸入8個單端的模擬信號分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應(yīng)用十分廣泛。ADC0809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?）轉(zhuǎn)換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）4）單個+5V電源供電。5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。7）低功耗，約15mW。ADC0809引腳功能：IN0～IN7：8路模擬量輸入端。2-1～2-8：8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：地址鎖存允許信號輸入端，高電平有效。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端。當START端輸入一個正脈沖時，A/D轉(zhuǎn)換啟動EOC：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（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A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基準電壓。VCC：電源，+5V。GND：地。如下圖10所示，ADC0809的參考電壓設(shè)置成5V，時鐘信號通過單片機P3.3口利用定時器中斷輸出。光敏電阻的對地電壓從IN0口輸入，ADC0809將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后輸出，以便單片機進一步處理。圖10A/D轉(zhuǎn)換電路4.6手動控制模塊本設(shè)計中LED燈的亮度既可以根據(jù)光線亮度的強弱自動調(diào)節(jié)，也可以由按鍵來手動控制。手動控制電路圖如下圖11所示，手動控制部分有三個按鍵K1，K2，K3。其中K1是用來控制調(diào)節(jié)方式的。當K1=0時，LED燈的亮度處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)；當K1=1時，處于手動調(diào)節(jié)狀態(tài)，通過分別控制按鍵K2和K3并通過軟件程序來實現(xiàn)LED燈亮度的調(diào)節(jié)。按K2時，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，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手動控制電路4.7指示電路模塊如下圖12，本次設(shè)計中還包含了指示電路。用紅黃兩種不同顏色的發(fā)光二極管來指示不同的工作模式。當K1=0時，LED燈亮度處于自動調(diào)節(jié)模式，此時黃色LED燈亮；當K1=1時，LED燈亮度處于手動調(diào)節(jié)模式，此時紅色LED燈亮。圖12指示電路系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1程序流程圖開始本次設(shè)計實現(xiàn)的程序流程圖如下圖13所示。開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化讀取AD值讀取AD值判斷按鍵是否按下判斷按鍵是否按下NY自動模式手動模式自動模式手動模式結(jié)束結(jié)束圖13軟件程序流程圖5.2軟件控制子程序介紹5.2.1函數(shù)介紹函數(shù)名：ucharADC0809()//宏定義#defineData_ADC0809P0//ADC0809sbitST=P1^0;sbitEOC=P1^1;sbitOE=P1^2;//函數(shù)聲明externucharADC0809();//ADC0809讀取信息1-8ucharADC0809(){ uchartemp_=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)行以下語句，否則等待 //讀取轉(zhuǎn)換的AD值 OE=1;開啟數(shù)據(jù)輸出允許 temp_=Data_ADC0809; OE=0;關(guān)閉輸出 returntemp_;}輸入輸出變量：無功能：實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。當EOC為低電平時，轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時OE為高電平，允許把轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出，供單片機使用5.2.2子程序介紹下面介紹本次設(shè)計中PWM程序，這是整個程序的關(guān)鍵程序。其功能是通過控制脈沖的占空比來實現(xiàn)對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代表低電平時間，X2代表高電平時間。通過這段程序來控制脈沖的占空比，最終實現(xiàn)對LED燈組的亮度調(diào)節(jié)。X1+X2的總時間為1ms,PWM的調(diào)制頻率為1KHZ。第六章總結(jié)本設(shè)計以STC89C51作為主控芯片，設(shè)置了手動控制、自動控制來實現(xiàn)對LED臺燈的亮度調(diào)節(jié)。在手動控制時，分為十個檔，輸出不同的PWM占空比實現(xiàn)了對光度的手動調(diào)節(jié)。在自動控制時，通過ADC0809模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片不斷檢驗光敏電阻的電壓來間接測量感應(yīng)光度，將電壓和預設(shè)的閾值進行對比，調(diào)整PWM的占空比實現(xiàn)了對光度的自動調(diào)節(jié)。該LED臺燈電路簡單，很大程度上節(jié)省電能，延長LED燈壽命，適宜閱讀。同時，在本次課程設(shè)計中，主要有以下體會：1、對LED的驅(qū)動有進一步的了解，明白了如何對LED進行規(guī)定電流驅(qū)動，并通過輸出不同的占空比來調(diào)節(jié)LED的亮度，從而對LED的耗電進行相應(yīng)的管理；2、進一步掌握了AD轉(zhuǎn)換原理以及相關(guān)芯片的應(yīng)用，通過ADC0809對外界的模擬量進行轉(zhuǎn)換。3、培養(yǎng)了自己的團隊意識，能夠比較好的和隊員就項目進行及時的溝通，在分工和整合方面做的不錯。 同時，本次設(shè)計的系統(tǒng)在軟件程序的設(shè)計方面還存在不足，還需要我在以后的工作學習中不斷地積累知識，不斷地完善自己。致謝畢業(yè)論文終于告一段落，這也就標志著本科四年學習生涯的結(jié)束，不知道這個句點劃得完美與否，但是回想這一段時間來的“論文”之路、回想這四年來在曉莊生活的點滴，心中充滿了感激之情！大學四年無論是文化知識還是做人道理，我都收獲了一筆豐厚的財富！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，感謝他們對我學習和設(shè)計的指導！此次畢業(yè)設(shè)計能夠順利完成，我要特別感謝我的指導老師：劉學明老師，這個設(shè)計是對我大學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)計制作到最后的論文的寫作和修改的整個過程中，系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)的過程中，老師一直關(guān)注我的論文進展情況，并多次提出修改意見，使我發(fā)現(xiàn)了許多忽視的問題，并且在過程中給予我大量的幫助，使我的論文得以順利完成。是他讓我開始了STC89C51單片機方面的學習，耐心的給我指點。同時劉老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和刻苦的敬業(yè)精神給我留下了深刻的印象。在此，我由衷地向劉學明老師表示感謝，感謝他一直以來對我的指導，并誠摯地祝愿他工作順利，身體安康！論文完成之際，要感謝的人實在太多，突然發(fā)現(xiàn)言語是如此的無力，但是仍要用這無聲的文字表達我對各位大學四年相識相遇的可敬的老師、同學、朋友們，是你們的教誨和關(guān)愛讓曾經(jīng)迷惘的我眼神中充滿了堅定。最后，在此向所有參加本論文評閱、答辯的專家老師們表示衷心的感謝！參考文獻【1】王樂.關(guān)于LED應(yīng)用于照明的研究和設(shè)計[D].杭州:浙江大學，2005 【2】崔元日，潘蘇予.第四代照明光源—白光LED[J].燈與照明，2004，28(2):31-34【3】楊國棟，培宏.二十一世紀的光明-白光LED產(chǎn)品發(fā)展簡析，國際光電產(chǎn)業(yè)資訊，2002【4】劉行仁，薛勝薛、黃德森.白光LED現(xiàn)狀和問題，光源與照明，2003【5】曹巧媛.單片機原理及應(yīng)用[M].北京：北京:電子工業(yè)出版社，1997

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