基于单片机的LED调光器的设计

重庆科技学院《智能仪器》课程设计报告学院:_电气与信息工程学院_专业班级:测控0902班学生姓名:学号:设计地点（单位）________I512__________________设计题目:___________LED调光器设计_____________________完成日期：年月日指导教师评语:___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________成绩（五级记分制）:________________指导教师（签字）:________________基于单片机的PWM的LED调光设计1摘要LED作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。基于白光LED的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点。但在实际中发现LED灯功能单一，不能实现灯的亮度手动和自动控制，且不能随着环境光的变化而变化，造成能源的浪费。本文介绍了以高性能的STC12C5A60S2单片机为控制核心，利用单片机的PWM口产生的占空比LED进行光度的手动和自动调节。通过光敏电阻对环境光度进行AD采集，达到LED灯亮度随环境自动变化。关键词：LEDSTC12C5A60S2单片机PWM占空比AD采集基于单片机的PWM的LED调光设计2目录摘要......................................................................11绪论....................................................................31.1研究LED调光的目的及意义.........................................31.2本课题设计内容及要求.............................................32LED调光系统总体设计....................................................42.1总体方案设计.....................................................43系统硬件设计............................................................43.1单片机最小系统...................................................43.2LED驱动电路.....................................................73.3按键电路.........................................................84系统软件设计............................................................94.1软件总体设计.....................................................94.2手动调光程序设计................................................104.3自动调光程序设计................................................104.4AD采集程序.....................................................114.5按键程序设计....................................................115总结...................................................................13参考文献.................................................................14致谢.....................................................................15附录1系统电路图........................................................16附录2程序清单..........................................................17基于单片机的PWM的LED调光设计31绪论1.1研究LED调光的目的及意义随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，绿色节能已经成为全球普遍关注的话题，人们正通过各种途径寻找新的节能方式。照明是人类消耗能源的重要方面，在电能消耗中，发达国家照明用电占发电总量的比例是19%,我国也达到12%.随着经济发展，我国的照明用电将有大比例的提高，因此绿色节能照明的研究越来越受到重视。LED作为一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯（如高压钠灯和金卤灯）之后的第四代新光源。基于白光LED的固态照明，是一种典型的绿色照明方式，与传统光源相比，具有节能、环保、寿命长、体积小、安全可靠等特点，代表着照明技术的未来，并符合当前政府提出的建设资源节约型和环境友好型社会的要求。可以预见不久的将来。目前，市场上采用白炽灯、卤素灯、荧光灯为光源的台灯普遍存在着低效率、高能耗、不易调光等缺点；至于寿命结束的含汞灯，一旦处理不当，将对环境造成严重危害；且实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费。另外一方面，因为LED的发热量和电流存在正相关的关系，发热影响了LED的寿命，所以在不必要的亮度下也减少了LED的寿命。然而，当LED在周边亮度小时，LED灯不能提供足够和恰当的光度，这样又影响了阅读，造成视觉疲劳。而且部分LED灯功能单一，缺少亮度调节、手动控制、自动控制，通过环境变化改变自身亮度等功能。为解决当前问题，研究一个好的LED调光系统意义重大。1.2本课题设计内容及要求本次课题设计的目标是，在了解当前LED现有功能的基础上，利用单片机设计一个LED调光系统，该系统能够调节LED灯的亮度，且满足一定的精度要求。因此，本课题研究设计内容概括如下：1.基本功能1）采用脉宽调制（PWM）对LED进行调光；2）按给定时间-输出功率曲线自动调整LED亮度；3）按键选择手动/自动调光方式；4）4位数码管显示LED光源的相对亮度（0.0～100.0%）；5）具有电源开关、电源指示灯、复位等功能。2.扩展功能1）实现光敏自动调光，根据室内的光照变化，自动改变LED光源的亮度；2）对采集的光照数据进行处理，利用3σ准则剔除粗大误差，设计算术平均数字滤波器；3）手动遥控调光功能。基于单片机的PWM的LED调光设计42LED调光系统总体设计2.1总体方案设计LED调光系统应主要包括称光敏采集、AD转换、单片机数据处理及控制、PWM控制、按键操作等部分。其系统组成如图2.1所示。在系统中，设置了手动调光和自动调光。在手动调光时，分为十档，每一档对应一个占空比对LED的电流进行控制，从而对LED的亮度进行调节。自动调光时，在一个子函数里调用控制LED亮度函数，再通过循环和延时实现一个简易的LED亮度的变化。光敏电阻采集的信号换成电信号送到线性放大器放大，经过A/D转换送入单片机，再经数据处理后，反馈给LED灯改变其亮度，数码管则显示当前与光敏电阻串联10K电阻的电压值。该调光系统是由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括单片机最小系统、LED驱动电路、按键电路、数码管显示电路、LED显示电路等部分；软件部分主要包括系统初始化子程序、手动控制子程序、自动控制子程序、AD采集及处理子程序、定时及中断子程序等，其软件采用模块化设计思想，可使程序设计思路清晰，便于调试。图2.1系统组成框图3系统硬件设计3.1单片机最小系统本系统采用新一代的8051单片机——STC12C5A60S2，由国内宏晶科技生产，其指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，其工作电压范围是3.5V~5.5V。STC12C5A60S2有60KB的用户应用程序空间，256B的RAM和1024B的XRAM。能满足程序代码的需求和缓冲区定义的需求。另外与程序存储空间独立的一片闪存区域，可在应用编程中作EEPROM使用。STC12C5A60S2有双UART以及ISP串口，串口资源足够系统使用。另外通过宏晶科技提供的软件，使用UART可很容易地实现程序下载。STC12C5A60S2有36个通用I/O口，大部分可位控，并且有强推挽输出的能力，足够系统使用。还拥有4个16bit定时器和一个独立的波特率发生器，另外还有两个PCA基于单片机的PWM的LED调光设计5模块，能获得丰富的定时器资源。STC12C5A60S2有PDIP-40封装的芯片，易于快速进入实验。封装引脚图如图3.1所示。图3.1STC12C5A60S2芯片PDIP封装引脚图STC12C5A60S2主要性能：1．增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。2．STC12C5A60S2系列工作电压：3.3V-5.5V；STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V。3．工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz。4．用户应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节等。5．片上集成1280字节RAM。6．通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。7．ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8．有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)。9．看门狗。10．内部集成MAX810专用复位电路（外部晶体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）。11．外部掉电检测电路：在P4.6口有一个低压门槛比较器。5V单片机为1.32V，误差为±5%；3.3V单片机为1.30V，误差为±3%。12．时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为±5%到±10%以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz～15.5MHz；3.3V单片机为：8MHz～12MHz。基于单片机的PWM的LED调光设计6精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。13．共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，没有定时器2，但有独立波特率发生器。做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。14.2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟。15．外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新