《電子技術(shù)與軟件工程》雜志(半月刊)是由中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)主管、中國(guó)電子學(xué)會(huì)主辦的國(guó)內(nèi)外公開發(fā)行的國(guó)家級(jí)期刊，國(guó)內(nèi)刊號(hào)：CN10-1108/TP；國(guó)際刊號(hào):ISSN1006-5032。雜志是面向電子技術(shù)與軟件工程專業(yè)人員，報(bào)道該領(lǐng)域前沿技術(shù)進(jìn)展和最新科研成果，介紹產(chǎn)品開發(fā)的新工具、新方法及典型案例，促進(jìn)電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)軟件工程交叉學(xué)科發(fā)展。
　　摘 要： 以單片機(jī)為核心控制元件，設(shè)計(jì)一個(gè)電子調(diào)光控制器。該方案由單片機(jī)、數(shù)碼管、按鍵開關(guān)等構(gòu)成電子調(diào)光控制器，通過按鍵輸入調(diào)光信號(hào)，經(jīng)過單片機(jī)處理。該電路利用PWM脈寬控制電路來(lái)調(diào)節(jié)LED燈光亮度，具有10級(jí)調(diào)光功能，亮度變化呈階梯變化，不會(huì)發(fā)生忽暗忽明現(xiàn)象，利用一個(gè)兩位一體數(shù)碼管來(lái)顯示調(diào)光等級(jí)。此設(shè)計(jì)實(shí)用性強(qiáng)，判斷精確，擴(kuò)展功能強(qiáng)。

　　關(guān)鍵詞： 電子技術(shù)與軟件工程,電子調(diào)光控制器,數(shù)碼管,按鍵開關(guān),LED

　　Design of LED dimming controller based on MCU

　　ZHU Jian?ke

　　(Sichuan Information Technology College， Guangyuan 628017， China)

　　Abstract： An electronic dimming controller taking single?chip microcomputer as the core control component was designed. The electronic dimming controller is composed of a single chip computer， digital tube， button switch， etc. The dimming signal is input through the keyboard， and processed by SCM. PWM pulse width control circuit is adopted to regulate the LED brightness， which has the dimming function of 10 stages. Its brightness change appears in stepping state， unnecessary to worry about the flashing on and off phenomena. A two?in?one digital tube is employed to display the dimming level. This design has strong practicability， accurate judgment and strong function expansion.

　　Keywords： electronic dimming controller; digital tube; key switch; LED

　　0 引 言

　　現(xiàn)如今，單片機(jī)的應(yīng)用無(wú)處不在，利用單片機(jī)控制燈具的實(shí)例很多，可控制燈具的芯片也相當(dāng)多，而利用單片機(jī)控制燈具能達(dá)到預(yù)想效果，是人們使用最廣泛的方法。它功能多，價(jià)格優(yōu)，外部電路簡(jiǎn)單，深受單片機(jī)愛好者及燈具控制制造商的青睞。

　　在日常生活中，人們處在不同的環(huán)境或氣氛通常對(duì)燈光的亮度要求不同，往往會(huì)用到電子調(diào)光控制器。因此選擇利用單片機(jī)編程來(lái)設(shè)計(jì)調(diào)光控制器，可以根據(jù)不同的要求對(duì)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

　　用AT89C51單片機(jī)及少數(shù)外部電路控制LED燈光，使LED產(chǎn)生不同亮度的光效果，通過硬件電路和軟件程序的編寫，使燈光的亮度和數(shù)碼顯示電路相配合。

　　調(diào)光控制通常是改變通過燈具的電流或電壓的大小，以便調(diào)節(jié)燈具的發(fā)光亮度。按調(diào)光方法來(lái)分有變阻器調(diào)光、自耦變壓器調(diào)節(jié)器調(diào)光、飽和扼流圈調(diào)光、磁放大器調(diào)光和可控硅調(diào)光等。前四種調(diào)光設(shè)備都有體積大笨重等缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)使用的是PWM控制調(diào)光。

　　系統(tǒng)采用單片機(jī)作為整個(gè)控制核�？刂葡到y(tǒng)由顯示模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、按鍵控制模塊組成。該系統(tǒng)通過按鍵輸入調(diào)光信號(hào)，利用一個(gè)兩位的數(shù)碼管完成顯示功能，利用PWM脈寬控制電流使LED工作，在數(shù)碼管上顯示亮度等級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光的控制過程。工作時(shí)，用按鍵輸入調(diào)光信號(hào)。經(jīng)單片機(jī)的處理，輸出控制信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制的電子調(diào)光控制器的設(shè)計(jì)。

　　1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　1.1 設(shè)計(jì)方案

　　本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)LED燈光調(diào)節(jié)，按鍵輸入調(diào)光信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)處理后對(duì)LED亮度進(jìn)行控制。如圖1所示。

　　圖1 總體電路框圖

　　總體電路由五部分組成：

　　時(shí)鐘電路：產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。

　　復(fù)位電路：使單片機(jī)能在剛接上電源時(shí)、斷電后、發(fā)生故障后復(fù)位。

　　顯示電路：顯示所調(diào)亮度的等級(jí)。

　　按鍵控制電路：實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入功能，用于輸入亮度等級(jí)。

　　LED驅(qū)動(dòng)電路：用于驅(qū)動(dòng)LED照亮。

　　1.2 整機(jī)工作原理

　　本系統(tǒng)把單片機(jī)作為整個(gè)控制核心。主要由單片機(jī)模塊、顯示模塊、按鍵控制模塊、驅(qū)動(dòng)模塊組成，整機(jī)電路如圖2所示。它的工作原理如下：

　　加電工作，開始時(shí)LED燈沒有亮度，此時(shí)數(shù)碼管顯示為0。按下加鍵，向單片機(jī)P3.2引腳輸入一個(gè)低電平信號(hào)，單片機(jī)改變由P1.7輸出調(diào)光信號(hào)的占空比，再加載到開關(guān)管的基極控制開關(guān)管的導(dǎo)通與截止時(shí)間，此時(shí)數(shù)碼管顯示為1表示占空比增大一級(jí)LED燈亮，再按一次加鍵，占空比繼續(xù)增大一級(jí)，此時(shí)數(shù)碼管顯示2，LED燈更亮了。繼續(xù)按加鍵占空比不斷增大，LED燈亮度不斷增加，直至亮度達(dá)到十級(jí)。當(dāng)按下減鍵，LED亮度減小，占空比也隨之減小一級(jí)，此時(shí)數(shù)碼管顯示從10改變?yōu)?。再按一次減鍵，占空比繼續(xù)減小，LED亮度減弱，數(shù)碼管顯示8。繼續(xù)按減鍵，LED燈亮度不斷減弱，占空比也不斷減小，直至 LED燈滅，數(shù)碼管顯示為0。

　　圖2 整機(jī)電路圖

　　2 軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)完成對(duì)單片機(jī)的控制，使單片機(jī)能與外圍電路一起共同實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的處理，并輸出不同的脈寬控制LED的亮度。

　　2.1 主函數(shù)程序設(shè)計(jì)

　　主函數(shù)模塊主要實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的初始化、更新數(shù)碼管數(shù)據(jù)、判斷按鍵是否按下、判斷被按下的是哪個(gè)鍵、判斷占空比是加一級(jí)還是減一級(jí)的功能。程序流程圖如圖3所示。

　　圖3 主程序流程圖

　　2.2 定時(shí)器中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)

　　定時(shí)器2中斷服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)清除定時(shí)器2中斷標(biāo)志位、數(shù)碼管掃描、判斷占空比級(jí)數(shù)、根據(jù)級(jí)數(shù)設(shè)置占空比的功能。程序流程圖如圖4所示。

　　圖4 定時(shí)器2中斷服務(wù)程序流程圖

　　2.3 數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　數(shù)碼管掃描模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的掃描和送出，然后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示。程序流程圖如圖5所示。

　　3 電路制作與調(diào)試

　　印制電路板的設(shè)計(jì)是以電路原理圖為根據(jù)，實(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)者所需要的功能。印刷電路板的設(shè)計(jì)主要指版圖設(shè)計(jì)，它需要考慮外部連接的布局、內(nèi)部電子元件的優(yōu)化布局、金屬連線和通孔的優(yōu)化布局、電磁保護(hù)、熱耗散等各種因素。優(yōu)秀的版圖設(shè)計(jì)可以節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到良好的電路性能和散熱性能。簡(jiǎn)單的版圖設(shè)計(jì)可以用手工實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜的版圖設(shè)計(jì)需要借助計(jì)算機(jī)(CAD)實(shí)現(xiàn)。

　　圖5 數(shù)碼管顯示驅(qū)動(dòng)程序

　　3.1 PCB板的設(shè)計(jì)與制作

　　Protel 99SE是由澳大利亞ProklTechnology公司基于Windows環(huán)境下研制開發(fā)的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，是大中專院校電學(xué)專業(yè)必學(xué)課程，同時(shí)也是業(yè)界人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。

　　Protel 99SE由電路原理圖設(shè)計(jì)(Advanced Schematic)和多層印刷電路板設(shè)計(jì)(Advanced PCB)兩大部分組成。其中Advanced Schematic由兩部分組成：電路圖編輯器(Schematic)和元器件編輯器(Schematic Library)。它具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個(gè)32位設(shè)計(jì)軟件，可以完成原理圖、印制板設(shè)計(jì)、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)和仿真等，可設(shè)計(jì)32個(gè)信號(hào)層、16個(gè)電源/地層和16個(gè)加工層。

　　3.2 電子調(diào)光電路的裝配

　　電子調(diào)光系統(tǒng)的電路裝配流程：根據(jù)在仿真軟件上畫出的電路圖，確定元器件，找到對(duì)應(yīng)位置，進(jìn)行焊接。分立元器件的裝配工藝步驟和印制電路板上的常用元器件的焊接工藝如下所述。

　　分立元器件的裝配工藝步驟如下：

　　(1) 焊前準(zhǔn)備：器件引線表面清潔，搪錫;

　　(2) 焊件裝配：元器件插裝在電路板上，貼緊;

　　(3) 加熱焊接：用加熱器對(duì)印制板焊盤、器件引腳、焊料進(jìn)行加熱，熔化的焊料將引腳焊盤焊接在一起;

　　(4) 焊后清潔：用無(wú)水酒精或者香蕉水清潔焊點(diǎn)周圍。不合格的焊點(diǎn)要做補(bǔ)焊和清潔兩道處理;

　　(5) 質(zhì)量檢驗(yàn)：外觀和電氣性能測(cè)試。

　　印制電路板上常用元器件的焊接工藝如下：

　　(1) 電阻器的焊接。按圖將電阻器準(zhǔn)確地裝入規(guī)定位置，并要求標(biāo)記向上，字向一致。裝完一種規(guī)格再裝另一種規(guī)格，盡量使電阻器的高低一致。焊接后將露在印制電路板表面上多余的引腳齊根剪去。

　　(2) 電容器的焊接。將電容器按圖紙要求裝入規(guī)定位置，并注意有極性的電容器其“+”與“-”極不能接錯(cuò)。電容器上的標(biāo)記方向要易看得見。先裝玻璃釉電容器、金屬膜電容器、瓷介電容器，最后裝電解電容器。

　　(3) 二極管的焊接。正確辨認(rèn)正負(fù)極后按要求裝入規(guī)定位置，型號(hào)及標(biāo)記要易看得見。焊接立式二極管時(shí)，對(duì)最短的引腳焊接時(shí)，時(shí)間不要超過2 s。

　　(4) 三極管的焊接。按要求將e、b、c三根引腳裝入規(guī)定位置。焊接時(shí)間應(yīng)盡可能的短些，焊接時(shí)用鑷子夾住引腳，以幫助散熱。焊接大功率三極管時(shí)，若需要加裝散熱片，應(yīng)將接觸面平整，打磨光滑后再緊固，若要求加墊絕緣薄膜片時(shí)，千萬(wàn)不能忘記管腳與線路板上焊點(diǎn)需要連接時(shí)，要用塑料導(dǎo)線。

　　(5) 集成電路的焊接。將集成電路插裝在印制線路板上，按照?qǐng)D紙要求，檢查集成電路的型號(hào)、引腳位置是否符合要求。焊接時(shí)先焊集成電路邊沿的2只引腳，以使其定位，然后再?gòu)淖蟮接一驈纳现料逻M(jìn)行逐個(gè)焊接。焊接時(shí)，烙鐵一次沾取錫量為焊接2～3只引腳的量，烙鐵頭先接觸印制電路的銅箔，待焊錫進(jìn)入集成電路引腳底部時(shí)，烙鐵頭再接觸引腳，接觸時(shí)間以不超過3 s為宜，而且要使焊錫均勻包住引腳。焊接完畢后要查一下，是否有漏焊、碰焊、虛焊之處，并清理焊點(diǎn)處的焊料。

　　3.3 電子調(diào)光電路的測(cè)試

　　本設(shè)計(jì)硬件電路焊接成功后，將程序燒錄到單片機(jī)中，按下按鍵以實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。使用萬(wàn)用表實(shí)時(shí)檢測(cè) LED兩端電壓值如表1，表2所示。亮度變化如圖6所示。隨調(diào)光等級(jí)變化LED亮度在不斷變化。經(jīng)過調(diào)試，調(diào)光控制器達(dá)到預(yù)先設(shè)計(jì)的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)光控制，調(diào)光效果令人滿意。

　　圖6 電子調(diào)光器調(diào)試圖

　　表1 調(diào)光等級(jí)遞增時(shí)LED兩端電壓值

　　[調(diào)光等級(jí)\&0\&1\&2\&3\&4\&5\&6\&7\&8\&9\&10\& 電壓值 /V\&0 \&0.19\&0.30\&0.44\&0.60\&0.75\&0.91\&1.00\&1.20\&1.41\&1.40\&]

　　表2 調(diào)光等級(jí)遞減時(shí)LED兩端電壓值

　　[調(diào)光等級(jí)\&10\&9\&8\&7\&6\&5\&4\&3\&2\&1\&0\& 電壓值 /V\&1.40\&1.40\&1.20\&1.00\&0.90\&0.70\&0.60\&0.44\&0.30\&0.18\&0\&]

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　本文講述了一款基于單片機(jī)的LED調(diào)光控制器的軟硬件設(shè)計(jì)過程和電路的制作和調(diào)試過程，所做LED調(diào)光控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)LED調(diào)光控制的工程應(yīng)用具有一定的參考價(jià)值。

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