基于AVR用MAX515芯片调节LED灯亮度2Word文档下载推荐.docx

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指导教师：

马金祥

职称：

讲师

起止时间：

2013年6月21日—2014年7月2日

1.引言………………………………………………………………………………………1

2.设计容

2.1设计容及其要求……………………………………………………………………1

2.2产品认知………………………………………………………………………………1

2.3LED灯的认识…………………………………………………………………………2

2.4产品设计原理…………………………………………………………………………2

3.系统总体结构

3.1系统结构框图…………………………………………………………………………3

3.2主要设计框图…………………………………………………………………………3

3.3系统原理图……………………………………………………………………………3

4.硬件设计

4.1主要芯片介绍…………………………………………………………………………4

4.1.1ATMEGA16…………………………………………………………………………6

4.1.2MAX515…………………………………………………………………………8

4.2最小系统………………………………………………………………………………9

5.软件设计

5.1系统软件设计整体思路………………………………………………………11

5.2系统软件设计的一般原则……………………………………………………12

5.3系统软件设计的步骤…………………………………………………………12

5.4软件AVRStudio4的应用……………………………………………………12

5.5程序设计与调试…………………………………………………………………13

5.6protuse仿真……………………………………………………………………18

6.调试过程中遇到的问题及解决方法

7.小结………………………………………………………………………………18

8.参考文献…………………………………………………………………………19

附录1电路图………………………………………………………………………20

附录2源程序………………………………………………………………………21

附录3元器件清单…………………………………………………………………33

附录4实物图………………………………………………………………………34

1.引言

单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。

概括的讲，一块芯片就成了一台计算机。

单片机具有体积小、功能强、应用面广等优点，目前正以前所未见的速度取代着传统电子线路构成的经典系统，蚕食着传统数字电路与模拟电路固有的领地。

它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。

同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。

目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。

导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。

更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。

因此，单片机的学习、开发与应用尤为重要。

而AVR单片机是各类单片机中比较典型和具有代表性的一种。

本实验是基于AVR系列单片机所设计的，以单片机芯片ATMEGA16作为核心控制器，通过硬件电路的制作以及软件程序的编制，实现控制LED的亮度。

2.设计容和要求

2.1设计容：

用带SPI接口的数/模转换芯片MAX515调节LED亮度

要求：

LED灯的亮度可以自动循环调节

2.2产品认知：

AVR单片机：

AVR单片机是Atmel公司1997年推出的RISC单片机。

RISC（精简指令系统计算机）是相对于CISC（复杂指令系统计算机）而言的。

RISC并非只是简单地去减少指令，而是通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的。

RISC优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令：

并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度。

由于AVR采用了RESC的这种结构，使AVR系列单片机都具备了1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力。

[3] 

AVR单片机硬件结构采取8位机与16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆（32个寄存器文件）和单体高速输入/输出的方案（即输入捕获寄存器、输出比较匹配寄存器及相应控制逻辑）。

提高了指令执行速度（1Mips/MHz），克服了瓶颈现象，增强了功能；

同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。

AVR单片机嵌高质量的Flash程序存储器，擦写方便，支持ISP和IAP，便于产品的调试、开发、生产、更新。

嵌长寿命的EEProm可长期保存关键数据，避免断电丢失。

片大容量的RAM不仅能满足一般场合的使用，同时也更有效的支持使用高级语言开发系统程序，并可像MCS-51单片机那样扩展外部RAM。

AVR单片机的I/O线全部带可设置的上拉电阻、可单独设定为输入/输出、可设定（初始）高阻输入、驱动能力强（可省去功率驱动器件）等特性，使的得I/O口资源灵活、功能强大、可充分利用。

AVR单片机片具备多种独立的时钟分频器，分别供URAT、I2C、SPI使用。

其中与8/16位定时器配合的具有多达10位的预分频器，可通过软件设定分频系数提供多种档次的定时时间。

AVR单片机独有的“以定时器/计数器（单）双向计数形成三角波，再与输出比较匹配寄存器配合，生成占空比可变、频率可变、相位可变方波的设计方法（即脉宽调制输出PWM）更是令人耳目一新。

[4] 

增强性的高速同/异步串口，具有硬件产生校验码、硬件检测和校验侦错、两级接收缓冲、波特率自动调整定位（接收时）、屏蔽数据帧等功能，提高了通信的可靠性，方便程序编写，更便于组成分布式网络和实现多机通信系统的复杂应用，串口功能大大超过MCS-51/96单片机的串口，加之AVR单片机高速，中断服务时间短，故可实现高波特率通讯。

面向字节的高速硬件串行接口TWI、SPI。

TWI与I2C接口兼容，具备ACK信号硬件发送与识别、地址识别、总线仲裁等功能，能实现主/从机的收/发全部4种组合的多机通信。

SPI支持主/从机等4种组合的多机通信。

AVR单片机有自动上电复位电路、独立的看门狗电路、低电压检测电路BOD，多个复位源（自动上下电复位、外部复位、看门狗复位、BOD复位），可设置的启动后延时运行程序，增强了嵌入式系统的可靠性。

AVR单片机具有多种省电休眠模式，且可宽电压运行（5-2.7V），抗干扰能力强，可降低一般8位机中的软件抗干扰设计工作量和硬件的使用量。

[5] 

LED灯

LED（LightEmittingDiode），发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。

LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。

半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。

但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。

当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED灯发光的原理。

而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。

2.3LED灯的优点：

1、节能.白光LED的能耗仅为白炽灯的1/10，节能灯的1/4.

2、长寿.寿命可达10万小时以上,对普通家庭照明可谓"

一劳永逸"

.

3、可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉.

4、固态封装，属于冷光源类型。

所以它很方便运输和安装，可以被装置在任何微型和封闭的设备中，不怕振动，基本上用不着考虑散热。

5、led技术正日新月异的在进步，它的发光效率正在取得惊人的突破，价格也在不断的降低。

一个白光LED进入家庭的时代正在迅速到来。

6、环保，没有汞的有害物质。

LED灯泡的组装部件可以非常容易的拆装，不用厂家回收都可以通过其它人回收。

7、配光技术使LED点光源扩展为面光源，增大发光面，消除眩光，升华视觉效果，消除视觉疲劳；

8、透镜与灯罩一体化设计。

透镜同时具备聚光与防护作用，避免了光的重复浪费，让产品更加简洁美观；

9、大功率led平面集群封装，及散热器与灯座一体化设计。

充分保障了led散热要求及使用寿命，从根本上满足了LED灯具结构及造型的任意设计，极具LED灯具的鲜明特色。

10、节能显著。

采用超高亮大功率led光源，配合高效率电源，比传统白炽灯节电80%以上，相同功率下亮度是白炽灯的10倍；

11、超长寿命50,000小时以上，是传统钨丝灯的50倍以上。

LED采用高可靠的先进封装工艺—共晶焊，充分保障LED的超长寿命；

12、无频闪。

纯直流工作，消除了传统光源频闪引起的视觉疲劳

13、绿色环保。

不含铅、汞等污染元素，对环境没有任何污染

；

14、耐冲击，抗雷力强，无紫外线（UV）和红外线（IR）辐射。

无灯丝及玻璃外壳，没有传统灯管碎裂问题，对人体无伤害、无辐射。

15、低热电压下工作，安全可靠。

表面温度≤60℃（环境温度Ta=25℃时）

16、宽电压围，全球通用LED灯。

85V~264VAC全电压围恒流，保证寿命及亮度不受电压波动影响；

17、采用PWM恒流技术，效率高，热量低，恒流精度高；

18、降低线路损耗，对电网无污染。

功率因数≥0.9，谐波失真≤20%，EMI符合全球指标，降低了供电线路的电能损耗和避免了对电网的高频干扰污染；

19、通用标准灯头，可直接替换现有卤素灯、白炽灯、荧光灯

20、发光效率可高达801m/w，多种LED灯色温可选，显色指数高，显色性好；

2.4产品设计原理：

LED一般是恒流操作的，如何改变LED的亮度呢？

在一定的频率的方波中，调整高电平和低电平的占空比，即可实现。

比如我们用低电平点亮一个LED灯，我们假设把一个频率周期分为10个时间等份，如果方波中的高低电平占空比是9：

1，这是就是一个比较暗的亮度，如果方波中高低电平占空比是10：

0，这时，全部是高电平，灯是灭的。

如果占空比是5：

5，就是一个中间亮度，如果高低比是1：

9，是一个比较亮的亮度，如果高低是0：

10，这时全部是低电平，就是最亮的。

实际上应用中，电视屏幕墙中的几十百万LED象素都是这样控制的，而且每一个象素都有红绿蓝3个LED，每个LED可以变化的亮度是几百到几万或者更多的级别，以实现真彩色的显示。

还有在您的手机中，背光灯的亮度如果是可以变化的，也应该是这种工作方式。

目前的城市彩灯也有很多都使用了LED，需要控制亮度是也是PWM控制。

在程序中，我们将定时器2溢出定为1/1200秒。

每10次脉冲输出一个120HZ频率。

这每10次脉冲再用来控制高低电平的10个比值。

这样，在每个1/120秒的方波周期中，我们都可以改变方