LED照明恒流驱动电源论文.docx

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LED照明恒流驱动电源论文

毕业设计（论文）

题目LED照明恒流驱动电源的设计

摘要

本次设计为LED的照明恒流驱动电源，系统大致分为五个模块：

单片机控制模块、数模（D/A）转换模块、恒流源模块、模数（A/D）转换模块、显示模块。

单片机控制模块以单片机AT89S52为核心，通过键盘预置电流值，单片机输出相应的数字信号给D/A转换器，D/A转换器输出的模拟信号送到运算放大器，通过恒流源控制主电路电流大小。

实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号，经A/D转换后将信号反馈到单片机中。

单片机将反馈信号与预置值比较，根据两者间的差值调整输出信号大小。

显示模块采用LED显示屏与8255连接设计成10进制8位数码动态显示电路。

键盘模块采用常见4×4矩阵键盘，用动态扫描方式读取外部按键动作，这样设计可靠，配合AT89S52单片机可以很轻松的实现按键输入。

此外，本设计可实现输出电流100～1000mA且有步进调整功能。

关键词：

单片机；键盘控制；D/A转换；恒流源；A/D转换；译码显示

ABSTRACT

ThedesignfortheLEDlightingconstantcurrentdriver,thesystemcanbedividedintofivemodules:

asingle-chipcontrolmodule,D/A（D/A）conversionmodule,aconstantcurrentsourcemodule,module（A/D）conversionmodule,displaymodule.SinglechipcontrolmoduleonAT89S52single-chipmicrocomputerasthecore,throughthekeyboardtopresetcurrentvalue,theoutputofthesinglechipdigitalsignalcorrespondingtotheD/Aconverter,D/Aconverteroutputanalogsignaltotheoperationalamplifier,throughaconstant-currentsourcecontrolmaincircuitcurrentsize.Theactualoutputcurrentthroughthesamplingresistorsamplingischangedintovoltagesignal,theA/Dconversionsignalfeedbacktothemcu.MCUfeedbacksignalandthepresetvaluewillbecompared,accordingtothedifferencebetweenthetwooutputsignalforadjustingthesizeof.DisplaymoduleusingLEDdisplayscreenandthe8255connectionisdesignedinto10binary8bitdigitaldynamicdisplaycircuit.Keyboardmoduleusesacommon4x4matrixkeyboard,usingdynamicscanningmodetoreadtheexternalbuttonaction,sothedesignofreliable,withAT89S52MCUcaneasilyachievethekeyinput.Inaddition,thedesigncanrealizetheoutputcurrentof100~1000mAandstepadjustmentfunction.

Keywords:

singlechipmicrocomputer;keyboardcontrol;D/Aconversion;constant

目录

1绪论1

1．1引言1

1．2LED发展现状及应用意义和前景1

1．2．1国内外应用及发展现状1

1．2．2课题研究意义2

2总体结构设计与论证4

3硬件电路设计7

3．1单片机模块的设计7

3．1．1单片机的选择7

3．1．2AT89S52单片机功能特性描述7

3．1．3AT89S52引脚功能描述7

3．1．4AT89S52基本连接图10

3．2D/A与A/D电路设计10

3．2．1D/A转换器10

3．2．2A/D转换器12

3．3显示模块设计14

3．3．1显示模块方案论证14

3．3．2LED显示器的工作原理14

3．3．3显示模块电路16

3．4键盘模块方案17

3．4．1方案论证17

3．4．2键盘模块的电路18

3．5恒流源模块的设计19

3．6稳压电源电路21

4软件设计23

4．1编程语言描述23

4．2主程序流程图23

4．3键盘处理程序23

4．4显示处理程序25

结论27

致谢28

参考文献29

1绪论

1．1引言

近年来，世界范围内的能源短缺和环境污染问题越来越严重，节能减排成为全世界共同关注的研究课题。

发达国家照明用电占发电总量的比例是19％，我国也达到10％。

随着经济发展，我国的照明用电将还会逐步提高，因此对绿色节能照明的研究越来越受到重视。

发光二极管（1ightemit—tinsdiode，LED）是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，可以直接把电转化为光，与传统的自炽灯和荧光灯相比，具有光效高、耗能少、寿命长、无辐射等优点。

据统计，若是用固体LED光源代替传统照明设备，全球照明能耗将可以节约50％以上，所以LED将会成为最具前景的照明产品。

然而，目前LED照明在应用上仍存在某些问题。

LED驱动电源要求高效率、高功率因数、高电流控制精度、高可靠性、安全隔离、符合EMI标准、体积小、成本低等。

中国质量认证中心于2010年12月发布的《LED筒灯节能认证规则》规定对于5～15W的LED照明产品，要求功率因数必须大于0.7,如此才能进一步达成节能的目的。

本文设计了一种LED照明恒流驱动电源，具有效率高、功率因数高、控制精度高、体积小、成本低等特点。

1．2LED发展现状及应用意义和前景

1．2．1国内外应用及发展现状

20世纪60年代问世的LED在短短的30多年里，取得飞速发展。

第一批产品出现在1968年，工作电流20mA的LED的光通量只有千分之几流明。

相应的发光效率为0.11m/W，而且只有一种光色为650hm的红色光。

20世纪70年代初该技术进步很快，发光效率达到1lm/W，颜色也扩大到红色、绿色和黄色。

LED从诞生至今以每10年亮度提高20倍，价格降低为原来1/100的速度在发展。

伴随着新材料的发明和光效的提高，单个LED光源的功率和光通量也在迅速增加。

到了20世纪90年代，一种代号为“水虎鱼”的LED光源的驱动电流增加到50mA-70mA，而代号为“梭子鱼”的LED光源的驱动电流达到300mA一500mA。

特别是1998年白光LED的开发成功，使得LED应用从单纯的标识显示功能向照明功能迈出了实质性的一步。

因此各个国家都相当重视LED的发展及应用。

LED光源与传统光源相比较，具有如下的优点：

超长寿命，可达几万小时，传统光源一般为几千小时；结构坚固，没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，具有极高的抗震性能；响应速度快，光通上升时间短；对点灯线路要求低，易实现调光和智能控制；耐开关冲击，适用于频繁开关场合；高效节能，现有光效已经超过白炽灯，理论光效可达2001m/W；不含汞、铅等有害物质，没有污染，绿色环保。

欧司朗已经发布首款亮度超过50W卤素灯的LED产品，传统光源与LED的光效对比，如图1-1传统光源与LED的光效对比所示。

图1-1传统光源与LED的光效对比

国外LED照明技术的发展速度要超过国内。

在全球能源紧缺，气候变暖和经济危机的情况下，大力发展LED照明产业以成为各国政府的共识。

据美国能源部（DOE）统计，美国22%的电能用于照明。

DOE声称在今后20年中，LED照明将在美国得到快速普及，可以减少62%的照明电能需求。

另外，它能消除2.58亿吨的二氧化硅排放量，少建133座新的电厂。

采用LED照明能使财政节减115多亿美元。

以德国欧司朗，日本日亚公司，美国通用公司为代表的国外公司已经垄断了功率LED发光芯片的生产和封装等技术并推出LED照明设备。

在LED恒流驱动开关电源技术上，国外也发展迅速。

如日本松下电工已经开始生产“袖珍型LED照明灯”，该产品包括筒灯和聚光灯，其驱动电源做在灯头内，可直接用于220V市电，每套售价在100万到200万日元之间，光源寿命达4万小时。

1．2．2课题研究意义

我国是人口众多的泱泱大国，在照明领域消耗的能源相当的巨大，在能源紧缺的当今社会，使用节能、环保的LED照明具有非常重大的意义。

高效LED恒流驱动电源的研制将极大的提高我国在LED照明和LED背光电视等产业上的竞争力。

LED照明有着巨大的市场潜力，各国政府在政策和资金上都给予了极大的支持。

我国是传统的生产大国，LED照明产业在增加出口和拉动内需上都是新的增长点。

LED产业的发展，离不开高效LED恒流驱动电源的支持。

开关电源的发展有三十多年的历史，是比较成熟的技术，国内公司和研究机构在理论和研制方面与国外的差距较小，同时由于国家近几年大力发展微电子产业，使国内有了一批电源管理芯片的设计和生产的公司。

使LED恒流驱动开关电源的研制追赶世界先进水平成为可能。

白光LED照明需要220V市电驱动。

国内市场目前大量使用恒压控制加限流电阻或LED专用驱动芯片的恒流开关电源，研究用传统的恒压电源控制芯片实现恒流控制功能，将降低成本，减小体积，提高效率，增加设计的灵活性。

增强国内LED照明产业的国际竞争力。

传统开关电源大多是恒压控制的，恒流控制电源属于特种电源，现在LED照明的迅速推广，使得恒流控制电源成为常规电源。

因为恒流控制理论和技术方面的研究相对较少，所以恒流驱动方式将提供新的角度去研究恒流控制电源。

2总体结构设计与论证

2．1提出方案与论证

（1）通过专门的恒流/恒压芯片LT1769和简单的控制线路来实现压控电流源方案

这种恒压芯片具有集成度高，使用起来控制系统的软硬件都变得相对简单的优点。

但缺点是方案实现不够灵活；由于该芯片精度不高（5%），设备性能被局限在这种专用芯片性能指标所允许的范围内。

所以这种设计一般只适合于精度要求不高，但集成度和便携性要求高的场合。

事实证明，这不是最理想的数控电流源实现方案。

（2）通过编码开关来控制

通过编码开关来控制存储器的地址,先根据地址输出对应的数字量送数模（D/A）进行转换,再根据输出的电压量来控制电流的变化。

同时通过四个编码开关的BCD码送给数码管显示。

此方案的优点是电路简单，缺点是数据量大且存储器存储容量有限，在实验过程中发现编码开关不稳定，所以不宜采用。

其电路方框图如图2-1所示：

图2-1方案四方框图

（3）采用开环电路

即利用微处理器做控制电路