基于单片机多功能台灯.docx

1、基于单片机多功能台灯电子设计大赛基于单片机技术调光台灯说明书 设计课题： 多功能台灯 专业（系） 电气工程系 班 级 工控091 学生姓名 刘元龙 指导老师 陈勇宏 完成日期 2011.06.05 目录0 引言 21 系统硬件电路设计 31.1 单片机主控系统 31.2三级管驱动系统 31.3 时钟系统 41.4 蜂鸣系统 41.5 按键系统 41.6 电源系统 51.7硬件电路图 52 系统软件设计 62.1 系统主程序 72.2 按键检测和处理程序 72.3 定时器中断程序 72.4主要程序 73 实验结果 124 结论 12参考文献 130 引言随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，

2、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1。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，LED 必然会

3、进入普通照明领域取代现有的照明光源2。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；而且部分台灯产品功能单一，缺少亮度调节、时钟日历、温度显示等功能，无法适应现代家庭生活的实际需求。为解决当前问题，本文设计了以AT89S51 单片机为核心的多功能白光LED 台灯系统，采用PT4115 大功率LED 恒流驱动方案，可实现对LED 台灯的PWM 调光控制；同时兼有时钟日历、声光闹钟、温度检测、液晶显示等多项功能。在实现高效节能的同时，为家庭使用提供了极大的便捷。1 系统硬件电路设计该多功能 LE

4、D 台灯系统采用20 只5mm 高亮白光LED 灯珠为光源，以AT89S51 单片机为主控芯片，由LED 恒流驱动系统、时钟系统、蜂鸣系统、按键系统组成。该系统可具体实现LED 台灯的10 级PWM 调光控制；数码管实时显示时钟；用户可通过按键系统实现对时钟、LED 亮度的调节1.1 单片机主控系统本设计主控系统采用ATMEL 公司的高性能AT89S51 芯片实现，其P0 口外接10K 的上拉电阻，P0.0P0.7 同时作为数码管的段选P2.0P2.7分别连接数码管的位选。P1.0 作为蜂鸣器控制端。P3.3、P3.4、P3.6 与P3.7 作为S1S4 按键系统。P1.2 作为PWM 信号的

5、输出端并连接三极管9014上，用于PWM 调光控制。系统晶振电路由12MHZ 晶振与两个30PF 电容组成；复位电路则由S5 按键、10K 电阻与10uF 电解电容构成。 1.2三级管驱动系统本设计 L ED 光源采用相互并联方式，共由20 只5mm 高亮度小功率LED 灯珠组成；每只LED 灯珠的压降约3.1V，工作电流约20mA。由白光LED 的正向伏安特性可知，当LED 端电压超过其正向导通电压后，较小的电压波动都会导致工作电流的的剧烈变化，从而影响LED 的正常使用，固LED 宜采用三级管驱动方式。极大的改善EMI，同时具有过温、过压、过流、LED 开路保护等多种功能。该驱动适合用于绿

6、色照明LED灯的驱动电路，具有应用电路非常简洁的优点。通过 9014，8050三级管的基极，可以方便的进行模拟或PWM 调光。由于模拟调光是直接改变流过LED 电流的大小来实现亮度调节，除了亮度会改变以外，也会影响白光的质量，即不同电流下发出的白光存在色偏。因此，本设计采用PWM 调光方案，PWM 调光的基本原理是保持LED 正向导通电流恒定，而通过控制电流导通和关断的时间比例，即改变输入脉冲信号的占空比，使LED 产生亮暗变化；并利用人眼的视觉残留效应，当LED 亮暗变化频率大于120Hz 时，人眼就不会感觉到闪烁，而看到是LED 的平均亮度。PWM 调光的优势是LED 正向导通的电流是恒定

7、的，LED 的色度就不会像模拟调光时产生变化。 PWM 脉冲信号则由单片机P1.2 产生，其高低电平决定LED 的通断状态。将定时器T1溢出中断定为1/2500 秒(即400 S)，每10 次脉冲作为一个周期，即频率为250HZ。这样，在每1/250 秒的方波周期中，通过改变方波的输出占空比，从而实现LED 灯的10 级亮度调节，即LED 亮度等级由每个周期内的高电平脉冲数目决定。当高电平脉冲个数为1 时，占空比为1/10，亮度最低，其调光原理如所示；当高电平脉冲为10 时，占空比为1，LED亮度最高。1.3 时钟系统时钟系统采用AT89S51单片机中的一个定时中断，其频率为12MHZ的晶振。

8、1.4 蜂鸣系统蜂鸣系统用于报警声以及按键提示音。由单片机P1.0 口控制PNP 三极管8050的通断实现对蜂鸣器声音控制；通过延迟函数实现蜂鸣报警声 滴用于按键提示音。1.5 按键系统按键控制系统由S1S5 五个按键组成，分别为S1 时设置键、S2 分设置键、S3 亮度减小键、S4 亮度增加键。S5用于复位键。1.6 电源系统本系统设计最大功率约1.6W，可采用电池或稳压电源多种方式供电。由于系统光源采用20 只LED 灯珠并联组成，供电电源在5V 电压范围内均可使LED 灯正常使用。但单片机供电系统采用三端稳压芯片7805，该线性稳压芯片正常工作输入电压与输出电压差值应至少高于2V，若差值

9、过大会增加额外功耗。同时，系统设计简洁灵活，可根据用户需求适当调整驱动电路参数，即可扩展LED 照明功率，最大可至2W左右。1.7硬件电路图驱动电路单片机原图2 系统软件设计该系统控制程序主要包含系统初始化程序、实时时钟处理程序、键盘检测与处理程序、闹钟中断以及定时器产生PWM 程序构成 。2.1 系统主程序系统主程序主要包括系统初始化程序（包括I/O 口初始化、数码管的初始化、外部中断0 与定时器T0 设置）、按键检测和处理程序、时钟数据的读取与处理程序、报警的判断和处理程序、PWM 调光处理程序等。2.2 按键检测和处理程序按键控制系统由S1S5五个按键组成，分别为S1 时设置键、S2 分

10、设置键、S3 亮度减小键、S4 亮度增加键。S5用于复位键。S1、S2用于选择需要调整的时钟的（时分）这一参数，按下S1时加一，按下S2时分加一。S3、4实现LED灯光亮度的10级调节，每按S3一次，LED亮度增大一级；当达到亮度最大时，再次按下则关闭LED灯光。每次有按键按下，蜂鸣器都以短滴声提示。每按S4一次，LED亮度减少一级；当达到亮度最少时，再次按下则关闭LED灯光。每次有按键按下，蜂鸣器都以短滴声提示。2.3 定时器中断程序为产生调节 LED 灯光亮度的PWM 信号，定时器T0 设置为工作方式0，即13 位计数器定时，最多装载数值为213=8192 个。因为系统晶振采用12MHz，

11、赋值使TH0=（8192-400）/ 32 与 TL0=（8192-400）%32，即可实现400 S 的定时中断。10 次中断（即4mS）作为一个周期，通过调节每个周期内单片机P1.1（该控制口名称定义为LED_PWM）输出的占空比来产生PWM 脉冲信号，程序设置对T0 中断次数（即定义为T0_num）进行计数，以便判断一个周期到否；同时判断比较高电平脉冲个数（即定义为scale 值，由调光键S6 按下次数设置）用于实现不同亮度等级的调节。在定时器T0 中断服务程序中，首先T0 重新装入定时为400 S 的初值；定时器中断次数T0_num 加1，判断一个方波周期到否，若到达，令T0_num

12、归零，并将P1.1口输出电平置高(即LED_PWM=1)；如果一个方波周期还没到，则与亮度等级scale 值作比较，判断高电平脉冲个数scale 到否，若到达，令P1.1 口输出电平置低（即LED_PWM=0），否则继续保持P1.1 口输出高电平(即LED_PWM=1)；而后中断返回，等待下一次定时中断。这样，P1.1 口就产生了所需的PWM 调光信号。定时器生成PWM 流程图所示。2.4主要程序#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define S3 0xbf#define S4 0x7fsbit S1=

13、P30;sbit S2=P31;sbit beep=P10;uchar KeyValue;uchar code disptab = 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80, 0x90; uchar code bittab = 0xFE,0xFD,0xFB,0xF7,0xEF,0xDF,0xBF,0x7F;uchar hour=12;uchar min=0;uchar q;uchar sec=0;uint count;void disp_2();uchar pwm;uchar num;void dleplay(uchar f);void bee(

14、);void init_t0();void init_t1();void koycan();void shu();void delay (uchar i);uchar ScanKey() uchar key; P3=0xff; key=P3; if(key=0xff)return 0xff; delay(30); P3=0xff; key=P3; if(key=0xff)return 0xff; while(P3!=0xff)disp_2(); return key;void disp_2() static uchar mun=0,CON=255; while(CON-); mun+; mun

15、=(mun%8); P0=0xff; P2=bittabmun; switch(mun) case 0: P0=disptabsec%10; break; case 1: P0=disptabsec/10%10; break; case 2: P0=0xbf; break; case 3: P0=disptabmin%10; break; case 4: P0=disptabmin/10%10; break; case 5: P0=0xbf; break; case 6: P0=disptabhour%10; break; case 7: P0=disptabhour/10%10; break

16、; default: break ; void main() P2=0XFF; P0=0XFF; pwm=16; num=0; P1=0X00; init_t0(); init_t1(); while(1) koycan(); shu(); void bee() beep=0; delay(100); beep=1; delay(100);void delay(uchar i) uchar y,x; for(x=i;x0;x-) for(y=120;y0;y-) void shu() P3=0xff; KeyValue=ScanKey(); switch(KeyValue) case S3:h

17、our+; break; case S4:min+;break; default : break; if(q=1) TR1=0; P0=0X8C; P2=0X24; else TR1=1; disp_2(); void koycan() if(S1=0) delay(30); if(S1=0) if(pwm!=0x20) pwm+; delay(250); delay(250); else bee(); if(S2=0) delay(30); if(S2=0) if(pwm!=0x01) pwm-; delay(250); delay(250); else bee(); void init_t

18、0() TMOD=0X01; TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256; EA=1; ET0=1; TR0=1;void t0() interrupt 1 TR0=0; TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256; num+; if(num=33) num=0; if(num=pwm) P1=0xff; else P1=0X00; TR0=1;void init_t1()TMOD=0X10; TH1=0xfc; TL1=0x18; EA=1; ET1=1; TR1=1;void t1() interrupt 3 TH

19、1=0xfc; TL1=0x18; count+; if(count=1000) count=0; sec+; if(sec=60) sec=0;min+; if(min=60) min=0;hour+; if(hour=24) hour=0; 3 实验结果根据以上设计方案，本文制作了该款基于PWM 调光的多功能LED 台灯。经调试后系统运行稳定可靠，基本可以满足家庭生活的使用要求。系统工作时，最低功率（即LED 熄灭状态）为0.28W；最大功率（即LED 最高亮度状态）约为1.52W；同时，数码管显示时间准确。4 结论本文多功能LED 台灯系统采用AT89S51 单片机为控制核心，运用PWM

20、调光技术实现L ED 台灯的多级调光控制，并兼有时间功能。该系统具有控制电路简单、亮度调节精确、功能丰富、实用便捷等优点，适合于现代家庭的实际需要。可以预见，随着LED 照明技术的不断发展完善，节能高效的LED将在家用照明领域发挥着日益重要的作用。参考文献1 黎平LED 驱动电源研究D重庆：重庆大学硕士学位论文，2007.2 毛兴武，张艳雯，周建军新一代绿色光源LED 及其应用技术M北京：人民邮电出版社，2009.3 楼然苗，李光飞单片机课程设计指导M北京：北京航空航天大学出版社，2007.4 陈雷，赵艳军基于PT4115 的大功率LED 恒流驱动的设计J灯与照明，2008.12：3134.5 郑久云，韩志刚，罗胜钦白光LED 的应用与驱动J现代显示，2009.8：4345.6 张军AVR 单片机应用系统开发典型实例M北京：中国电力出版社，2005.