基于单片机的PWM调光灯设计大学毕业论文毕业设计学位论文范文模板参考资料.doc

基于单片机的pwm调光基于单片机的pwm调光灯摘 要 pwm调光是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光 led驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光 led 的亮度。pwm 调光的优点在于能够提供高质量的白光，以及应用简单，效率高！例如在手机的系统中，利用一个专用 pwm 接口可以简单的产生任意占空比的脉冲信号，该信号通过一个电阻，连接到驱动器的 en 接口。多数厂商的驱动器都支持pwm 调光。 不管用buck, boost, buck-boost还是线性调节器来驱动led，它们的共同思路都是用驱动电路来控制光的输出。一些应用只是简单地来实现“开”和“关”地功能，但是更多地应用需求是要从0到100%调节光的亮度，而且经常要有很高的精度。设计者主要有两个选择：线性调节led电流（模拟调光），或者使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。使用脉冲宽度调制（pwm）来设置周期和占空度（图1）可能是最简单的实现数字调光的方法，并且buck调节器拓扑往往能够提供一个最好的性能。 关键词 数字脉冲/占空比/驱动电路/线性调节ibased on scm pwm dimming the lightsabstract pwm dimming is a simple digital pulse, the repeated switching of white led driver dimming technology. application of the system only needs to provide a wide, narrow different digital pulse, can easily change the output current, thereby regulating the brightness of white light led. pwm dimming has the advantage of being able to provide high quality white light, and the application of simple, high efficiency! for example, in a mobile phone system, using a special pwm interface can easily generate arbitrary duty cycle of the pulse signal, the signal is passed through a resistor, connected to the drive en interface. most manufacturers drive support pwm dimming. for buck, boost, buck-boost or linear regulator to drive led, their common ideas are the drive circuit to control the output of light. some applied simply to achieve the on and off function, but more application demand is to be from 0 to 100% regulates the brightness of the light, and often have very high precision. the designer has two main options: linear regulator led current ( analog dimming ), or using the switch circuit with respect to human recognition capacity, a high enough frequency to change the average light output ( digital dimming ). the use of pulse width modulation ( pwm ) to set the cycle and duty cycle ( figure 1 ) is probably the most simple digital dimming method, and buck regulator topology can often provide a best performance.key words digital pulse ,duty ,drive circuit ,linear regulatorii目 录中文摘要i英文摘要ii引 言11 单片机应用技术简介21.1 单片机内部构成21.2 单片机的工作原理22 pwm调光原理简介42.1 pwm调光技术原理42.1.1 脉冲宽度调节42.1.2 pwm对于led调光的优势52.2 led光源的特性73 电路设计83.1 电路设计流程图83.2 主控元件与功能模块介绍83.2.1 按键功能设计83.2.2 主控元件单片机83.2.3 光源模块113.2.4 电源的选择与连接113.3 其他元件工作特性123.3.1 led发光二极管功能简介123.3.2 晶振的作用与电路的连接134 实物装配与调试164.1 实物装配流程164.1.1 按照电路原理图焊接组件164.1.2 元器件清单及型号164.2 单片机内部程序的编写164.3 焊接工序注意事项16iii基于单片机的pwm调光4.4 调试完善功能18结束语19致 谢20参考文献21附录1：电路原理图22附录2：元器件清单及型号23 附录3：单片机内部程序正文24 附录4：实物成果图26 附录5：实物使用说明27iv基于单片机的pwm调光引 言 目前，针对led亮度控制方面，主要的两种解决方案为线性调节led的电流(模拟调光)或在肉眼无法察觉的高频下，让驱动电流从0到目标电流值之间来回切换(数字调光)。利用脉冲宽度调变(pwm)来设定循环和工作周期可能是实现数字调光的最简单的方法，原因是相同的技术可以用来控制大部分的开关转换器。 方案一：利用单片机输出占空比可调的高频脉冲，来改变驱动电流，从而精确地调节led亮度，即本论文所要介绍的调光方法(pwm调光），为尽量降低 听到噪声和辐射，高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹； 方案二：由于led的亮度在一定范围内与电流成正比，led的模拟调光是对led的每个周期进行调整，简单地说，它是不断调整led的电流大小来改变亮度的，可以通过调整电流检测电阻rsns，或用模拟电压驱动ic的某个调光功能引脚来完成。无论led是经由降压、升压、降压/升压或线性稳压器驱动，连接每一个驱动电路最常见的线程就是需要控制光的输出。现今仅有很少数的应用只需要开和关的简单功能，绝大多数都需要从0100%去微调亮度。 因此，利用单片机输出pwm信号，能对led进行精准，快速，有效地亮度调节。1 单片机应用技术简介1.1 单片机内部构成 单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.2 单片机的工作原理 单片微型计算机，简称单片机，是微型计算机的一个分支。它是在一块芯片上集成（嵌入）了cpu、ram和rom存储器、io接口等而构成的微型计算机。因主要用于工业测控领域，故又称为微控制器或嵌入式控制器。单片机的核心是中央处理器cpu。用超大规模集成技术把cpu集成在一块芯片上，称为微处理器。微处理器、微控制器和微型计算机三者的关系十分密切。目前，单片机在工业测控领域中已占重要地位。各电气厂商、机电行业和测控企业都把单片机作为本部门产品更新换代、产品智能化的重要工具。单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。程序通常是顺序执行的，所以程序中的指令也是一条条顺序存放的，单片机在执行程序时要能把这些指令一条条取出并加以执行，必须有一个部件能追踪指令所在的地址，这一部件就是程序计数器pc（包含在cpu中），在开始执行程序时，给pc赋以程序中第一条指令所在的地址，然后取得每一条要执行的命令，pc在中的内容就会自动增加，增加量由本条指令长度决定，可能是1、2或3，以指向下一条指令的起始地址，保证指令顺序执行。2 pwm调光原理简介2.1 pwm调光技术原理2.1.1 脉冲宽度调节我们知道用一个按键开关来控制放光二极管的亮灭，能很明显看到它亮、暗的变化。试想一下，假如用一个开、关频率很高的按键开关来控制发光二级管的亮、灭，由于人的视觉有1/24秒左右的视觉停留，当这个频率高于人的分辨能力，我们就会看到发光二级管一直亮着的错觉。故而，我们控制这个频率的高低，就能达到调光的目的，这种调光技术利用的是数字脉冲来实现的，是一种有效，精准，快速的调光手段。然而，现实中这种开关并非存在，而只是一种理想化的东西。但是如果利用单片机输出高频脉冲就能达到同样的效果。pwm调光是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光 led驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光 led 的亮度。pwm 是脉冲宽度调制的英文缩写，指一个周期中亮灯时间所占的比例。这个周期很短或说频率很高，至少要高过人眼感光的反应速度。pwm调光就是通过调整灯亮的时间与灯灭时间的比例来调整平均感观亮度的方法。在微小的时间片里，灯要么是全开、要么是全关，没有半开的中间状态。pwm调光可以是分档的，也可以是无级的。 pwm dimming (脉宽调制)调光方式这是一种利用简单的数字脉冲，反复开关白光led驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节白光 led 的亮度。pwm 调光的优点在于能够提供高质量的白光，以及应用简单，效率高！例如在手机的系统中，利用一个专用pwm接口可以简单的产生任意占空比的脉冲信号，该信号通过一个电阻，连接到驱动器的en接口。多数厂商的驱动器都支持pwm 调光。采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。pwm控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。pwm控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在20世纪80年代以前一直未能实现。知道进入20世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现及其迅速发展，pwm控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，pwm控制技术获得了空前的发展。到目前为止，已出现了多种pwm控制技术。 一般情况下，调节脉宽调制信号的脉宽有两种方法，一种方法是采用模拟电路中的调制方法，另一种方法是使用脉冲计数法。对于一般电机控制，采用第一种方法在控制电压变化时滤波的实现存在较大的困难，这主要是因为滤波频率较低、滤波精度要求高和滤波电路的参数不易调整。因此，本设计采用由单片机控制实现的脉冲计数法。2.1.2 pwm对于led调光的优势led调光目前有两种思路：一是线性调节led电流（即模拟调光），二是使用开关电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值（数字调光）。（pwm）是属于数字调光的方法。模拟调光通常可以很简单的来实现。但是由于led光的特性要随着平均驱动电流而偏移。对于单色led来说，其主波长会改变。对白光led来说，其相关颜色温度（cct）会改变。用pwm调光则保证了led发出设计者需要的颜色。pwm调光也可以提高输出电流精度。用线性调节的模拟调光会降低输出电流的精度。通常来说，相对于模拟调光，pwm调光可以精度大于线性控制光输出。从节能来说，没有可比性。因为pwm是保证cct和颜色情况下测定电流（光强），模拟调光则是不存在这个前提。如果要牺牲这个前提来考虑节能的话，需要实测数据。但我估计在实现同等照度的情况下，pwm会有优势。led生产商在他们的产品电气特性表中特别制定了一个驱动电流，这样就能保证只以这些特定驱动电流来产生的光波长或cct.用pwm调光保证了led发出设计者需要的颜色，而光的强度另当别论。这种精细控制在rgb应用中特别重要，以混合不同颜色的光来产生白光。从驱动ic的前景来看，模拟调光面临着一个严峻的挑战，这就是输出电流精度。几乎每个led驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流。电流辨别电压（vsns）通过折衷低能耗损失和高信噪比来选定。驱动中的容差、偏移和延迟导致了一个相对固定的误差。要在一个闭环系统中降低输出电流就必须降低vsns.这样就会反过来降低输出电流的精度，最终，输出电流无法指定、控制或保证。通常来说，相对于模拟调光，pwm调光可以提高精度，线性控制光输出到更低级。但是，pwm 调光有其劣势。主要反映在：pwm 调光很容易使得白光 led 的驱动电路产生人耳听得见的噪声（audible noise，或者 microphonic noise）。这个噪声是如何产生？通常白光 led 驱动器都属于开关电源器件（buck、boost 、charge pump 等），其开关频率都在 1mhz左右，因此在驱动器的典型应用中是不会产生人耳听得见的噪声。但是当驱动器进行 pwm调光的时候，如果 pwm 信号的频率正好落在 200hz 到 20khz 之间，白光 led 驱动器周围的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声。所以设计时要避免使用 20khz 以下低频段。 另外市面上也有些调光电路用到了可控硅调光，可控硅前沿调光器若直接用于控制普通的led驱动器，led灯会产生闪烁，更不能实现宽范围的调光控制。原因归结如下：(1)可控硅的维持电流问题。目前市面上的可控硅调光器功率等级不同，维持电流一般是775ma(驱动电流则是7100ma)，导通后流过可控硅的电流必须要大于这个值才能继续导通，否则会自行关断。(2)阻抗匹配问题。当可控硅导通后，可控硅和驱动电路的阻抗都发生变化，且驱动电路由于有差模滤波电容的存在，呈容性阻抗，与可控硅调光器存在阻抗匹配的问题，因此在设计电路时一般需要使用较小的差模滤波电容。(3)冲击电流问题。由于可控硅前沿斩波使得输入电压可能一直处于峰值附近，输入滤波电容将承受大的冲击电流，同时还可能使得可控硅意外截止，导致可控硅不断重启，所以一般需要在驱动器输入端串接电阻来减小冲击。(4)导通角较小时led会出现闪烁。当可控硅导通角较小时，由于此时输入电压和电流均较小，导致维持电流不够或者芯片供电不够，电路停止工作，使led产生闪烁。2.2 led光源的特性 模拟调光通常可以很简单的来实现。我们可以通过一个控制电压来成比例地改变led驱动的输出。模拟调光不会引入潜在的电磁兼容/电磁干扰（emc/emi）频率。然而，在大多数设计中要使用pwm调光，这是由于led的一个基本性质：发射光的特性要随着平均驱动电流而偏移。对于单色led来说，其主波长会改变。对白光led来说，其相关颜色温度（cct）会改变。对于人眼来说，很难察觉到红、绿或蓝led中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。但是白光的颜色温度变化是很容易检测的。大多数led包含一个发射蓝光谱光子的区域，它透过一个磷面提供一个宽幅可见光。低电流的时候，磷光占主导，光趋近于黄色。高电流的时候，led蓝光占主导，光呈现蓝色，从而达到了一个高cct.当使用一个以上的白光led的时候，相邻led的cct的不同会很明显也是不希望发生的。同样延伸到光源应用里，混合多个单色led也会存在同样的问题。当我们使用一个以上的光源的时候，led中任何的差异都会被察觉到。3 电路设计3.1 电路设计流程图图 3-1 电路设计流程图3.2 主控元件与功能模块介绍3.2.1 按键功能设计本设计采用一个自锁开关，三个按键开关作为控制系统的按钮。自锁开关作为电源开关，实现为整个电路上电，断电的功能。按键开关一为复位开关，实现led任何时候的导通与关闭，当再次按下复位开关，点亮led的亮度为默认按下复位开关关闭led时的亮度，复位开关并不是电源的开关，而是让程序从第一步开始执行的功能开关。余下两个按键开关作为调节亮度使用，即为增大亮度，减小亮度，长按则实现连续调节，实现无级调光。3.2.2 主控元件单片机 stc89c52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8k在系统可编程flash存储器。在单芯片上，拥有灵巧的8位cpu和在系统可编程flash，使得stc89c52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。具有以下标准功能：8k字节flash，512字节ram，32位i/o口线，内置4kb eeprom，max810复位电路，三个16位定时/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口。空闲模式下，cpu停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35mhz，6t/12t可选。下图为stc89c52引脚图以及各引脚功能：图 3-2 stc89c52引脚图vcc：供电电压。gnd：接地。p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（计时器0外部输入）p3.5 t1（计时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。/psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。/ea / vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。3.2.3 光源模块本调光实物采用八只高亮度led发光二极管作为光源模块，每只led正极分别接一个330的电阻作为限流电阻,引出的八个引脚集结为一个公共端作为电路的+5v端，而每只led的负极分别接stc89c52单片机p1口的八个引脚，即为该电路的光源模块。3.2.4 电源的选择与连接 选用usb供电，由于从usb的4号引脚出来的是+5v的直流电，故可以直接作为单片机供电电路用，一根usb内有四根芯线，通常红色和黑色作为电源线，红色为+5v电压，黑色为0v电压。将这两根电源线分别于与自锁开关的两组自锁线路每一端相连，每组自锁线路都剩下一个引脚，对应接单片机引脚中的vcc（+5v）与gnd（0v），自锁开关作为整个电路的电源开关，控制整个电路电压的供给。实物连接如下图：图 3-3 自锁开关接线图3.3 其他元件工作特性3.3.1 led发光二极管功能简介 50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。led是英文light emitting diode（发光二极管的缩写），发图 3-4 发光二极管构造图光二极管它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以led的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为pn结。在某些半导体材料的pn结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。pn结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称led。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从led阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。led发光二级管是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为led。发光二极管与普通二极管一样是由一个pn结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从p区注入到n区的空穴和由n区注入到p区的电子，在pn结附近数微米内分别与n区的电子和p区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻r可用下式计算： r=（euf）/if式中e为电源电压，uf为led的正向压降，if为led的一般工作电流。发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二级管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示09十个数目字。3.3.2 晶振的作用与电路的连接晶振的作用就是给单片机正常工作提供稳定的时钟/脉冲信号。通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的办法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18、19脚）的对地电压，以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：18脚对地约2.24v，19脚对地约2.09v。对于怀疑是复位电路故障而不能正常工作的单片机也可以采用模拟复位的方法来判断，单片机正常工作时第9脚对地电压为零，可以用导线短时间和5v连接一下，模拟一下上电复位，如果单片机能正常工作了，说明这个复位电路有问题晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。高级的精度更高。有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（vco）。晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。晶振一般叫做晶体谐振器，是一种机电器件，是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削并镀上电极焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性，如果给他通电，他就会产生机械振荡，反之，如果给他机械力，他又会产生电，这种特性叫机电效应。他们有一个很重要的特点，其振荡频率与他们的形状，材料，切割方向等密切相关。由于石英晶体化学性能非常稳定，热膨胀系数非常小，其振荡频率也非常稳定，由于控制几何尺寸可以做到很精密，因此，其谐振频率也很准确。根据石英晶体的机电效应，我们可以把它等效为一个电磁振荡回路，即谐振回路。他们的机电效应是机-电-机-电.的不断转换，由电感和电容组成的谐振回路是电场-磁场的不断转换。在电路中的应用实际上是把它当作一个高q值的电磁谐振回路。由于石英晶体的损耗非常小，即q 值非常高，做振荡器用时，可以产生非常稳定的振荡，作滤波器用，可以获得非常稳定和陡削的带通或带阻曲线。晶振的工作原理其实就是在石英晶体的两个极板上加一个电场，晶片会产生机械形变，对极板施加机械力使其变形，又会在基板上产生相应的电荷，这叫压电效应。如果在两个极板上加上交变的电压，晶片便会产生机械变形震荡，同时这种机械震荡还会产生交变电场（比较的微小），但是当外加交变的电压的频率与晶片固有的频率（尤其形状和尺寸决定）相等时，机械振动的幅度会加剧，产生交变电场也增大。叫做压电谐波。晶振一般要连接两个低容量电容后，再连入单片机。匹配电容负载电容是指晶振要正常震荡所需要的电容。一般外接电容，是为了使晶振两端的等效电容等于或接近负载电容。要求高的场合还要考虑ic输入端的对地电容。一般晶振两端所接电容是所要求的负载电容的两倍。这样并联起来就接近负载电容了。负载电容是指在电路中跨接晶体两端的总的外界有效电容。他是一个测试条件，也是一个使用条件。应用时一般在给出负载电容值附近调整可以得到精确频率。此电容的大小主要影响负载谐振频率和等效负载谐振电阻。 一般情况下，增大负载电容会使振荡频率下降，而减小负载电容会使振荡频率升高。负载电容是指晶振的两条引线连接ic块内部及外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器工作不正常。 4 实物装配与调试4.1 实物装配流程4.1.1 按照电路原理图（见附录）焊接组件4.1.2 元器件清单及型号（见附录）4.2 单片机内部程序的编写 关于频率和占空比的确定，对于12m晶振，假定pwm输出频率为1khz,这样定时中断次数设定为c=10，即0.01ms中断一次，则th0=ff,tl0=f6;由于设定中断时间为0.01ms，这样可以设定占空比可从1-100变化。即0.01ms*100=1ms #include #define uchar unsigned char th0和tl0是计数器0的高8位和低8位计数器，计算办法:tl0=(65536-c)%256; th0=(65536-c)/256,其中c为所要计数的次数即多长时间产生一次中断；tmod是计数器，工作模式选择，0x01表示选用模式1,它有16位计数器，最大计数脉冲为65536最长时间为1ms*65536=65.536ms 用程序编辑器将编好的程序（见附录）烧入单片机。4.3 焊接工序注意事项焊接的物理基础是“浸润”，浸润也叫“润湿”。要解释浸润，先从荷叶上的水珠说起：荷叶表面有一层不透水的腊质物质，水的表面张力使它保持珠状，在荷叶上滚动而不能摊开，这种状态叫做不能浸润；反之，假如液体在与固体的接触面上摊开，充分铺展接触，就叫做浸润。锡焊的过程，就是通过加热，让铅锡焊料在焊接面上熔化、流动、浸润，使铅锡原子渗透到铜母材（导线、焊盘）的表面内，并在两者的接触面上形成cu6-sn5的脆性合金层。在焊接过程中，焊料和母材接触所形成的夹角叫做浸润角，如下图中，当时，焊料与母材没有浸润，不能形成良好的焊点；(b)图中，当时，焊料与母材浸润，能够形成良好的焊点。仔细观察焊点的浸润角，就能判断焊点的质量。图 4-1 焊料与母材接触示意图图：浸润与浸润角显然，如果焊接面上有阻隔浸润的污垢或氧化层，不能生成两种金属材料的合金层，或者温度不够高使焊料没有充分熔化，都不能使焊料浸润。进行锡焊，必须具备的条件有以下几点： 焊件必须具有良好的可焊性所谓可焊性是指在适当温度下，被焊金属材料与焊锡能形成良好结合的合金的性能。不是所有的金属都具有好的可焊性，有些金属如铬、钼、钨等的可焊性就非常差；有些金属的可焊性又比较好，如紫铜、黄铜等。在焊接时，由于高温使金属表面产生氧化膜，影响材料的可焊性。为了提高可焊性，可以采用表面镀锡、镀银等措施来防止材料表面的氧化。 焊件表面必须保持清洁为了使焊锡和焊件达到良好的结合，焊接表面一定要保持清洁。即使是可焊性良好的焊件，由于储存或被污染，都可能在焊件表面产生对浸润有害的氧化膜和油污。在焊接前务必把污膜清除干净，否则无法保证焊接质量。金属表面轻度的氧化层可以通过焊剂作用来清除，氧化程度严重的金属表面，则应采用机械或化学方法清除，例如进行刮除或酸洗等。 要使用合适的助焊剂助焊剂的作用是清除焊件表面的氧化膜。不同的焊接工艺，应该选择不同的助焊剂，如镍铬合金、不锈钢、铝等材料，没有专用的特殊焊剂是很难实施锡焊的。在焊接印制电路板等精密电子产品时，为使焊接可靠稳定，通常采用以松香为主的助焊剂。一般是用酒精将松香溶解成松香水使用。 焊件要加热到适当的温度焊接时，热能的作用是熔化焊锡和加热焊接对象，使锡、铅原子获得足够的能量渗透到被焊金属表面的晶格中而形成合金。焊接温度过低，对焊料原子渗透不利，无法形成合金，极易形成虚焊；焊接温度过高，会使焊料处于非共晶状态，加速焊剂分解和挥发速度，使焊料品质下降，严重时还会导致印制电路板上的焊盘脱落。需要强调的是，不但焊锡要加热到熔化，而且应该同时将焊件加热到能够熔化焊锡的温度。 合适的焊接时间焊接时间是指在焊接全过程中，进行物理和化学变化所需要的时间。它包括被焊金属达到焊接温度的时间、焊锡的熔化时间、助焊剂发挥作用及生成金属合金的时间几个部分。当焊接温度确定后，就应根据被焊件的形状、性质、特点等来确定合适的焊接时间。焊接时间过长，易损坏元器件或焊接部位；过短，则达不到焊接要求。一般，每个焊点焊接一次的时间最长不超过5s。4.4 调试完善各元件功能 焊接完成后，用万用表检查电路，发现按键开关没有接到对应一组引脚上，也就是常开、按下后接通的连个引脚。调换引脚后，按键开关焊接正确。 经过各元件装配焊接流程后，试用电脑usb输出电源，按顺序按下功能开关后没有点亮发光二极管。改用5v电源适配器后，正常工作。原因可能是电脑输出电压低于5v，导致晶振没有起振。点亮八只发光二极管后发现，其中一只二极管的亮度低于其它七只。更换该发光二极管后，八只发光二极管亮度达到一致。原因是在未焊接之前，检查发光二极管时，将很大的电压加在了二极管两端，损坏了该二极管原有的特性。当所有元件能正常工作后，发现三个按键开关位置不合理，确定三个按键开关所接单片机引脚的功能后，调换到与实物成果图（见附录）一致的合适位置。结束语 经过元件的组装，焊接，调试操作，各功能按设计理论实现。2011年月，我开始了我的毕业论文工作，经过长时间的写作到现在论文基本完成。论文的写作是一个长期的过程，需要不断的进行精心的修改，不断地去研究各方面的文献，认真总结。历经了这么久的努力，终于完成了毕业论文。在这次毕业论文的写作的过程中，我拥有了无数难忘的感动和收获。12月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来。写作毕业论文是我们每个大学生必须经历的一段过程，也是我们毕业前的一段宝贵的回忆。当我们看到自己的努力有收获的时候，总是会有那么一点点自豪和激动。任何事情都是这样子，需要我们脚踏实地的去做，一步一个脚印的完成，认真严谨，有了好的态度才能做好一件事情，一开始都觉得毕业论文是一个很困难的任务，大家都难免会有一点畏惧之情，但是经过长时间的努力和积累，经过不断地查找资料后总结，我们都很好的按老师的要求完成了毕业论文的写作，这种收获的喜悦相信每个人都能够体会到。这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，相信对我未来的学习和工作有很大的帮助。在这次毕业论文中同学之间互相帮助，共同商量相关专业问题,这种交