LED数控调光电源

1、LED数控调光电源南京航空航天大学金城学院毕业设计题目 LED数控调光电源设计学生姓名学 号系 部专 业班 级指导教师二O-四年六月编号LED数控调光电源南京航空航天大学金城学院t7JLED数控凋光电源本科毕业设计（论文）诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：LED数控调光电源设计） 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设 计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其 他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。作者签名：2014年5月29日（学号）：LED数控调光电源LED数控调光电源设计摘要LED是电流驱动型的电子器件，它的

2、发光强度与流过LED的电流成正比，所以，可以通 过控制流过LED的电流的大小来实现LED的亮度的调节。本课题是以单片机芯片作为控制 核心设计并制作的LED电源，可以实现LED亮度的数控调节。本课题的通过对简单的电流源电路进行改进来作为该设计电流源。压控恒流电路核心由 场效应管和运算放大器OP07构成，通过控制效应管的饱和程度来实现压控恒流。采用精密 采样电阻获得反馈电流信号，负载两端外加差分运放作为反馈电压。全部过程中使用PCF8591 来进行A/D、D/A转换。通过Proteus软件对系统进行仿真，仿真结果基本上满足设计要求。该设计可以实现LED 亮度的数控调节，同时也满足实际输出电流和预设

3、电流值的偏差的绝对值小于等于输入值的 1 %的要求。实测结果很大程度上说明该方案的设计具备较高的精度和很好的稳定性。关键词：LED,数字电源，Proteus, PCF8591LED Digital Control Dimming Power Supply DesignAbstractLED is a current driven electronic devices.The current and its luminous intensity is assumed to the high proportional relationship.Therefore, the brightness c

4、an be controlled by electric current.This topic is a LED power control design and manufacture which based on SCM.This design can realize the digital control LED lamp.The design of the subject adopts to improve simple current source and make it as current source circuit.Voltage controlled constant cu

5、rrent circuit composed of a field effect transistor and operational amplifier OP07, the degree of saturation control effect tube to realize voltage controlled constant current. Using precision sampling resistance to obtain LED数控调光电源the feedback current signaL the load applied differential amplifier

6、as the feedback voltage.The whole process using PCF8591 to convert analog and analog to digital.The simulation of Proteus software on the results basically meet the requirements.Numerical control design of the NC power can achieve LED brightness adjustment.At the same time, it can also satisfy the r

7、equirements that the absolute value of the output current with a given value of deviation is less than or equal to a given value of l%.The measured results largely explains the circuit design with high precision and stability.Key Words： LED; NC power supply; Proteus; PCF8591LED数控调光电源目录摘要Abstract第一章

8、绪论-0 -1.1课题背景和研究意义-0-1.2本文研究内容-1 -第二章 系统方案设11- 2 -2.1设计思路-2 -2.2系统设计方案-2-2.3设计可实现的功能-3-第三章 硬件电路的设11- 4 -3.1恒流稳压输出电路的设11-4 -3.2单片机及最小系统-5-3.2.1AT89C52的简单介绍-5 -3.2.2时钟电路与复位电路-6 -3.3数模和模数转换模块-7-3.3.1PCF8591引脚介绍3.3.2PCF8591的主要功能特性-9 -3.3.3PCF8591片内可编程功能设置-93.4LCD的显示模块-10-3.4.1LCD 1602主要技术参数-11 -3.4.2LCD

9、 1602的引脚功能说明-11-3.4.3LCD 1602内部的控制器指令-123.5键盘控制模块-13-3.6LED数控电源整体原理图-14 -笫四章 软件设计-15 -LED数控凋光电源4.1系统主程序设ii-15-4.2A/D、D/A 转换程序设it- 16-4.2.1A/D转换的程序设计-16 -4.2.2D/A转换的程序设计17 -4.3矩阵按键程序设IT-17-4.4显示模块的程序设ii-18-第五章系统的仿真调试-19-5.1PROTUES 仿真简介-19 -5.1 KEIL C51 与 PROTEUS 7.5 的联合使用-20 -5.2 KEILC51与PROTEUS 7.5的

10、联合仿真调试-20 -5.2系统仿真结果-21-5.2.1输出电流范圉仿真-22 -5.2.2仿真结果与分析-23-第六章 硬件调试-24-6.1元器件清单-24-6.2硬件制作过程中的问题以及解决方案-25-6.2.1LED灯的电流额度问题-25 -6.2.21 C电阻的功率不足问题-26 -6.3误差原因-26-第七章 总结与展望-26-参考文献-27-致 W- 28 -附录-28 -1. LED数控电源的电路设计图-28 -2. LED数控电源的硬件电路板-29 -3.系统程序29LED数控凋光电源第一章绪论1.1课题背景和研究意义LED凭借它光度强、使用寿命较长、节省能源等优点，已经被

11、国际公认为下一代的照明 源。将LED应用在照明领域里，那么它的使用寿命会比现有的照明设备提高6倍以上，长期 以来灯管含有重金属的问题就可以得到很好的解决。除此之外，LED的光度强使其在照明领 域的应用中可以大大的提高照明的效率，从而可以节约照明成本。总的而言，LED作为新的 照明工具将取代传统照明灯具为人类造福。LED是电流驱动型的电子器件，它的发光强度与流过LED的电流成正比。所以，为了更 好让LED的照明强度具有可调性，可以通过调节流过LED电流来实现这一功能。为了让LED 照明的节能优势可以得到充分的体现，如何在LED的电源中增加调节大小功能已成为迫在眉 睫课题。在电源的发展历史中，电源

12、从无到有，从不可调节到可以粗略调节，从模拟调节到数字 调节，走过许多属于自己的年代。追溯电源发展的过程，电子产业迅速的发展，电子设计的 应用领域也越加广泛，渗入我们生活的方方面面。电子产品的种类繁多，人们对电源的要求 也越来越高，希望电源稳定性好，体积小，重量轻，效率高。虽然人们对电源的研究从未停 止，但不可否认的是，现如今的电源发展速度，已经满足不了电子设备对电源的需求。上述 LED照明系统作为一个新兴的领域，对配套电源更是迫切的渴望。在传统的直流电源很难满足如今市场需要的形势下，新星的技术一一数字控制电源凭借 其可调节好，控制灵活，可操作性强优势应运而生。先了解下传统的电源，传统的电源。电

13、 源作为电子设备不可或缺的重要组成部分，传统电源通常是通过是山220V的交流电作为供 电源。为了达到电子设备电源的需求，我们就需要经过变压、整流、滤波、最后还要经过稳 压电路才可以把220V的交流电转化成为我们需要的直流电源。传统的直流电源，电源器的 电压或者电流的调节技术一般是用电流表或电压表来对电压或者电流进行实时的显示和检 测，这样一来就会导致一系列的问题。例如电压或者电流的调节精度太低，操作步骤繁琐， 稳定性没有很好的保证。而利用单片机作为控制的核心来设计的数字控制电源就可以很大程 度上解决上述传统电源存在的问题。单片机控制电源操作简便、电源稳定、结构简单、制作 方便、成本低、波纹低、

14、调节精度高。除此之外，电压电流的输出可以经过显示器显示，因 LED数控凋光电源此具有很好的直观易读性。综上所述单片机控制电源在未来会有很大的开发空间。LED数控调光电源现如今调节直流电源的方法许多，但大致上有两种方法：第一种是利用数字控制的方法 来调节电源大小，第二种是利用模拟控制的方法去调节。在一切都涉及数字化的今天，人们 对控制的要求越来越高，直流电源也不例外的往数字化的方向进一步发展。所以，数控电源 的设计是一个值得研究的课题。随着科技的进步，技术的发展，高精度的电子设备对电源的 稳定性、输出的精度、可報性都提出了今非昔比的要求，通过高分辨率的D/A、D/A转换器 结合成本较低的单片机的

15、自动检测技术设讣，单片机作为核心的数字控制直流电源（后面简 称数字控制电源）就体现了它存在的优越性。数字控制电源输入方便，可以选择电流的预设 值，除此之外它还具有较稳定性和高精度。而设定输出电流，复位，设定值的递增递减等功 能，操作界面通过矩阵键盘来控制实现相应功能，这样一来就很大程度的电提高了电源工作 的效率，并且为电路板的设计和调试提高了很大的便利。数字控制电源，具备如下的优点：（1）有利于充分利用智能控制策略和先进的控制方法，可以使电源更加模块化智能化， 功能更加全面，更好的满足我们对电源的需求。（2）控制具有很好的灵活，系统的升级方法比传统的要简单方便，有的还可以不改变硬 件电路，通过

16、改变调整控制的算法来实现我们需要的功能。（3）控制的可靠性的到了很大程度上的提高，容易标准化，针对不同的电路系统，可以 釆用近似相同的的控制板块，主需要针对软件的方面做一些稍微的调整即可。根据上述的LED作为照明设备的优势和单片机控制的电源所具备的特点，两者之间可以 很好的结合。单片机控制电源很大程度上满足了 LED作为照明设备的电源要求。本次毕业设 计就是在此基础上设计这一单片机控制的电源，以实现LED的亮度控制。1.2本文研究内容本课题以微处理器为控制核心设计并制作一个LED数控调光电源，实现对LED灯组亮度的调节。LED为电流驱动型器件，所以要实现LED的调光就必须要通过改变流过其电流大

17、LED数控凋光电源小。设计具体包电源电路、单片机最小系统，A/D、D/A转换模块、LCD显示模块。使用4x4 的矩阵键盘设定预设电流值，经过PCF8591及电源电路的转换，使得负载LED两端的电流 趋近或者等于预设的电流值。以达到改变流过LED两端的电流方法实现亮度的调节。全程电 流可以实现数字控制。此外，还要求设计液晶显示功能显示LED负载的状态，如预设电流、 实际输出电流、输出电压等信息。另外，要求设计标准16键的键盘，可以更加便利的实现人 机交互，能够在设计范围内设定预设电流值。在课题的设计和制作过程中会一些可预知和不可预知的问题，要随着研究的进一步深入, 许多问题也会随之出现，一些问题

18、也会随之解决。前该课题设计的核心问题主要是高精度 电流检测电路以及稳定恒流源的如何的设讣。整体的课题设计的包括电压到电流转换电路的 设计，模数转换器将输出电流反馈至单片机进行比较，调整数字信号到模拟信号输入电压， 从而来实现电源数字控制的U的。第二章系统方案设计2. 1设计思路在明确了设计任务后，根据设计要求把设计分为单片机以及最小系统模块、LCD显示模 块、矩阵按键模块、数模模数转换模块、V/I转换模块。釆用51单片作为预设值输入和LCD显示模块的核心控制元器件，PCF8591作为A/D、 D/A转换器以及V/I转换模块的核心器件来实现本课题的设计任务。根据设计要求来分析该课题，此次课题的核

19、心问题主要是如何去实现高精度控制与电源 电路设计。因此在初期确定方案的时候，元器件的功耗、负载的选择、控制的精度、如何减 少误差，这些课题核心的问题都是要深入的探讨的。本此次设计通过对简单的电源电路进行改进来作为本设讣的电流源。该方案通过精密电 阻获得反馈电压，然后反馈电压和高精度的参考电压比较后得到误差电压。误差电压经过放 大器放大后，再通过控制场效应管的导通程度来得到输出电流，使预设值与实际测量的电流 值的慢慢的逼近，直到相等，以此来实现数字控制电源的功能。2.2系统设计方案根据设计的要实现的功能，确定了设计中不可或缺的模块，包括数模转化模块、单片机 模块、电压电流转化模块等。最终明确了此

20、次课题设计的总方案。最终确定的系统框图如图 LED数控凋光电源2.1所示。图2.1系统框图本设计方案主要是通过改变输入电压的大小而使釆样电阻不变的方法来改变电流大小。采用单片机程序控制高精度数模转换器来为其提供可调的高精度的基准电丿艮这个基准电压 经过电压电流转换电路后得到电流，电流通过电压跟随器反馈回给模数转换模块，模数转换 模块与单片机进行通信使得显示模块显示电流电压。本设汁的难点主要是高精度检测电流电 路的设讣与稳定的恒流电源设计。本设计的优点在于可以对电流进行精确的步进量控制，除 此之外，电源输出电流不会因为负载的改变而产生改变影响，具有很好的稳定性。2.3设计可实现的功能输入交变电源

21、的电压220V, 50Hz；直流电压的输出小于10Vo电流输入的大小范围：200mA到2000mA之间；可以在允许的范圉内通过矩阵键盘设定电流的预设值，显示模块会显示预设的电流 值，设讣要求预设电流与实际输出电流值相差的绝对值要小于或者等于输入的电流值的1%。为了增强可调节性，该设计还具有加减的步进功能，步进为10mA；负载的电阻改变，电压输出值同样不会高于10V,精度方面输出电流的误差绝对值 LED数控凋光电源要小于等于预设电流值的1%。第三章硬件电路的设计3.1恒流稳压输岀电路的设计利用场效应管的导通特性结合简单的电源电路构成了该设计的电源电路。电路原理图如 图3.1所示。本设计的电源电路

22、其中硬件包含了 LED灯管（负载）、OP07放大器、1C电阻 （大功率釆样电阻）、大功率场效应管IRF640 （后面简称场效应管）。设计中场效应管的应 用，使得电压线性的控制电流更容易实现，更加容易达到设汁的需求。不仅仅可以达到电流 最大的输出值2000mA的要求，电路的设计比较简单可以非常贴合设计需求的电压线性控制 电流。在此电路的设计当中，为了满足题LI的设计要求，通过控制调节场效应管（IRF640） 来实现所需功能。调节控制场效应管，使其工作在饱和区，那么此时的漏电流近似等于电压 Ugs控制的电流。即当U为固定值时，条件满足：Id=f （Ugs）,当Ugs为固定值的时候，漏 极电流Id保

23、持恒定不变，以此来实现恒流的U的。在该设计中，采样电阻R2大功率的1Q 电阻（要求阻值稳定，满足功率要求）。运算放大器OP07构成的电压跟随器电路把电压以恒 定的数值传接下去，场效应管IRF640正向导通（栅极的电流较小，所以一般忽略不计），因此 流过LED灯电流与流过R2的电流大小相等。因此，就可以根据电路中输入的电压来控制输 出电流，换句话说就是电流的大小不会随着LED灯的变化而产生变动，以此来实现压控恒流。LED数控凋光电源图3. IV/1转换图3.2单片机及最小系统在这个电路的设计中，数字控制的核心是单片机及最小系统，市面上满足本设讣要求的 单片机控制器有很多，比较常见的有AT89S5

24、2, AT89C52, PIC16F877A, ATMGAE16等。 大三的时候对单片机已有了深入的学习，对单片机性能、价格考虑等方面的因素有了一定的 了解。综合队知识的掌握程度，选择AT89C52单片机作为本设计的控制核心芯片。3. 2. 1AT89C52的简单介绍AT89C52单片机是ATMEL公司生产的通用的8位微处理器。AT89C52凭借其低电压、 高性能、高性价比等优点，在许多电子电路设汁中的到了很大程度上的青睐。片上FLASH 程序储存器具有可编程性，这让AT89C52具有较高的使用灵活性，为程序问题的解决提供了 便利，节约了许多时间成本。主要的管脚：XTAL1引脚与XTAL2引脚

25、作为振荡器输入和输出端口，外接12MHz晶 振。在单片机工作时，需要在Vcc接电源的+5V, Vss接地。RST/VPD （9脚）是复位输入端 口，是复位电路的重要组成部分，需要外部连接一个电阻电容构成复位。PO、Pl、P2、P3都 是可编程通用I/O端口，可以根据设计的需要通过软件对相应的端口进行定义，以满足设计 的要求。AT89C52芯片有很多功能特性，具体如下。同MCS51指令系统有着很好的兼容性；8K的Flash ROM可以反复的擦写；32个双向I/O 口；LED数控凋光电源256x8bit 内部 RAM；3个16位可编程定时/计数器中断；时钟频率024MHz：2个串行中断，可编程UA

26、RT串行通道；2个外部中断源，共8个中断源；2个读写中断口线，3级加密位；掉电与低功耗空闲模式，软件设置唤醒与睡眠功能。3. 2.2时钟电路与复位电路单片机最小系统除了单片机芯片本身以外，外圉的晶振电路，和复位键电路，也同样是最小系统中不可或缺的一部分。它们的存在使单片机的运行更加稳定安全。AT89C52的最小 系统与其他模块的连接图如下图3.2所示。poa呵4赵POtUW3心POWKK?.WP2KAB图3.2AT89C52最小系统及外接器件J1RAtlR5T卜rzrI 7aPf V2Pl.1fTX FM2 Pt 3PI P!S PM PI?LCD1 wa.P22ai1P2.M13 陀如F27

27、C415LED数控凋光电源P0 口和P2.0P2.2是LCD接口； P1.0P1.3是PCF8591转换器的接口； P3 口为键盘接 口。如图3.2所示，图中的最小系统是为了在硬件的焊接过程中有相应的电路图参照，本设 计在仿真阶段使用的是Proteus软件。Proteus仿真软件针对51单片机有自带的最小系统，所 以，在系统仿真过程中可以省去最小系统。时钟电路XTAL!为片内振荡器的反相放大器的输入端，XTAL2为片内振荡器的反相放大器的输 入端输出端，当使用外部振荡器时，应该把XTAL2空接，把外部的振荡信号外接XTALU 在构建最小系统时候晶振有多种选择，从1MHz到24MHzo通常会选用

28、30PF左右的电容。 最小系统的时钟电路是采用的单片机内部的振荡电路，即内部方式来实现工作需求o AT89C52 内置一个大增益反相放大器用于构成振荡器。引脚XTAL1是放大器的输入端口，XTAL2是 放大器的输出端口。这个放大器与反馈元件的片外晶体谐振器一起构成一个自激振荡器。谐 振电路山电容Cl、C2与晶振并联组成，谐振电路与放大器连接后接入电路。虽然最小系统 对外接电容值没有明确要求，但是系统的稳定性，工作温度的大小，系统的工作频率，都一 定程度上与外接电容有着重要的关系。所以,最小系统中所用的晶振为11.0592MHz,电路中 要使用稳定的，大小在22吁左右的电容。在电路板焊接的时候，

29、要注意把电容、晶体振荡器 尽量布置的与单片机芯片离得近一点，这一来可以减少干扰的电容，可以更加好的保证振荡 器工作的稳定。复位电路振荡器丄作时，当此端口出现高电平，而且高电平保持超过两个机器周期时，系统将复 位。电路设计过程中尽量避免端口长时间处于高电平，否则系统将一直处于复位状态而无法 进行正常工作。单片机复位后P0、Pl、P2、P3都会被置位为1为高电平状态，特殊功能寄 存器与程序计数器将被置零。当RST/VPD 111 1变为0时，芯片的只读内存以00H开始执行 程序。复位是通过最小系统中的外部的复位电路来实现的。单片机内部的复位电路是复位引 脚RST通过一个斯密特触发器与复位电路相连，

30、斯密特触发器的作用是用来消除单片机内部 产生的噪声，斯密特触发器的在机器周期的S5P2时候输出，复位电路进行一次釆样。复位电 路分为按键复位与上电自动复位两种，本设汁选择后者来时先所需功能。当时钟频率选择 12MHz时候，电容选用取30pF, R1电阻值为lOKHo复位功能键对单片机内部的RAM没有 影响。3.3数模和模数转换模块、勺电子产品的设计阶段，涉及到数据的采集和需要把数字信号模拟信号相互转换的时候, LED数控凋光电源数模和模数转换器就会发挥其非常重要的作用，因此数模和模数转换器在自动化设备的应用 中显得非常广泛。鉴于A/D、D/A芯片在电子设备中起着很重要的作用，而现如今市面上的

31、数模和模数转换芯片各式各样，功能不同，价格也不同，根据设计的要求去选择A/D、D/A 芯片。市面上的A/D、D/A芯片模拟输入端和数字输出端口非常多，而在实际的使用过程中 需要的数模输入端口并不是很多，因此造成了不必要的端口浪费。串行乂存在读写繁琐、转 换周期太长、扩展性较差。LED数控凋光电源AINOfTAIN1 叵AIN2|TAIN3|TAOTAl叵A2TPCF8591PT T rr rr D DD)uE 収 T D o R G XV A V A E 亟西辺回辺IE迴:DAO 5 S为了让电路更加简化便于实施，为了让系统具有很好的稳定性，减少研发产品的时间， 使产品有更大的使用灵活性，Ph

32、ilips公司研发出了一个稳定性高、实用性灵活、效率高的串 行扩展总线FC。PC总线数模和数模转换器具有端口少，利用率高、通信速率快、控制灵活 多变、扩展容易等优点，在许多的电子设备设计中有了很大的运用空间。把FC总线技术很 好的嵌入和应用在单片机设计系统中可以很大程度上提高系统的功能，优化系统结构，为单 片机芯片在电子设备中的应用更加广泛多变。PCF8591是一个具有8字节数据存储空间的器件。PCF8591山外部电源单独供电、功耗 比较低。PCF8591具有1个模拟输出端口、4个模拟输出端口和1个串行FC总线接口。A0、 Al、A2为3个具有硬件地址编程功能的引脚。在FC上，PCF8591具

33、有较高的扩展性，可以 直接扩展接上8个PCF8591器件而不需要其他硬件的添加。元器件PCF8591正是因为釆用了 FC的通信方式，所以控制信号、数据信号、输入地址、输出地址的串行方式都是以双向的方 式进行传输。3. 3. 1PCF8591引脚介绍AIN0AIN3：模拟信号输入端；VDD、VSS：电源端口（2.5V6V）；SDA、SCL： PC总线的数据线与时钟线；OSC ：内部时钟输出端同时为外部时钟输入端；EXT：内部、外部时钟选择接线；AGND：模拟信号接地；Aotrr： D/A转换输出端；VREF：基准电源端。图3.3 PCF8591引脚图LED数控凋光电源3. 3. 2 PCF859

34、1的主要功能特性单独供电；PCF8591的工作电压在2.5V6V之间（本设计釆用5V电压）；通过FC总线串行输入/输出；PCF8591通过AO、Al、A2的3个端口来编辑硬件地址；PCF8591的的通信方式采用I2C总线；4个模拟输入可编程为单端型或差分输入；PCF8591的比较电压在VSS到VDD之间变动；PCF8591内置跟踪保持电路；8-bit逐次逼近A/D转换器。3. 3. 3 PCF8591片内可编程功能设置对PCF8591进行编程首先要掌握控制字的知识，该芯片的控制字山地址选择控制字和转 换指令控制字两部分组成。该芯片与单片机采用PC总线的方式进行通信，通信方式根据PC 协议来执行

35、，同时PCF8591的器件和引脚地址、方向构成了应用系统中PC总线接口。ADC 高四位地址为1001,引脚AO、Al、A2 （低三位地址），依据硬件的不同也会相应的变化， PCF8591的地址选择字格式如表3.1所示。从表格上可以看出，FC系统设计中可以扩展最多 8个相同型号的模数转换元器件。地址选择表中，D0位为R/W,当转换器进行读指令的时候 该位为高电平，执行写指令的时候为低电平。主控器指令山转换器的地址、引脚地址、方向 位决定。表3.1PCF8591地址选择字格式D7D6D5D4D3D2D1DO1001A2A1A0R/WDO作为读/写指令的控制位在执行写指令的时候是为0,当执行读操作的

36、时候为1。硬件 地址设置位DI、D2、D3,该引脚地址曲外部电路来确定其物理地址。D7、D6、D5、D4： 这四位的数值一般固定不变为1001。PCF8591的转换控制字存放在控制寄存器中，该元器件 的各种功能都是通过该控制字的设定来实施实现的。转换控制字的格式功能具体描述如表3.2所示。表3.2 PCF8591转换控制字的格式LED数控凋光电源D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DOUAAINOSCLAIN1SDAAIN2AIN3AOA1AOUTA2VREFEXTAGNDOSCLED数控调光电源OxxxOxxxDO、DI：通道选择位。当DO、D1都为低电平的时候为通道0： DO为低电平

37、D1为高电 平的时候为通道1;当DO为高电平，D1为低电平的时候为通道2：当DO、D1均为高电平的 时候为通道3。D2：为自动增量允许位，当该位为高电平时，通道0123按顺序自动切换；当 该位为低电平的时候通道之间不自动切换。D3： 0不变。D4、D5： A/D输入方式选择。当 D4、D5都是低电平的时候为输入方式0,四路单向输入；当D4为低电平D5为高电平的时 候是输入方式1，三路差分输入：当D4为高电平D5为低电平的时候为输入方式2,二路单 端输入；当D4、D5都为高电平时候为输入方式3,两路差分输入。D6：模数转换时为低电 平，输出允许端，D/A转换时设置为高电平。D7：特征位，固定为0

38、。应用电路电路如下图3.4所示。图3.4PCF8591外接电路图图中芯片AINO、A1N1为模拟电压输入端，A/D转换器外接基准电压5V, AGND端连接系统的模拟地，他可以对数字Vss有一个偏执电压，以便对正负电压实现A/D转换，不适用 的端口接地。PCF8591内置振荡器，不用外部的另外的元器件支持就可实现功能。PCF8591 运行时，内部和外部时钟都可以使用。本电路使用的是内部的时钟振荡器，此时EXT为低电 平，OSC还可以输出振荡信号。3.4 LCD的显示模块在显示模块的设计上，有两种可供的选择方案：方案一：用LED数码管作为显示模块。七段数码管根据BCD编码原理来进行数字显示, 稳定

39、性好，便于维护，编程也相对的简单。但本次设计的显示模块需要显示模块要具有包括 输入电流的大小，实际输出的电流大小，显示错误等功能。如果使用数码管作为显示模块需 要大量的数码管，无论从成本和编程上来看都不太适合本设计的要求。PCF8591 10 SCL9 SDA 二AIN1 1AIN2 2356712 Ml_15DA7伯2 2.34:.34:.? ?厶 BU52DP3 3JI4T1P3-W1. P3B*33LP37FOP3-VT00 1*0I/DSLED数控凋光电源脚 符 号VssVDDVLRSR/WEDOD1D2D3D4D5D6D7BLABLK液数引电晶据/读/使背背脚源显命写能数数数数数数数

40、数光光说正示令选信据据据据据据据据正负明电源地极偏选择号极极压择LCD 1602引脚介绍。第1脚：Vss电源的接地端;第2脚：VDD电源的正极；第3脚：VL为显示器的偏压端口，用于调整显示对比度，VL接电源正极对比度最小， 接地对比度最大，对比度不适宜太高，也不适宜太低，太低对比度不够，太高的换会显示“鬼 影”；第4脚：RS为寄存器选择端，RS高电平时为数据寄存器，RS低电平为指令寄存器；第5脚：R/W为读写选择信号端，当R/W为1时候执行读操作指令；当R/W为0时执 行写操作指令；当RS、R/W同时0时写入指令或者显示地址；当RS和R/W同时为高电平 时信号读忙；当RS为高电平、R/W为低电

41、平时执行写程序；第6脚：E端为使能端，当使能端山高电平跳变成低电平的时候，执行程序；第714脚：D0D7为8位双向数据线；第15脚：背光电源的正极；第16脚：背光电源的负极。3. 4. 3 LCD 1602内部的控制器指令表3. 4 LCD1602内部控制指令表序号指令RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 DI DO清显示2光标返回3置输入模式LED数控凋光电源4显示开/关控制0000001DCB5光标或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7字符存贮地址0001字符发生存储器地址8宜存贮器地址001显示数据存储器地址9读忙标志或地址01BF计数器地址10写

42、数到DDRAM10要写的数据内容11DDRAM读数11读出的数据内容3. 5键盘控制模块在显示模块的设计上，同样有两种可供的选择方案：方案一：采用独立式按键电路，该方案的优点在于工作稳定，采用直接扫描的方式，按 键与按键之间不会相互干扰。缺点在于占用了太多的I/O接口，给其他模块留下的I/O 口就 会相对的减少。方案二：釆用标准4x4的键盘，此种方式采用扫描工作方式，优点在于占用的I/O 口较 少，适合较多的按键的设计中。根据本设讣的要求，不仅仅要根据键盘输入电流的给定值，还要进行复位，步进加减的操作。可见所需要的按键非常多。而且单片机的可用端口有限。综合考虑后采用方案二，使用标准的4x4键盘

43、，可以实现09数字输入、”+”、”OK”、 SET、 DEL、RESET/ON这些功能按键。其电路图如图3.6所示。LED数控调光电源XT44.1RG心杯心誉EX* 吃a*ft g rizuwrxw, ueyFIAT?W1IWTO,2 rA piaPITrjTi?吃 L i0 O 9| o oRSTXJJ oo4昭r45 -C=L.L00 _E=L. p-Oa-.p-0 o1材L匚1TtXT 20 0TEXf3foJ.L c0J=X-.“jo o- T C；. |0OOKJooSETJo3q4图3.6键盘与单片机的连接电路图按键的消抖在电路设计过程中，只要用到按键就会考虑到按键消抖的问题。在实

44、际的操作过程中, 按键会存在一次按下多次响应的现象的问题。在硬件的调试过程中如果发生此类问题会对按 键模块的功能造成很大的影响，导致系统的不稳定，诸多问题的岀现。所以对于如何给按键 消抖也会成为按键模块中重要的一部分。按键的消抖分为两种：硬件消抖和软件消抖。硬件消抖一般用于按键较少的场合中。利用RS触发器等方法达到消抖的的。在电路按键较多的场合中，常用的消抖方法是软件消抖。在检测到有按键按下的时候执 行一个延时程序，延时大概6ms至7ms的时间。这样具有足够的时间去让前沿抖动消失后再 一次检测键的状态。如果按键仍然处于闭合状态，那么确认是有真正的按键按下。当检测到 按键放下后，要延时6ms左右

45、时间，等待后沿抖动消失后才能转入该键的处理程序。冈通常而言，软件消抖的方法是不断检测按键是否按下，直到检测到按键的状态稳定下来。 -Z_U1LED数控调光电源解决方案：倘若按键没有按下的时候输入5,按键后输入6,抖动时不定。按键输入5后，延 时5ms到6ms的时间，此时再检测按键是否为5,如果为5则表示延时间可以消除抖动，如 果还为6,则延时时间不够。考虑到本设讣用到的按键较多，过多的硬件会造成成本增加。综合考虑釆用软件消抖的 方法来消除消抖。3.6 LED数控电源整体原理图LED数控调光电源5 u=L.L 05L 0* TtXT*X=.L 1 _C=L Q L *rsW3K 1rwzrR2H

46、X7*畑. OJIOJI I I“M VSlAJM WA3 MJ a Mir w5 3 上 Oi 山 QQQQQDQQ的步进加减功能。在系统复位之后直接对数据进行输入时无效的。此时需要按下输入键SET, 使系统进入输入的功能指令进行确定。按下SET键后LCD1602会显示” Are you sure to set I?”，按下OK键后就可以对电流的数值进行输入设置。倘若不需要输入新的电流数值，按下 RESET/ON进行返回指令的执行。在设定电流的过程中要注意的是，显示模块显示的有效数 值为4位有效值。例如要输入500mA的数值，就需要按下0500mAo这样才能算正确的电流 输入。如果在输入的过

47、程中发生了输入错误，需要修改输入的数值，按下DEL键对错误的数LED数控调光电源字进行删除，输入正确的数字即可。当然，如果想观看上一次输入的数值的大小，则按下 RESET/ON键，LCD显示模块就可以显示出上一次仿真时候输入的数值。操作显示界面如图 5所示。图5. 1操作显示界面图5. 2.1输出电流范围仿真在本课题设计的时候对电流的输出有一定的范歸200mA2000mA之间，负载上面的电 压也不得高于lOVo当这电流电压的条件都满足设计要求的时候。显示模块就会给出“ OK!“ 的字样。当然，当输入的给定值以及负载的电压值不在设计的要求之内，LCD 1602会显示“ ERROR! RESET!

48、,如图 5.2 所示。图5. 2错误显示界面图5. 3按下SET键后界面交流界面LED数控调光电源詩主r-亠|r-riccvOKSET rs ：cg讥6 -tgMts步进加减显示的仿真再程序设计允许范围内，可以通过加减按键来实现步进加减10mA的功能操作。通过LCD 显示模块可以显示操作的效果。图5. 4正确的数据输入输岀上图5.4所示为电流输入为200mA的时，负载为3盏LED灯时候Proteus交互界面的状 态。正如显示模块的显示来看，电流的输入值为200mA的时候，实际的电流输出值为196mA, 输出的电压为2.421V。5. 2.2仿真结果与分析在对操作界面进行数值的模拟仿真，得出表5

49、.1的数据。表5.1仿真测量结果序号给建值(mA)电碍人巳则值误差绝对值负载电压(V)(mA)120019642.421LCD1Ki.:( (KVSQ2 创用 2.421V 】QH62 OK!801XTAZ 0g s AMI *LED数控调光电源3002932.500数量340039192.578450048912.656580080112.9686100099733.20371500150443.67181980199374.149测量结果数据分析分析：输入值和实际输出值范圉在200mA到1000mA,允许的误差应当在2-10mA之间。当在 1000mA到2000mA之间的时候，误差应该在1

50、020mA以内。误差的范圉、实际输出的电流 值、实际输出的电压值不会随着负载的变换而变换。正如上述的表5.5所示，经过Proteus软件的仿真的结果基本上满足本设计要求，也可以 满足输出电流与给定值偏差的绝对值小于等于给定值的1%的要求。实测结果很大程度上说 明本电路设计具有较高的精度和稳定性。误差分析：因为PCF859I为8位的数模与模数转换器，分辨率为256,相对于其他的转换器分辨较 低，容易产生误差。第六章硬件调试6.1元器件清单此次设计所需的硬件如表6.1所示表6.1设计所需硬件元器件单片机AT89C52LED数控调光电源STC最小系统OP07运算放大器3电阻25K2电阻100K2电阻

51、10K1电阻1欧姆1排阻 RESPACK-81电容O.luF24x4矩阵键盘1场效应管IRF6401LM016L （LCD显示模块）1PCF85911而包板2可调稳压电源（5V/15V）1插线30LED灯（白）1在元器件的选择上，我选择了许多集成的模块，例如4x4的矩阵按键，单片机及最小系 统。这样的选择可以最大程度上的减小焊接过程中带来的问题。6.2硬件制作过程中的问题以及解决方案6.2.1 LED灯的电流额度问题根据本设计的要求，负载的可调控的电流是在200mA2000mA之间，负载选用LED灯。 通过4x4的矩阵键盘调节预设电流的大小，而电流大小的改变可以通过负载LED亮度得以很 好的体

52、现。在PROTUES的仿真中，不需要考虑功率，额定电流，以及额定电压等问题。而 在实物的调试中，LED的可承受的电流范围根据种类的不同，在儿毫安到儿十毫安之间。这 就导致了，负载选用LED,在调节电源在200mA到2000mA之间的时候，LED很容易就会 烧掉。解决方案：1、选用20个左右的LED灯管进行并联分流。虽然，可以实现设计要求，但是负载占据 了太多空间，给排版带来了很大的考验。2、用大功率的电阻与LED串联来作为负载。LED数控调光电源3、 通过软件改变流过LED电流的范围，使LED在允许的范围内不被烧坏，以此来实现 设计要求。LED数控凋光电源综合考虑后选择方案3以确保LED可以安

53、全工作。6. 2.21。电阻的功率不足问题在电路的V/I转换模块设计选用了 1C的电阻，同样的1C电阻要承受200mA2000mA 的电流。市面上的1C电阻很难承受这样的大功率。在接入电源的时候，电阻直接被烧掉失 去了应有作用。解决方案：选用大功率的大电阻。在选用大电阻的同时，预设电流与实际电流输入就相差了电阻大 小相应倍数。6. 3误差原因运算放大器OP07工作时候会产生零点漂移与温度漂移造成系统的不稳定。山于电阻的特性，采样电阻的阻值会随着温度的增加而增加，对采样的电流电压都 会产生影响。PCF8591为8位的A/D、D/A转换器，分辨率仅有256,会给系统带来误差。第七章总结与展望在课题

54、的研究过程中，通过对设计要求进行分析，确定了硬件与软件的模块，然后对各 个模块进行整合，从而得出课题的整体设汁思路。在毕业设计的中期，软硬件都遇到一些问 题，不过最终完成了 LED数控调光电源的的设计。在proteus 的仿真，通过键盘的可以调 节输出电流的大小。输入电流，实际输出的电流，负载的电压可以通过显示模块。负载LED 亮度也随着电流输入的大小发生相应的变化。由于釆样电阻功率的问题，在硬件制作过程中, 对釆样电阻做了更换，相对应的软件部分做了针对性调整，经过多次调试，基本也可以实现 相应的功能。本设汁电路相对简单，硬件也不复杂，稳定性好，硕件成本也不高，在实际的 应用中有着很好的前景。

55、当然，本设计还有一些设计上的不足可以在现本设计基础上加以调整和功能的扩展。1.本设计所用是PCF8591作为数模模数转换模块。PCF8591是8位的转换器，分辨率 为256,预设值与实际输出值会因分辨率较低而造成一定的误差，从而使系统的不稳定。为 了提高转换的精度，可以选用12位的分辨率可以很大程度的提高本设计的精度。2.本设计可允许的电流输出200mA到2000mA之间，山于输出电流的局限性，系统在 实际的应用也会有相对的限制。可以通过软件的编程对取消电流的限制条件，已达到设备的LED数控凋光电源要求。3.在实际的LED照明应用中，可以用以光敬传感器为核心的传感模块代替键盘输入模 块应用到设

56、讣电路中。光敏电阻会随着周围环境光线的变化而产生阻值的变化，系统可以对 光敬元件的阻值变化进行监控来控制实现LED灯的亮度的调节。这一改动在照明系统开发中 有很大的应用空间。参考文献1张毅刚，蓬溪元，彭宇.单片机原理及其应用M.第2版,北京：高等教育出版社,2010.52潘立民，王燕芳，微型计算机控制技术M.北京：人民邮电出版社，1990 6-133马忠梅,单片机的C语言应用程序设计M.北京:航空航天大学出版社,1999 (1)： 25-274王毅编,单片机器件及应用M.西安:陕西电子编辑部，2001 (9)： 367-380雷丽文等，微机原理与接口技术北京：电子工业岀版社，1997 (03)

57、： 56-78李华编，单片机与可编程控制器M.北京：高等教育岀版社，1998 97-997于锡存，曹国华，单片机原理及接口技术M.陕西：西安电子科技大学出版社，2000.8邹红，数字电路与逻辑设计M.北京：人民邮电出版社，2008.39童颜白，华成英，模拟电子技术基础M.北京;髙等教育出版社，2005.310于泳,戴佳，常江，51单片机实力应用M.北京：人民邮电出版社,2006.511唐爽.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编.北京：北京理工大学岀版社，2006： 201-241.12曾屹.单片机原理与应用.长沙：中南大学出版社，2009： 159-171.13杨立.微型汁算机原理与接口技术.北

58、京：中国水利水电出版社，2008： 278-286.14王新.微型计算机控制技术.北京：中国电力出版社,2009： 206-215.15髙吉祥.全国大学生电子设计竞赛培训系列教程.北京：电子工业出版社.2007:43-65.16张华林，周小方.电子设计竞赛实训教程.北京：北京航空航天大学出版社，2007： 105-168.17康华光.电子技术基础(数字部分).北京：高等教育出版社,2007： 430-456.致谢这次毕业设讣可以圆满的完成，首先要感谢我的指导老师。可以把课题放心交付给我，让我去完成这次毕业设计的课题。我觉得这是种信任，也是种责任。在毕业设计的各个阶段,我遇到各式各样的问题，陈老

59、师都会很热心的给我提供力所能及的帮助。为此次毕业设计的顺利完成做出了很大贡献。在此对陈薇老师提供的帮助表示感谢。再次就是感谢在金城学院的教过我的各位专业老师。感谢他们孜孜不倦的教诲和传授。没有他们，也没有那些知识的储备，此次毕业设计也是完成不了的。最后要感谢的是金城学院，感谢这所即将成为母校的地方。两年时间给我留下的很好回 忆。1. LED数控电源的电路设计图LED数控调光电源LED数控凋光电源2.LED数控电源的硬件电路板3.系统程序#include #include #include #include #define uchar unsigned char#define uint unsi

60、gned intsbit rs=P2A0;sbit rw=P2A 1;sbit lcden=P2A2;液晶显示屏与单片机接口相关位定义uchar code table 1 =HAre you sureuchar code table2=nto set I? H;uchar code table3=,f ERRORJRESET! ”；tempO, 20次测得的电流值之和；tempi, 20次测得的电流值之和unsigned long int tempO.temp 1;uint ADCdat,i.AD_DAstart;float Voltage 1 ,VoItage2;int vol;uchar