白光LED路灯照明控制器研究与实现

白光LED路灯照明控制器研究与实现白光LED路灯照明控制器研究与实现[摘要]白光LED路灯照明控制器已经成为21世纪最新一代能源——第四代点光源，白炽灯、荧光灯和高压气体放电灯等传统光源，白光LED孕育着巨大商机。自其面世以来已经广泛应用于指示灯、信号灯等领域，在我们的日常生活中随处可见。作为国际公认的下一代照明源已经被广泛应用于手机、液晶屏等产品中。普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低(灯的热效应白白耗电)，寿命短，维护工作量大，但若用白光LED作照明，不仅光效高，而且寿命长(连续工作时间10000小时以上)，几乎无需维护。最主要的是对环境无污染，现代社会越来越讲求环境保护，在环保光源受到重视后将其应用于日常照明用途，对人类生活也是很好的改善。本系统采用STC89C51作为控制器，其功能强大可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。对于实现串联白光LED灯亮度的调节，采用低功耗、低DNL的12位D/A数模转换器MCP4822。它采用电阻串联结构，具有低DNL误差，低比例温度系数和快速设定时间的优点。同时，在本设计中选用了型号为MAX1554的升压型变换器芯片，该芯片具有电源升压变换及调节LED电流的功能，是一款高效的LED驱动器。[关键词]单片机LED照明数模转换TheResearchandImplementationofWhiteLEDStreetLightingController[Abstract]WhiteLEDstreetlightingcontrollerhasbecomethelatestgenerationofenergyin21stcentury-thefourthgenerationofpointsource,itcanreplaceincandescent,fluorescentandhigh-pressuregasdischargelampsandothertraditionalsources,andwithenormousbusinessopportunities.Sinceitslaunchhasbeenwidelyusedindicatorlights,andotherfields,canbeseeneverywhereinourdailylives.Asannextgenerationlightingsourceofinternationallyrecognizedwhichhasbeenwidelyusedinmobilephones,LCDscreen,andotherproducts.AlthoughGenerallightingincandescentandhalogenlampsarecheap,thelightefficiencyislow(thermaleffectoflightconsumptioninvain),shortlife,maintenanceworkload.ButifthewhiteLEDisusedforillumination,notonlyhighluminousefficiencyalsolifetimelong(continuousworkingtimemorethan10,000hours),almostwithoutmaintenance.Theimportantthingisenvironmentalpollution,moreandmoreemphasisonenvironmentalprotectioninmodernsociety,itusedindailylightingafterthegreenlighthavemoreattention,anditisaverygoodimprovementforhumanlife.ThesystemusesAT89C51asthecontroller,whichcanprovideapowerfulandcost-effectiveformanyapplicationsoccasions,itcanbeflexiblyappliedtoavarietyofcontrol.FortherealizationofaseriesofwhiteLEDlampbrightnessadjustment,itisusedlowpower,lowDNL12-bitD/ADACMCP4822.Itusesaresistorinseriesstructure,withlowDNLerror,theadvantagesoflowtemperaturecoefficientratioandfastsettlingtime.Meanwhile,itchosethemodeloftheMAX1554boostconverterchipinthedesignwhichisahighlyefficientLEDdriver,thechiphasthefunctionofapowerboostconverterandLEDcurrentregulation.[Keywords]SCM,LEDlighting,D/A目录引言 1第1章概论 21.1研究意义 21.2研究现状 21.3论文的主要内容 2第2章白光LED灯控制系统整体设计 42.1系统的基本功能 42.2设计方案 42.2.1单片机主芯片设计方案 42.2.2D/A转换器设计方案 42.2.3LED驱动器设计方案 42.3总体设计 4第3章硬件设计 63.1单片机控制电路设计 63.1.1STC89C51单片机介绍 63.1.2STC89C51单片机模块电路设计 93.2LED驱动器电路设计 93.2.1LED驱动器MAX1554简介 93.2.2LED驱动器MAX1554电路设计 113.3D/A转换器电路设计 113.3.1MCP4822转换器介绍 113.3.2MCP4822转换器电路设计 14第4章软件设计 154.1主程序的设计 154.2中断服务程序的设计 16第5章系统调试 175.1AltiumDesigner及PCB制板 175.1.1AltiumDesigner软件简介 175.1.2PCB布线及PCB板实物图 175.2系统的编程 185.3系统的调试 18结论 20致谢语 21参考文献 22附录1程序 23引言近几年来，被誉为“绿色照明”的半导体照明技术发展迅猛。与传统照明光源相比，白光LED灯不仅使用功耗低、寿命长、外形尺寸小、绿色环保，更具有调制性能好、响应灵敏度快等优点。利用LED灯的这种特性，它用作照明光源的同时，还可以把信号调制到LED可见光束上进行传输，实现一种新兴的光无线通信技术,即可见光通信技术[1]。在现今LED的发展道路中，LED已经覆盖了所有的颜色，并在背光源、信号、显示等得到了许多的应用。随着科学技术的不断进步，大功率白光LED的研制也已经成功完成，使得LED的应用范围发生了改变，有小功率的背光灯发展成大功率的功能照明。同时还减少了在电能方面的损耗，使得LED灯得到了广泛的利用，特别是在城市道路的建设过程中。道路的照明是城市照明的重要组成部分，传统生活的路灯常常采用高压钠灯360度发光，光能损失大的缺点造成了能源的巨大浪费。现如今，全球环境状况日益恶化，各国都在积极发展绿色、环保、清洁能源。与此同时随着国民经济水平的高速增长，我国能源的供需矛盾日渐明显，电力供应也存在着严重短缺的局面，节能问题是现在所急需解决的。因此，开发新型高效、节能、寿命长、显色指数高、环保的LED路灯对城市照明节能意义重大。本系统设计使用STC89C51单片机为核心控制处理器，成本低廉，系统结构简单，并且能够有效的实现白光LED路灯控制多个方面的功能。第1章概论1.1研究意义结合运用先进的技术知识控制白光LED灯，通过对流过白光LED灯电流的调节，实现对背光源的亮度调节。而且通过本系统设计，自身在大学所学的知识可以运用到实践，理论与实践结合，学有所用，熟悉实际应用系统的设计、实现及应用的整个具体过程。对工白光LED路灯控制的设计能准确、及时、全面地了解到环境质量现状及未来的变化，为白光LED路灯控制提供有效地实行方法。1.2研究现状面对全球节能减排的巨大压力，发展绿色环保照明技术已迫在眉睫，而白光LED照明的实现在节约能源的同时，也为高速、宽带的光无线接入提供了一种新道路。由于它具有无污染、长寿命、耐震动和抗冲击的鲜明特点,所以白光LED灯是LED产业中最被看好的新兴产品,在全球能源短缺再度增加的背景条件下,白光LED在光源照明市场的前景备受瞩目。欧、美及日本等先进国家也在此领域投入了许多人和力,并成立专门的相关机构推动白光LED的研发工作[2]。值得高兴的是许多国家政府为此成立国家级计划,结合产学研的研发力量,投入了大量资金,这将有望加速相关技术的进步和发展,使下一代照明光源得以早日实际化,而日本、美国、韩国和中国也相继出台了国家级白光LED计划。现阶段LED主要应用于显示屏的背光、建筑照明等领域，而在道路照明领域由于成本较传统高压钠灯优势并不明显，并且受到大功率LED散热难以很好解决及LED配光难以满足道路照明要求等方面的制约，LED路灯还处于推广阶段。目前广东、上海、杭州等一些省市已在道路照明中广泛采用LED路灯，广东省已出台LED路灯地方标准，深圳市已严格要求全市所有新建及改造项目全部采用LED路灯[3]。1.3论文的主要内容第1章主要介绍了白光LED路灯控制系统的发展情况和研究成果。列举了白光LED路灯控制系统在各种领域的应用。并且详细说明了本次课题的主要研究内容，研究意义和研究现状。第2章是对于白光LED路灯控制系统的总体设计，本系统设计的基本功能要求和设计的总体思路，实现基本功能和各个模块的方案选择。文中介绍了所用的一些元器件也对系统的工作原理进行了具体的解释。第3章是对于系统硬件电路的设计，文中对单片机主控模块，D/A转换器MCP4822[5]和LED驱动器MAX1554[6]进行图片和文字的解释说明和分析。第4章是白光LED控制系统设计的软件设计部分，具体的软件设计思路和流程。是系统的硬件的焊接与调试的环节，对系统设计的分析。它将检验整个系统设计是否实现了要求完成的功能。所以也是非常重要的，不可缺少的环节。这一章重点介绍对设计系统主板的焊接，程序的调试及下载。而且对白光LED控制系统调试中出现的问题进行了简单的描述，分析了调试完成后系统的特性。第2章白光LED灯控制系统整体设计2.1系统的基本功能系统采用STC89C51作为控制器，通过其传送出不同的转换数据至数模转换器MCP4822来调节LED驱动器BRT端的输入电压，LED驱动器MAX1554具有电源升压变换及调节LED电流的功能。同时，系统还设置3个按键，分别为开锁键，亮度增强键和亮度减弱键，用于对键盘的锁定和灯光的调节[7]。本系统设计所要完成功能是：实现对LED灯亮度进行调节。2.2设计方案2.2.1单片机主芯片设计方案本设计由直流5V直流稳压电源给整个系统供电，采用STC89C51单片机作为主控制芯片。

其功能强大可提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域。1.STC89C51单片机可以用USB转串口下载。2.STC单片机执行指令的速度比较快，大概是AT89C51单片机的3-30倍。3.STC89C51单片机对工作环境要求比较低，低于5V电压时仍然可以继续正常工作，甚至3V到4V之间都还可以工作。2.2.2D/A转换器设计方案1.对于实现串联白光LED灯亮度的调节，采用低功耗、低DNL的12位D/A数模转换器MCP4822，2.7V–5.5V、低功耗、低DNL的12位数模转换器，它采用电阻串联结构，具有低DNL误差，低比例温度系数和快速设定时间的优点。2.通过单片机送出不同的转换数据至数/模转换器MCP4822来调节BRT端的输入电压。由于MCP4822内部为双缓冲寄存器结构，因此在设计中可以通过控制引脚的状态实现对多通道输出的同时更新。2.2.3LED驱动器设计方案1.在本设计中选用了型号为MAX1554的升压型变换器芯片，该芯片具有电源升压变换及调节LED电流的功能，是一款高效的LED驱动器。2.MAX1554限流为970mA，可驱动多达10只白色LED。同时，系统中设置了3个按键，分别为开锁键、亮度增强键和亮度减弱键，用于对键盘的锁定和白光LED灯亮度的调节。2.3总体设计系统整体设计包括硬件设计方案和软件设计方案。根据系统功能的具体要求，在保证实现它的功能的前提上，尽可能系统更稳定，降低系统成本。总体设计初步确定系统的方案硬件框图如图2-1所示。图2-1系统硬件框图第3章硬件设计3.1单片机控制电路设计3.1.1STC89C51单片机介绍STC89C51单片机是由宏晶科技推出的新一代功耗低、速度高、抗干扰能力超强的CMOS8位单片机。它具有8K在系统可编程Flash存储器，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，也可用于常规编程器。它还拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，可以使单片为许多嵌入式控制应用的系统提供高效、灵活的解决办法。STC89C51具有多种标准功能，包括256字节RAM，2个数据指针，8k字节Flash，看门狗定时器，三个16位定时器/计数器，32位I/O口线，一个6向量2级中断结构，片内晶振，全双工串行口及时钟电路。STC89C51可以选择省电模式，可以静态逻辑操作降低到0Hz。在空闲模式下，CPU停止工作，允许定时器/计数器、中断、RAM、串口继续正常运行。在掉电保护方式下，振荡器被冻结，RAM内容被保存，单片机的所有工作都停止，一直等到下一个中断或者硬件复位才恢复。1.STC89C51拥有许多特性，具体为：(1)是增强型的8051单片机[8]，6时钟机器周期以及12时钟机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051单片机；(2)工作电压分为5.5V～3.3V和3.8V～2.0V两种；(3)用户有8K字节的应用程序空间；(4)工作的频率范围低于传统单片机的频率范围，它实际的工作频率可以为48MHz；(5)在系统可编程ISP、在应用可编程AP，不需要专用的仿真器，不需要专用的编程器，可以通过串口RxD和TxD直接下载程序，只要很短的时间就能完成下载；(6)通用的I/O口，复位后P1、P2、P3、P4是准双向口，P0口是漏极开路输出，当作为I/O口使用时，需要上拉电阻，但为总线扩展使用时，不需要上拉电阻；(7)片上集成RAM有512字节；(8)看门狗的功能(9)EEPROM的功能；(10)一共有3个16位定时器/计数器。分别是定时、计数器T0、T1、T2；(11)通用异步串行口UART；(12)共有4路的外部中断，下降沿中断或者低电平触发电路中断，而PowerDown模式可以由外部中断低电平触发中断方式唤醒；(13)工作温度的范围为-40～+85℃和0～75℃；(14)PDIP封装。2.STC89C51单片机具有40个管脚，都有着各自的作用和分工，如图3-1所示。图3-1STC89C51单片机管脚图STC89C51的管脚功能说明：VCC（40引脚）：接电源电压。VSS/GND（20引脚）：接地。P0端口（P0.0～P0.7，39～32引脚）：P0口是漏极开路的8位双向I/O口。它作为输出端口时，每个引脚能驱动8个TTL负载，当对端口P0输入“1”时，可以作为高阻抗的输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也可以提供低8位地址和8位数据的复和总线。此时，P0口内部上拉电阻有效。在FlashROM编程时，P0口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引脚）：P1口是带内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1的输出缓冲器可以驱动4个TTL输入。对P1端口输入“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位，可以用作输入口。而P1口作为输入口使用时，因为有内部上拉电阻，被外部拉低的引脚就会输出一个电流。P2端口（P2.0～P2.7，21～28引脚）：P2口是带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2口的输出缓冲器能够驱动4个TTL输入。对P2端口输入“1”时，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，可以作为输入口。P2口作为输入口使用时，因为有内部上拉电阻，被外部信号拉低的引脚就会输出一个电流。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引脚）：P3是带内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P3口的输出缓冲器可以驱动4个TTL的输入。P3口做为输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，就会输入一个电流到那些外部信号拉低的引脚。当对P3端口输入“1”的时候，通过内部的上拉电阻使端口变成高电位，这时可以作为输入口。P3端口可以作为一般的I/O口使用外，还具有它的第二功能，如表3-1所示。表3-1P3口的第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2QUOTE（外部中断0）P3.3QUOTE（外部中断1）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6QUOTE（外部数据存储器的写入）P3.7QUOTE（外部数据存储器的读取）ALE/（30引脚）：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在Flash编程时，此引脚（）也作为编程输入脉冲。一般的情况下，ALE以晶振固定频率的六分之一输出脉冲，可以用来作为外部定时器或者时钟使用。RST（9引脚）：复位输入。在输入连续两个机器周期以上的高电平时为有效，是用来完成单片机的复位初始化的操作。特殊寄存器AUXR（地址8EH）的DISRTO位可以使它的功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平为有效。（29引脚）：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器的选通信号。当单片机从外部程序存储器执行外部代码时，该引脚在每个机器周期会被激活两次，但访问外部数据存储器时，将不会被激活。/VPP（31引脚）：访问外部程序存储器的控制信号。为了能从0000H到FFFFH的外部程序存储器中读取相应的指令，该引脚必须接地。注意加密方式1时，将内部锁定位RESET。为了在执行内部程序指令时，应该接电源。在Flash编程时，要接收12伏VPP电压。XTAL1（19引脚）：振荡器反相放大器以及内部时钟发生电路的输入端口。XTAL2（18引脚）：振荡器反相放大器的输出端口,与XTAL1相配对。3.1.2STC89C51单片机模块电路设计STC89C51单片机工作频率为12MHz，设置有上电复位和手动复位两种复位方式。P1.0~P1.3分别连接MCP4822的SCK、SDI、QUOTE及QUOTE引脚，通过模拟SPI输出方式进行串行数据传送。STC89C51单片机的电路设计如图3-2所示。图3-2STC89C51模块电路设计图3.2LED驱动器电路设计3.2.1LED驱动器MAX1554简介MAX1554以恒定的电流驱动串联的白色LED灯，为蜂窝电话、掌上电脑和其它手持设备提供高效的显示器背光驱动。这个升压转换器内部包含着40V、低RDSON的N沟道MOSFET开关，使效率提高、电池寿命可以延长。MAX1554限流为970mA，可驱动多达10只白色LED。一个模拟/PWMDualModeTM输入提供了两种简便的亮度调节方式，单独的使用输入提供开/关控制。MAX1554采用节省空间的8引脚TDFN3mm×3mmm封装。MAX1554引脚的介绍，如图3-3所示。图3-3MAX1554引脚图第1脚：GND接地第2脚:Vcc电压供电输入，2.7V至5.5V。本芯片从Vcc供电。第3脚：EN使能输入，拉高或连接至Vcc可以使能本芯片。将EN置低使芯片关断。第4脚：BRT控制输入，可使用模拟或PWM信号控制。LED电流可控制在10:1范围内。而PWM信号必须控制在100HZ-10kHZ的范围内，并且幅度要高于1.72V。第5脚：FB反馈输入，在FB和地之间连接一个电阻用于设置LED电流，或连接至串联LED的阴极。第6脚：SS软启动定时控制输入，连接一个电容可控制软启动定时在SS和地之间。关于软启动电容的选择请参考相关部分文字。当启动输入电平为0时，SS被一个内部电阻为200Ω的拉至地。第7脚：OV过压监测。设置过压门限使用电阻分压器连接至LED串的正极。第8脚：LX电感连线。可连接至电感和二极管。当EN为低电平时，LX为高阻状态。第-脚：EP裸露焊板。可连接至地。以上如表3-2所示。表3-2引脚功能表引脚名称功能1GND地2Vcc电压供电输入。2.7V至5.5V。本芯片从Vcc供电。3EN启用输入。开高或连接到VCC，启用IC。EN低驱动器4BRT亮度控制输入。可使用模拟或PWM信号进行控制。5FB反馈输入。在FB和地之间连接一个电阻用于设置LED电流，或连接至串联LED的阴极。6SS软启动定时控制输入。连接一个电容可控制软启动定时在SS和GND之间。当启动输入电平为0时，SS被一个内部电阻为200Ω的拉至地。7OV过压检测。设置过压门限使用电阻分压器连接至LED串的正极。8LX电感连接，可连接至电感和二极管。当启动输入电平为低电平时，LX为高阻状态。-EP裸露焊盘，可连接至地。1.MAX1554拥有许多特性，具体有：（1）恒定电流调节可获得均匀的LED亮度;（2）内部40VMOSFET开关可驱动10只LED;（3）小尺寸、低截面的外部元件;（4）2.7V至5.5V输入范围;（5）驱动6只LED时效率高达88%;（6）驱动9只LED时效率高达82%(20mA,Vcc=3.6V);（7）模拟或PWMLED亮度控制;（8）软启动降低浪涌电流;（9）优化于低输入纹波;（10）3mm×3mm8引脚TDFN封装。3.2.2LED驱动器MAX1554电路设计电路中，MAX1554需要驱动10个白光LED灯，通过调节流过LED灯的电流可以实现LED的亮度改变。流过LED的电流是通过调节BRT引脚的输入电压和FB引脚连接的限流电阻进行设置。MAX1554驱动电路如图3-4所示。图3-4MAX1554模块电路设计图3.3D/A转换器电路设计3.3.1MCP4822转换器介绍MCP4822是美国微芯科技公司生产的一款低功耗、低DNL的12位D/A转换器。该芯片具有内部带隙电压基准，可选双缓冲器输出和串行外设接口（SPITM）,供电电压为2.7-5.5V。MCP4822器件采用电阻串联结构，具有DNL误差低，比例温度系数低和设定时间快速的优点，为工业应用提高精度和低噪声性能，以此需要对信号进行校正或补偿。由于MCP4822内部为双缓冲寄存器结构，因此在设计中可以通过控制LDAC引脚的状态实现对多通道输出的同时更新。内部的上电复位（Power-OnReset,POR）电路以保证可靠的上电。1.MCP4822转换器的特性（1）12位分辨率（2）±0.2LSbDNL（典型值）（3）±2LSbINL（电信值）（4）单或双通道（5）SPITM接口支持20MHz时钟（6）QUOTE引脚用于双通道DAC的同时栓锁（7）4.5µs的快速设定时间（8）可选择单位增益或2×增益输出（9）2.048V内部带隙电压基准（10）50ppm/℃VREF温度系数（11）2.7V至5.5V单电源工作（12）扩展级温度范围-40℃至+125℃2.MCP4822转换器的工作原理MCP4822采用3线同步串行协议从数据源传送DAC的配置和输出值。串行协议与许多单片机的SPI或Microwire外设连接。QUOTE信号用于同步转换信号的输出，它可以控制输入锁存器中的输出信号何时送入DAC进行转换。通过SDI引脚将命令和数据送到其他器件，通过时钟SCK的上升沿将数据送入器件。数据不能从MCP4822器件中读出，因为整个通信过程是单向的。QUOTE引脚必须保持低电平在写命令期间。写命令报括用于配置DAC的控制和数据锁存一共16位。用于配置和转载DACA和DACB寄存器的输入寄存器如表3-3和表3-4所示。表3-3写命令寄存器（高8位）QUOTE/B-D11D10D9D8Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8表3-4写命令寄存器（低8位）D7D6D5D4D3D2D1D0Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0首先通过将QUOTE引脚置为低电平初始化命令，然后在SCK上升沿时从和SDI引脚输入4个配置位和12个数据位送入内部写命令寄存器。为了使数据锁存到选定的DAC输入寄存器中，要将QUOTE引脚变为高电平。由于MCP4822采用双缓冲寄存器的锁存结构，允许在需要时利用QUOTE引脚来同步DACA和DACB的输出。在QUOTE引脚达到低电平状态时，保存在DAC输入寄存器中的数值将传送到DAC输出寄存器，输出将变成DACX寄存器保持的数值。如图3-5所示。图3-5MCP4822写数据时序图3.引脚说明，如图3-6所示图3-6MCP4822引脚图第1脚：VDD是正电源电压输入引脚。第2脚：QUOTE为片选输入，低电平有效。第3脚：SCK为SPI兼容串行时钟输入。第4脚：SDI为SPI兼容串行数据输入。第5脚：QUOTE为锁存DAC

输入，QUOTE引脚用于将输入锁存寄存器中的内容传递到DAC寄存器（输出锁存，VOUT）。第6脚：VOUTB为DAC

B输出引脚。第7脚：AVSS为模拟地引脚，且是器件的电流返回路径。第8脚：VOUTA为DAC

A输出引脚。以上如表3-5所示。表3-5引脚功能表引脚符号功能1VDD电源电压输入（2.7V至5.5V）2片选输入3SCK串行时钟输入4SDI串行数据输入续上表引脚符号功能5DAC输出同步输入。此引脚用于将输入寄存器中的内容（DAC设置）传递到输出寄存器（VOUT）6VOUTBDACB输出7AVSS器件所有电路的参考地8VOUTADACA输出3.3.2MCP4822转换器电路设计单片机工作频率为12MHz，设置有上电复位和手动复位两种方式。P1.0～P1.3分别连接MCP4822的SCK、SDI、QUOTE及QUOTE引脚，通过模拟SPI输出方式进行串行数据接送。如图3-7所示。图3-7MCP4822模块电路设计图第4章软件设计4.1主程序的设计在设计系统软件时，首先需要先建立整个程序框架的流程图，对整个系统设计划分模块，逐个实现各个模块的功能，包括驱动器模块，转换器模块等，最后再把各个子模块合理的整理连接起来，构成最终总的程序。当没有键按下按下时，系统处于锁定状态。当有键按下，白光LED灯将点亮10s。每按下一次按键，定时时间将重新计时。计时时间由定时器完成，计数次数存入软件计数器。键盘解锁后，按下亮度增强键和亮度减弱键控制调节灯光的亮度。主程序首先是要对整个系统进行初始化，接着将数据指令传给系统的主流程图如图4-1所示。图4-1系统主程序流程图4.2中断服务程序的设计每中断一次将重新载入一次定时器初值，若计时时间到，即计数器计数次数已减到0，则锁定键盘并停止定时器0工作。反之，定时器0将继续工作。图4-2定时器0中断服务程序流程图第5章系统调试5.1AltiumDesigner及PCB制板5.1.1AltiumDesigner软件简介AltiumDesigner[9]是原Protel软件开发商Altium公司推出的高版本软件，主要运行在Windows操作平台。该软件将把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案。AltiumDesigner[10]相对于Protel而言增强了许多功能，包括软件构架、EDA设计软件兼容性、辅助功能模块接口、项目管理、设计功能都有了较大的改进和提升。运用AltiumDesigner，我们可以轻松的完成从原理图绘制到印刷电路板制作的全过程，十分方便。5.1.2PCB布线及PCB板实物图在PCB布线之前，首先要认真检查所有元件的封装，确保元器件管脚位置正确，因为错误的管脚位置将导致元件无法正常焊接甚至无法焊接，造成的损失是比较大的，本人深有体会。不同元件的具体封装可以查阅相应的芯片或元器件手册。在布局的时候，应充分利用电路板上的空白空间，这样可以缩小PCB面积，节省制板费用。PCB板实物如图5-1所示。图5-1PCB板5.2系统的编程该系统设计是在KeilC环境下开发的，KeilC软件支持C语言编程及调试，操作简单方便。在编译完KeilC之后，再运用STC-ISP软件将程序烧录到开发板上，实现实物与程序之间的连接。STC-ISP是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052系列和12C5410等系列的STC单片机，使用简便，现已被广泛使用。在烧录前根据系统单片机和其他内容对STC-ISP进行一些必要的设置。首先设置MCUType为STC89C51，然后打开编写好并编译无误的以.hex为后缀的程序文件，接着选择对应的COM端口，（可在计算机管理处查看COM选项）；最后点击Download下载，给MCU上电时，打开开发板上的开关，这样程序就自行烧录了，可以重复执行电脑端操作。KeilC程序运行如图5-2所示。图5-2程序编程图5.3系统的调试整机的元件焊接完成后，要使电路处理最佳工作状态，需要对单元模块电路和整个电路进行调试。调试与测试方案的选择应根据现有的仪器仪表条件来确定，比如万用表、稳压电源、示波器、逻辑分析仪等。程序也烧录完成，LED灯控制系统基本完成。连接上电源后，开始对系统进行测试。1、实物焊接完成如图5-3。图5-3实物焊接完成图2、实物效果如图5-4示。图5-4实物效果图结论该白光LED控制系统是以STC89C51单片机为核心的控制系统，经过模块电路连接，利用软件编程，尽管在系统中仍存在一些不足,最终实现了设计的功能要求。虽然在单片机的知识和能力尚不完全，自身的学习能力较为平凡，但是仍需要不断的学习和专研，尽可能完整的展示最后的研究成果。结论如下：（1）本设计的目的在于了解当前路灯的照明方式，制作一个经济，稳定，环保，性价比高，精确的白光LED路灯控制系统。（2）阅读了解51单片机的硬件结构和软件编程方法，对51单片机的工作方式有了很进一步的认知。（3）对某些转换器、驱动器等元器件有了一定的了解，熟悉它们的特点。（4）通过学习AltiumDesigner软件制作PCB，节省制作的时间，同时在研究过程中更进一步认识到各个芯片封装的选择，加强认知。（5）焊接电路时，要仔细认真，不可虚焊，漏焊和短路，并使用万用表检查。（6）焊接完成后将程序下载进单片机，进行系统的调试与测试，发现硬件以及软件的错误或者不足，将系统通电，观察它的工作状态和它的稳定度，加以优化改进。经过这几个月的努力，从选题到确定题目开始，查找相关资料，多次进行理论知识的学习，最后确定系统的总体设计方案，以及确定各个部件的选择。在这段时间出现了许许多多的困难，但是将之前的知识再一次学习和巩固到，其中更重要的是自主学习和累计经验让我获益很多。在接下来的生活中，将在学校学习到的知识活学活用，继续向前不断进步。致谢语大学四年转瞬即逝，我们即将毕业，离开这个生活学习的地方。我们在这里有过欢乐，有过悲伤，有过成功，有过失败。我们每一个人都在这个名叫大学的地方留下了许许多多深刻的记忆。而发生过的事情还仿佛是昨天，未来的日子我们就要走向社会，生活在不同于学校的环境。毕业之前我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学们，你们在我成长过程中给予我很大的帮助。毕业设计是大学生从学校毕业的最后一次作业，并且是最重要的作业。我们要将这四年学习的专业知识汇集于此，利用它们来完成这次的作业。同时也是对我大学以来所学知识的综合检验，让所看所学运用于实际设计。在此期间，我也发现了许多不足，专业知识的欠缺，并通过这次的毕业设计再一次学习和巩固自己的大学所学知识。从一开始的茫然和担心到最终完成作品的满足感，整个过程中都收获到了许多，这几个月的努力和付出在大学毕业前夜得到了很好的回报。在此感谢我的指导老师张国忠老师以及其他帮助我的专业老师，是他们在我有困难的时候伸出援手，在我为一些问题踌躅不前的时候，他们总能给于我很大程度的启发和帮助，他们既是我学习上的良师也是生活上的益友。另外，我还要感谢我的同学们。彼此之间无私的帮助，在不同程度上给予自己或对方不同的帮助。我也知道我还有很多的不足，在专业知识方面的欠缺，所以我还需要不断地学习，不断地努力，使自己不断地进步。毕业设计虽然结束了，但学习的精神还要继续在未来延续。这次的毕业设计，还让我懂得，一定要将所学知识联系结合实践，才能发现自己的不足和在学识上的欠缺。最后，我还要感谢学校，这里提供了学生学习和生活的优良环境和机会，让我们与来自五湖四海的同学齐聚一堂，互相交流，互相进步。而毕业设计就是对我们大学生步入社会最好的锻炼。在此，向学校、领导、帮助我的老师和同学们表示衷心感谢，毕业设计让我受益匪浅。参考文献[1]刘宏展,吕晓旭,王发强,梁瑞生,王金东,张准.白光LED照明的可见光通信的现状及发展[J],光通信技术,2009,7:53.[2]沈培宏.白光LED照明技术进展及产业和市场现状[J],灯与照明,2006,30:46.[3]廖晓欢.LED路灯设计中的几个问题[J],资源节约与环保,2015,12:86.[4]刘承东.LED路灯在道路照明中的应用[J],中国照明电器,2009,3:30.[5]雷伏容,张小林,崔浩.单片机常用模块设计查询手册[M].北京：清华大学出版社,2010.[6]楼然苗,胡佳文,李光飞.51单片机原理及设计实例[M].北京：北京航空航天大学出版社,2010.[7]李泉溪.单片机原理与应用实例仿真[M].北京：北京航空航天大学出版社,2009.[8]徐爱钧,徐阳.单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2013.[9]高歌,刘远,贵,马聪.AltiumDesigner电子设计应用教程[M].北京：清华大学出版社,2011.[10]高敬鹏,武超群.AltiumDesigner原理图与PCB设计教程[M].北京：机械工业出版社,2013.附录1程序#include<reg51.h>#include<absacc.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitCLK=P1^0;//MCP4822输入CLK输入sbitDAT=P1^1;//MCP4822输入DAT串行输入信号sbitCS=P1^2;//MCP4822片选端sbitLDAC=P1^3;//MCP4822同步输入CLK控制端constucharLIGHT[12]={0x3d,0xff,0x3b,0xff,0x39,0xff,0x37,0xff,0x35,0xff,0x30,0x00};//电压控制信号uchari=0,k=200;//控制电压、定时计数器初始值bitflag=0;//锁键盘标志位，为0表示锁定，为1表示解锁/****************************声明函数**************************/voidinit_timer0(void);//定时器0初始化子程序voidsend(uchar*dat1,ucharm);//MCP4822D/A转换子程序voiddelay(uint);//延时程序bitkey_press(void);//按键按下判断程序voidkeyscan1(void);//锁定键解除判断程序voidkeyscan(void);//按键处理程序/****************************主程序**************************/main(){init_timer0();//初始化定时器0while(1){keyscan1();//锁定键是否按下while(flag==1)//键盘是否解除{keyscan();//按键处理}if(k==0)//10s定时结束{send(LIGHT,5);//LED灯关闭k=200;//设定定时计数器初值}}}/***********************MCP4822D/A转换子程序***********************/voidsend(uchar*dat1,ucharm){ucharn,j,temp;CS=1;CS=0;//产生下降沿，开始数据传送for(j=0;j<2;j++){temp=dat1[2*m+j];//先送出控制位及高4位数据，再将低8位数据送出for(n=0;n<8;n++){CLK=0; if((temp&0x80)==0x80)//按位将数据从DAT脚送出 {DAT=1;}else{DAT=0;}temp=(temp<<1);//准备发送下一位CLK=1;//上升沿送出代发送数据}}CS=1;LDAC=1;LDAC=0;//下降沿将转换后数据送出LDAC=1;}/***********************按键按下判断程序***********************/bitkey_press(void){ucharkey;P1=0xe0;//输入键盘扫描码key=P1;//读入键盘状态if((key&0xe0)!=0xe0){return(1);//有键按下返回1}else{return(0);//无键按下返回0}}/***********************键盘解锁判断程序***********************/voidkeyscan1(void){ucharkeyv;if(key_press()==1)//是否有键按下{delay(200);//延时去抖if(key