基于單片機(jī)的LED調(diào)光臺(tái)燈電路的設(shè)計(jì)

張彪

摘要：本文介紹了一種使用單片機(jī)進(jìn)行控制的LED調(diào)光臺(tái)燈電路的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中采用STC15W401AS低成本單片機(jī)作為控制器，選用GS6200驅(qū)動(dòng)芯片工作于降壓模式驅(qū)動(dòng)LED燈珠；單片機(jī)內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器采集調(diào)光旋鈕的模擬量并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，用于控制PWM輸出信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的平滑調(diào)光，該電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，可有效避免調(diào)光過程中的閃爍現(xiàn)象，通過更改電源模塊，可驅(qū)動(dòng)高達(dá)10W的LED燈。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī) LED調(diào)光 PWM

中圖分類號(hào)：TP272 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）07-0129-01

1 引言

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)、體積小等優(yōu)勢(shì)，已受到國(guó)家和各級(jí)政府的重視。在當(dāng)前低碳經(jīng)濟(jì)形勢(shì)下，LED照明產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)不斷升溫，目前，LED照明技術(shù)已應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中，在日常生活照明中LED照明得到了廣泛的應(yīng)用，很多廠商都推出了LED照明燈具；但在日常照明中有時(shí)需要對(duì)亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就需要對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光控制，如果調(diào)光過程不平滑就會(huì)出現(xiàn)LED閃爍現(xiàn)象，會(huì)使人眼感覺不適，甚至對(duì)人眼造成傷害；本文針對(duì)這一問題，利用單片機(jī)輸出PWM波，配合LED驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)光，避免了LED閃爍。

2 硬件電路設(shè)計(jì)

2.1 控制器

設(shè)計(jì)中選用國(guó)產(chǎn)的STC15W401AS（SOP16封裝）單片機(jī)作為控制器，該控制器是宏晶公司生產(chǎn)的低成本單時(shí)鐘周期（1T）單片機(jī)，內(nèi)含1K字節(jié)Flash，512字節(jié)SRAM和4K字節(jié)的EEPROM，其優(yōu)點(diǎn)是工作電壓范圍寬（2.5V-5.5V），速度快（相同時(shí)鐘頻率時(shí)比普通8051單片機(jī)速度快8-12倍），可靠性高，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)，且支持ISP編程，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)。

單片機(jī)內(nèi)部集成了高精度R/C時(shí)鐘電路，高可靠復(fù)位電路，3路CCP/PWM/PCA，比較器，10位高速A/D轉(zhuǎn)換器（30萬次/秒），高速UART和SPI接口等豐富的外設(shè)資源，降低了設(shè)計(jì)成本及設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。單片機(jī)引腳如圖1所示，最多可提供14個(gè)I/O，滿足本設(shè)計(jì)的要求。

2.2 LED驅(qū)動(dòng)電路

LED驅(qū)動(dòng)電路主要由GS6200驅(qū)動(dòng)芯片及外圍的二極管、電容、電感、電阻等元件組成。GS6200是一款高效率、恒流、恒壓充電芯片，可靠性高，輸入電壓范圍可由4.5V到40V，輸出電壓1.3V到37V可調(diào)整，輸出電流可達(dá)2A，固定52KHz的開關(guān)頻率，其應(yīng)用電路非常簡(jiǎn)單，外圍器件極少，并具有過壓保護(hù)，開關(guān)控制功能。圖1中LED驅(qū)動(dòng)電路部分VIN+與VIN-為直流電壓輸入；LED+與LED-為電壓輸出連接LED燈珠；EN為開關(guān)控制引腳，低電平有效，單片機(jī)輸出的PWM信號(hào)由該引腳輸入，實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。電路工作于降壓模式，電壓的輸入范圍5V-35V，輸出電流在350mA左右，可驅(qū)動(dòng)1-10顆1W LED燈珠。

2.3 LED燈珠

根據(jù)電源電路的設(shè)計(jì)，LED選用3顆1W大功率LED燈珠，燈珠的工作電流為350mA，光通量約為120流明，正向電壓3.2V，功率1W，發(fā)光角度為140度。經(jīng)測(cè)試3W的LED臺(tái)燈完全能滿足照明要求，設(shè)計(jì)中LED燈珠必須安裝鋁基散熱裝置，以防止LED燈珠過熱損壞。

2.4 電源及控制器電路

市電經(jīng)變壓、整流輸出15V左右的直流電壓，后經(jīng)7809和1117-5電源芯片分別輸出9V和5V的直流電壓，分別為L(zhǎng)ED及單片機(jī)供電；圖1中LED0為工作指示燈，單片機(jī)通過P1.2引腳采集調(diào)光旋鈕的模擬電壓信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，將該數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為PWM信號(hào)的占空比，對(duì)PWM模塊進(jìn)行配置，達(dá)到實(shí)時(shí)調(diào)光的目的。為避免LED閃爍，PWM輸出信號(hào)的頻率為5KHz。

3 軟件設(shè)計(jì)

電路上電LED0指示燈亮，系統(tǒng)進(jìn)行初始化配；單片機(jī)采集P1.2引腳模擬電壓值（參考電壓為5V），進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)中設(shè)置AD轉(zhuǎn)換器工作于8位模式，模擬電壓信號(hào)被轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字量，該數(shù)字量用于控制PWM信號(hào)的占空比的變化（理論可達(dá)到256級(jí)調(diào)光）。PWM信號(hào)由P3.7引腳輸出，該引腳需配置為強(qiáng)推挽輸出模式，在與GS6200的EN引腳連接前需串接限流電阻。

4 結(jié)語

本文使用單片機(jī)輸出PWM波對(duì)LED驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行開關(guān)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)3W LED臺(tái)燈的平滑調(diào)光，實(shí)際中可根據(jù)需求調(diào)整電源電路，提高輸出電壓，以驅(qū)動(dòng)更高功率的LED燈；同時(shí)可將AD配置成10位精度，增大調(diào)光級(jí)數(shù)，使調(diào)光更加平滑。

參考文獻(xiàn)

[1]徐愛鈞.編著.STC15增強(qiáng)型8051單片機(jī)C語言編程與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[2]來清民.編著.高亮度LED照明及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2012.