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1、重庆科技学院智能仪器课程设计报告 学 院:_电气与信息工程学院_ 专业班级: 测控0902班 学生姓名: 学号: 设计地点（单位）_I512_ _ _ _设计题目:_LED调光器设计_ 完成日期： 年 月 日 指导教师评语: _ _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ _ 摘 要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。但在实际中发现LED灯功能单一，不能实现灯的亮度手动和自动控制，且不能随着环境光
2、的变化而变化，造成能源的浪费。本文介绍了以高性能的STC12C5A60S2单片机为控制核心，利用单片机的PWM口产生的占空比LED进行光度的手动和自动调节。通过光敏电阻对环境光度进行AD采集，达到LED灯亮度随环境自动变化。关键词：LED STC12C5A60S2单片机 PWM 占空比 AD采集目 录摘要11 绪论2 1.1 研究LED调光的目的及意义2 1.2 本课题设计内容及要求22 LED调光系统总体设计3 2.1 总体方案设计33 系统硬件设计4 3.1 单片机最小系统4 3.2 LED驱动电路7 3.3 按键电路84 系统软件设计9 4.1 软件总体设计9 4.2 手动调光程序设计1
3、0 4.3 自动调光程序设计11 4.4 AD采集程序11 4.5 按键程序设计125 总结14参考文献15致谢16附录1 系统电路图17附录2 程序清单181 绪论1.1 研究LED调光的目的及意义随着全球能源危机和气候变暖问题的日益严重，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。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
4、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。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；且实际的应用中，发现LED灯在周边亮度大时依然以同一功率发光，存在电能浪费。另外一方面，因为LED的发热量和电流存在正相关的关系，发热影响了LED的寿命，所以在不必要的亮度下也减少了LED的寿命。然而，当LED在周边亮度小时，L
5、ED灯不能提供足够和恰当的光度，这样又影响了阅读，造成视觉疲劳。而且部分LED灯功能单一，缺少亮度调节、手动控制、自动控制，通过环境变化改变自身亮度等功能。为解决当前问题，研究一个好的LED调光系统意义重大。1.2 本课题设计内容及要求本次课题设计的目标是，在了解当前LED现有功能的基础上，利用单片机设计一个LED调光系统，该系统能够调节LED灯的亮度，且满足一定的精度要求。因此，本课题研究设计内容概括如下：1.基本功能1）采用脉宽调制（PWM）对LED进行调光；2）按给定时间-输出功率曲线自动调整LED亮度；3）按键选择手动/自动调光方式；4）4位数码管显示LED光源的相对亮度（0.0100
6、.0%）；5）具有电源开关、电源指示灯、复位等功能。2. 扩展功能 1）实现光敏自动调光，根据室内的光照变化，自动改变LED光源的亮度； 2）对采集的光照数据进行处理，利用3准则剔除粗大误差，设计算术平均数字滤波器；3） 手动遥控调光功能。2 LED调光系统总体设计2.1 总体方案设计LED调光系统应主要包括称光敏采集、AD转换、单片机数据处理及控制、PWM控制、按键操作等部分。其系统组成如图2.1所示。在系统中，设置了手动调光和自动调光。在手动调光时，分为十档，每一档对应一个占空比对LED的电流进行控制，从而对LED的亮度进行调节。自动调光时，在一个子函数里调用控制LED亮度函数，再通过循环
7、和延时实现一个简易的LED亮度的变化。光敏电阻采集的信号换成电信号送到线性放大器放大，经过 A/D转换送入单片机，再经数据处理后，反馈给LED灯改变其亮度，数码管则显示当前与光敏电阻串联10K电阻的电压值。该调光系统是由硬件和软件两部分组成。硬件主要包括单片机最小系统、LED驱动电路、按键电路、数码管显示电路、LED显示电路等部分；软件部分主要包括系统初始化子程序、手动控制子程序、自动控制子程序、AD采集及处理子程序、定时及中断子程序等，其软件采用模块化设计思想，可使程序设计思路清晰，便于调试。图2.1系统组成框图3 系统硬件设计3.1 单片机最小系统本系统采用新一代的8051单片机STC12
8、C5A60S2，由国内宏晶科技生产，其指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，其工作电压范围是3.5V5.5V。STC12C5A60S2有60KB的用户应用程序空间，256B的RAM和1024B的XRAM。能满足程序代码的需求和缓冲区定义的需求。另外与程序存储空间独立的一片闪存区域，可在应用编程中作EEPROM使用。STC12C5A60S2有双UART以及ISP串口，串口资源足够系统使用。另外通过宏晶科技提供的软件，使用UART可很容易地实现程序下载。STC12C5A60S2有36个通用I/O口，大部分可位控，并且有强推挽输出的能力，足够系统使用。还
9、拥有4个16bit定时器和一个独立的波特率发生器，另外还有两个PCA模块，能获得丰富的定时器资源。STC12C5A60S2有PDIP-40封装的芯片，易于快速进入实验。封装引脚图如图3.1所示。图3.1 STC12C5A60S2芯片PDIP封装引脚图STC12C5A60S2主要性能：1增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051。2STC12C5A60S2系列工作电压：3.3V- 5.5V；STC12LE5A60S2系列工作电压：3.6V-2.2V。3工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz。4用户应用程序空间8K/16K/20K/32K
10、/40K/48K/52K/60K/62K字节等。5片上集成1280字节RAM。6通用I/O口（36/40/44个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过55mA。7ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片。8有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM无内部EEPROM)。9看门狗。10内部集成MAX810专用复位电路（外部晶
11、体12M以下时，复位脚可直接1K电阻到地）。11外部掉电检测电路：在P4.6口有一个低压门槛比较器。5V单片机为1.32V，误差为5%；3.3V单片机为1.30V，误差为3%。12时钟源：外部高精度晶体/时钟，内部R/C振荡器(温漂为5%到10%以内)用户在下载用户程序时，可选择是使用内部R/C振荡器还是外部晶体/时钟。常温下内部R/C振荡器频率为：5.0V单片机为：11MHz15.5MHz；3.3V单片机为：8MHz12MHz。 精度要求不高时，可选择使用内部时钟，但因为有制造误差和温漂，以实际测试为准。13共4个16位定时器，两个与传统8051兼容的定时器/计数器，16位定时器T0和T1，
12、没有定时器2，但有独立波特率发生器。做串行通讯的波特率发生器，再加上2路PCA模块可再实现2个16位定时器。14. 2个时钟输出口，可由T0的溢出在P3.4/T0输出时钟，可由T1的溢出在P3.5/T1输出时钟。15外部中断I/O口7路，传统的下降沿中断或低电平触发中断,并新增支持上升沿中断的PCA模块，Power Down模式可由外部中断唤醒，INT0/P3.2，INT1/P3.3,T0/P3.4，T1/P3.5，RxD/P3.0，CCP0/P1.3(也可通过寄存器设置到P4.2 )，CCP1/P1.4 (也可通过寄存器设置到P4.3)。16PWM(2路）/PCA（可编程计数器阵列,2路），
13、也可用来当2路D/A使用，也可用来再实现2个定时器，也可用来再实现2个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可分别或同时支持)。17A/D转换，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)。18通用全双工异步串行口(UART)，由于STC12系列是高速的8051，可再用定时器或PCA软件实现多串口。19STC12C5A60S2系列有双串口，后缀有S2标志的才有双串口，RxD2/P1.2(可通过寄存器设置到P4.2)，TxD2/P1.3(可通过寄存器设置到P4.3)。20工作温度范围：-40 - +85(工业级) /0 - 75(商业级)。21封装：PDIP-40，LQFP-44，LQFP-48，I/O口不够时，可用2到3根普通I/O口线外接，74HC164/165/595（均可级联）来扩展I/O口，还可用A/D做按键扫描来节省I/O口，或用双CPU，三线通信，还多了串口。STC12C5A60S2单片机最小系统由STC12C5A60S2单片机及其时钟和复位电路组成，是整个自动称重系统控制部分的核心。该单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期的单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍，提供Fl
