LED控制

LED控制（精选十篇）

LED控制 篇1

本文讲解的是用《单片机控制一个LED》的实训项目, 希望您也能跟随我们快速入门单片机技术。

一、单片机的引脚功能

单片机是让一块芯片通过其引脚控制各种不同的外围电路, 实现具体功能的单片微型计算机。所以要学好单片机技术, 必须先了解单片机的引脚功能。单片机的种类很多, 有51系列、PIC系列、AVR系列等, 我们以最常见的ATMEL公司生产的51系列的AT89S51为例讲解。AT89S51采用了40引脚的双列直插DIP封装形式, 引脚配置图如下:

我们把单片机的40个引脚分成了四类:电源2个、时钟2个、控制类4个、输入输出I/O口4组 (每组8个) 。

1、主电源输入引脚

单片机芯片的第40脚为正电源引脚VCC, 一般外接+5V电压。第20脚为接地引脚GND, 常见电路如下图所示:

2、时钟电路引脚

单片机是一种时序电路, 必须有时钟信号才能正常工作。单片机芯片的18脚 (XTAL2) 、19脚 (XTAL1) 分别为片内振荡器的输出端和输入端, 只要在18脚 (XTAL2) 和19脚 (XTAL1) 之间接上一个晶振, 再加上2个30PF的瓷片电容即可构成单片机所需的时钟电路。常见的时钟电路如下:

注意, 当接外部时钟如有源晶体振荡器, 19脚 (XTAL1) 接地, 18脚 (XTAL2) 接有源晶体振荡器的输出端。

3、控制信号引脚

控制信号引脚共有4个, 分别是第9脚 (RST/VPD) 、第29脚 (PSEN) 、第30脚 (ALE/PROG) 、第31脚 (EA/Vpp) 。在第9脚、30脚、31脚功能描述上都有一个“/”, 这说明这个引脚具有复用功能, 也就是说, 该引脚既可以作前面的功能, 也可以作后面的功能, 本文主要讲解常用的功能。

(1) 第9脚RST (Reset) , 复位信号输入端。单片机在开机时或在工作中因干扰而使程序失控, 或工作中程序处于某种死循环状态等情况下都需要复位。复位的作用是使中央处理器CPU以及其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态, 并从这个状态开始工作。MCS-51系列单片机的复位靠外部电路实现, 信号从RST引脚输入, 高电平有效, 只要保持RST引脚高电平2个机器周期, 单片机就能正常复位。

常见的复位电路有上电复位电路和按键复位电路二种:

(2) 第29脚 (PSEN) :片外程序存储器ROM读选通信号。

(3) 第30脚 (ALE) :外存储器低位地址锁存允许信号输出端, P0口是低位地址和数据复用口, ALE高时送出地址, ALE低时输入或输出数据。

以上第29脚 (PSEN) 和第30脚 (ALE) 一般在扩展片外存储器才用到, 所以本文不详细讨论。

(4) 第31脚 (EA) :内部与外部程序存储器选择输入端。当EA引脚接高电平时, CPU先访问片内4KB的程序存储器, 执行内部程序存储器中的指令, 当程序计数器超过0FFFH时, 将自动转向片外程序存储器, 既是从1000H地址单元开始执行指令;当EA引脚接低电平时, 不管片内是否有程序存储器, CPU只访问片外程序存储器。

AT89S51内部有4KB的程序存储器, 所以根据该脚的引脚功能, 只有将该脚接上高电平, 才能先从片内程序存储器开始取指令。

常见的程序存储器选择电路就是将第31脚直接接到正电源上。

4、输入输出I/O口引脚

主要是指P0、P1、P2、P3口共32个引脚。

I/O口, 是英文IN/OUT的缩写, 就是输入/输出的意思。AT89S51共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口, 共32个引脚。这四个口的电路结构不完全相同, 所以使用也有区别。

(1) P0口:第39到32脚, 属于双向8位三态I/O口, 此口为低位地址总线及数据总线复用口时可以不接上拉电阻;当作I/O口使用时, 必须外接上拉电阻, 可驱动8个LS型TTL负载 (低电平灌电流为3.2mA, 高电平上拉电流为0) 。

(2) P1口:第1到8脚, 8位准双向I/O口, 内部带上拉电阻, 作I/O使用, 可驱动4个LS型TTL负载 (低电平灌电流为1.6mA, 高电平上拉电阻的10kΩ) P2, P3的驱动能力与P1相同。

可以通过指令使单片机的引脚输出高低电平, 下面我们来学二个常见的操作码, CLR和SETB。

CLR, 该操作码的功能是清零。

如:CLR P1.0;就是要把P1.0清零。

在单片机正常工作的时候, 如果执行这条指令, 就是对P1.0清零, 既是让单片机的第一个引脚输出低电平。

SETB, 该操作码的功能是置1。

如:SETB P1.0;就是要把P1.0置1。

在单片机正常工作的时候, 如果执行这条指令, 就可对P1.0置1, 既是让单片机的第一个引脚输出高电平。

当作为输入口使用时应先向P1口锁存器写1后才能正常读取引脚上的数据, 这里就不详细讨论了。

(3) P2口:第21到28脚, 8位准双向I/O口, 可以作扩展外部设备的地址总线 (高8位) 使用。

(4) P3口:第10到17脚, 8位准双向I/O口, 双功能复用口。P3口具有的第二功能, 用于串行输入输出、外部中断输入、计数器信号输入及数据存储器的读、写控制信号, 单片机复杂系统的电路中此口一般不直接作I/O口使用, 而重点使用其扩展的第二功能, 本文不详细讨论。

二、单片机的工作条件

单片机要正常工作, 必须具有5个基本电路, 也称5个工作条件条件:

(1) 电源电路

(2) 时钟电路

(3) 复位电路

(4) 程序存储器选择电路

(5) 外围电路

外围电路的设计主要依据项目要实现的功能, 本项目要实现的功能是用单片机控制一个LED, 先来分析下面的LED工作原理图:

如果用“1”表示高电平, “0”表示低电平。当开关K接上高电平, 既是K=1时, LED1不亮;当开关K接上低电平, 既是K=0时, LED1亮。LED1的亮与灭完全受开关K的控制。

如果把开关K换成单片机的第1个引脚, 电路设计如下:

现在只需要通过指令SETB P1.0就可以控制单片机的第1个引脚输出高电平, 进而控制LED的不亮。或通过指令CLR P1.0控制单片机的第1个引脚输出低电平, 进而控制LED的发光。从图6到图7实现了开关控制到软件控制LED的一种转变。同学们要建立这样的思想:硬件开关可以用软件解决。

三、单片机最小应用系统设计

依据单片机的引脚功能和单片机工作的条件, 为了实现“用单片机控制一个LED”的功能, 我们设计的单片机最小应用系统见图8。

四、元件清单

要完成本实训项目, 需要购买下面的元件, 清单如下:

五、产品的焊接步骤

到电子市场上购买以上材料, 正常的价格是20元以内。焊接步骤如下:

(1) 在万能板上依据单片机最小应用系统原理图设计好PCB电路, 然后以紧锁座为中心焊接其他元件。

(2) 电路焊接顺序为:振荡电路→复位电路→电源电路→外围电路→程序存储器选择电路。

六、程序设计

当单片机最小应用系统的硬件电路焊接完毕后, 单片机最小应用系统还不能工作, 因为单片机产品需要硬件+软件共同支持才能正常工作, 这里提到的软件主要是指用户编写的源程序。这也是区别于传统的电子产品的地方。

本项目要实现的功能是用单片机控制一个LED, 根据外围电路的设计, 只需要通过指令控制单片机的第一个引脚输出低电平, 就可以使LED发光。

依据本项目要实现的功能, 采用汇编语言编写程序如下:

该程序实现了用单片机控制一个LED发光的功能。

七、编程器的使用

编程器的作用就是把单片机目标程序代码写到单片机芯片中, 那这个过程一般需要下面的几个步骤完成:

第一步:编辑源代码。通常我们都是使用Keil C51 uVision2编辑源程序, 也就是用键盘把程序输入电脑。

第二步:使用Keil C51 uVision2编译源代码, 并生成目标程序代码。

第三步:单片机芯片的烧写。购买编程器时一般都会有配套的编程器软件, 这个编程软件的主要作用就是控制编程器和电脑的通讯, 并把目标程序代码通过编程器写入到单片机芯片机中。

第四步:把单片机芯片插到单片机最小应用系统上, 并通电观察结果, LED发光。

把我们编写的程序中的指令START:CLR P1.0换成START:SETB P1.0, 程序如下:

重复前面四步, 实践证明, LED不再发光了。也可以写指令使P1的8个脚全部高, 实现第1个引脚灯的灭, 就像扳动8个开关, 只有一个开关接有灯泡。对8个脚可以一起赋值不用一位、一位赋值, 程序为MOV P1, 0XFF;赋值语句总是将右边送到左边, 这里右边是一个数:11111111简化为16进制数0XFF, 左边是P1口:P1.7, P1.6….P1.0;同理, MOV P1, 0.使P1口的各脚均为0。

在不修改硬件电路的基础上, 只修改程序, 可以实现不同的功能, 这就是单片机应用系统的特点。同学们试多接几个等, 赋不同的值试试。

LED远程控制教学 篇2

首先，双击桌面的选择红色圈住的“取消”。

图标打开软件，然后屏幕中央出现图①，图①

出现图②软件界面，点击红色圈住的按钮。

图②

出现图③，勾选红色圈住方框，点选该行变蓝底白字，再选“远程监控”进入。

图③

出现图④的256色的远程窗口，按图中所示三步操作：

图④↑

出现图⑤，第一步选择“文本”，第二步点击编辑按钮。上方起点Y、起点X、宽度、高度即顶部文字的位置和长宽值。

图⑤↑ 出现图⑥，最大化窗口后编辑文字，编辑完成后切记点一下保存按钮再关闭。

图⑥↑

关闭后返回了图⑤，点选“文件”项目出现图⑦，点击增加图片按钮选择远程终端上图片添加。上传图片到远程终端请在本机桌面双击此图标进入，把本机图片复制黏贴到此文件夹即可在远程控制中选择获取。

动态控制的LED背光源设计 篇3

摘要：以往因CCFL亮度的不可控性,液晶电视是采用调节LCD的控制电压,改变液晶的透过率,来实现对LCD总体亮度的控制，这种方式在很多情况下造成背光模组的光能和电能浪费。而采用亮度动态控制的方式可以很方便地通过调节LED背光源电源的电压或输入电流的大小，从而改变LED的发光强度的方案,可使电视在LED较低能耗条件下工作。亮度动态控制就是通过对显示的画面进行分析，得到不同区域的最佳亮度同时控制LED背光达到相应的亮度。

关键词：LCD；动态控制；最佳亮度

中图分类号：TN312+.8文献标识码：A

LED Backlighting Design of Dynamic Control

ZHANG Cheng-gong1, LIU Wei-dong2

(1.Dept.of Electron ,Institute of Information ,Ocean University of China ,Qingdao 266071,China;2.Module, Hisense R&D Center, Qingdao 266071,China)

Abstract:CCFL brightness previously due to the uncontrollable nature, LCD TV is the adjustment of the LCD control voltage, LCD transmittance change to achieve the overall brightness of the LCD control, This means that in many cases caused the backlight module light and energy wasted. Using dynamic brightness control can be very convenient way of regulating LED backlight power supply voltage or the input current small, thereby changing LED luminous intensity of the program, the television will lower energy consumption in LED conditions. Dynamic brightness control is shown on the screen for analysis, be different regions of the best simultaneous control brightness LED backlight brightness corresponding to achieve.

Keywords: LCD；dynamic control；best brightness

引言

液晶显示技术[1]以其平板化、高分辨率、高对比度、无电磁辐射、低功耗、数字式接口、易集成和轻巧便携等特点率先进入平板显示市场并不断拓宽其应用领域。LCD已成为当代高新技术产业、信息产业中最重要的信息显示方式之一。LCD作为一种被动显示器件，本身并不能发光，因此必须要有背光模块给LCD提供光源。背光源的性能直接决定显示器的亮度、颜色以及功耗等主要指标。采用LED为液晶电视的背光源[2]，最主要目的是提升画质，特别是在色彩饱和度上，LED背光技术的显示屏可以取得足够宽的色域，弥补液晶显示设备显示色彩数量不足的缺陷，使之能达到甚至超过Adobe RGB和NTSC色彩标准要求，可以达到NTSC ratio 100%以上，同时因为LED的平面光源特性，使LED背光还能实现CCFL无法相比的分区域的色彩和色度调节功能，从而更加精确地实现色彩还原，画面的动态调整可以使得在显示不同画面时，亮度与对比度可以进行动态修正，以实现更好的画质。

1LED背光源驱动控制电路设计

LED背光驱动设计的主要目的是在保证LED器件可靠工作前提下，提升其工作性能，不仅应实现亮度控制，还应实现精确的亮度匹配，或者支持不同Vf特性的LED器件，以更好满足LED背光的实用需求。

由于LED在导通时，其电流的变化率远大于前向导通电压的变化率，因而测试其光学特性及分类时，大多基于一致的额定电流值，再给出前向导通电压的变化范围。这样的结果，就是要获得预期的亮度要求，并保证各个LED亮度、色度的一致性，需要相同的驱动电流。为了保证可靠性，驱动LED的电流必须低于LED额定值的要求。而且，当环境温度升高时所允许的额定电流会降低。由此可见，用LED为液晶显示设备作背光源时，需要对其进行恒流驱动，并且应该避免驱动电流过大超过其最大额定值而影响可靠性。

由于LED出厂前的检测及分类，只是基于一致的额定电流值，因而出售的LED在额定电流值附近区域，其光学特性会很一致。但在距离额定电流值较远的区域，即使用相同的驱动电流，LED之间的光学特性也会出现较大的偏离。需要较低亮度时，一般会通过直接减少通过LED的电流来实现，但这样LED之间的亮度就可能存在很大的差异。比如，同样用5mA的电流驱动两个额定值为20mA的LED，其亮度都会减小，但两个LED之间的亮度会差别很大。对于中大尺寸的LCD背光应用中会有几十个甚至上百个高亮度LED同时点亮，如果其流过的电流偏离LED的额定值太多，即使流过每个LED的电流是相同的，也会出现亮度不均匀的情况。实际应用中，一般采用PWM调光来解决这个问题。相对于模拟调光中直接控制流过LED的电流，PWM调光可以实现流过LED的电流保持在额定值，通过控制LED点亮或者熄灭的占空比来调节亮度，仍可以保持LED之间亮度的一致性。

LED驱动芯片的选择主要需要考虑以下几个方面的因素：驱动能力、效率、PWM调光和成本。本背光模组驱动电路设计方案的驱动芯片选用的是Supertex公司的HV9982[3]。HV9982有三路输出，R、G、B各一路，最多可以同时驱动54颗LED, HV9982的特点是：开关模式控制器、开关转换器，闭环控制的输出电流，高脉宽调制调光比，内部40V的线性稳压器，恒频运行，相分离器，以减少输入滤波器的要求，可编程斜率补偿，线性和脉宽调制调光，+0.2 A/-0.4A栅驱动器，开关晶体管，输出短路保护及输出过电压保护，Hiccup模式保护，模拟控制脉宽调制调光。

HV9982是一个在恒定的输出电流模式下的三通道峰值电流模式脉宽调制控制器驱动的单开关转换器，可用于驱动RGB LED背光。三个输出电流可以采用线性或脉宽调制形式进行单独调节，该集成电路还包括三个场效应管驱动，允许高脉宽调制调光，还可以防止输出短路情况，具有回路保护功能。 HV9982驱动电路如图1所示，图中只是显示了红色一路输出，另外两路都是相同的。VIN是内部线形稳压器的输入端，VDD1~VDD3为三路LED灯输出提供电压，通过S1、S2来选择位PWM调节模式，HV9982通过CLK端输入时钟信号，此信号必须是TTL兼容方波信号，OVP管脚为输出提供过压保护，当此管脚电压超过5V时，HV9982芯片就会停止工作，同时计时器开始计时，当计时器计完后，HV9982芯片会尝试重新工作，再次检测OVP管脚是否超过5V，不超过就正常工作，超过则停止工作，如此重复。GATE引脚为N沟道功率型场效应管栅极驱动器的输出，CS引脚用于检测外部功率型晶体管的电流，还包括一个100ns的断路计时器，脉宽调制调光的途径是通过使用PWMD引脚，当S1为低电平时，三个引脚直接控制脉宽调制调光的三个通道，此时CLK输入必须为方波。REF引脚设定输出通道的电流大小，推荐的电压范围为0到1.25V，FDBK引脚通过外部接地电阻来获得电压信号，是输出电流反馈，在COMP引脚与其相应的接地端通过接入一个电容来形成一个稳定的闭环控制，保证电路输出的稳定性，FLT引脚是用于驱动外部断开开关，该断开开关是为了避免电路出现异常问题时发光二极管被损坏，是用来保护发光二极管的，且在PWM调光时通过断开和再次导通输出电容上的LED可以取得更好的PWM调光效果。HV9982具有LED开路保护和输出短路保护功能，当发生任何一种情况时，HV9982就会停止工作，并且尝试重新工作，GATE和FLT引脚输出无效，COMP和SKIP引脚电平被拉到地电平，一旦SKIP引脚电平低于1V，则电路异常情况消失，SKIP引脚连接的电容放完电后会被一个10μA的电流源重新充电，当充到5V时，COMP引脚会被释放，GATE 和FLT引脚变为有效，电路开始正常工作。当电路中出现短路情况时，GATE和FLT引脚输出被拉到低电平，FLT为低电平则相连晶体管就不能导通了，此时输出电流变为零，则短路情况被切断，同时，Hiccup计时器开始工作，当计时完成后，转换器重新工作，如果此时电路仍有异常情况，则转换器关闭进入故障循环，如果电路正常，则转换器会调节输出电流正常输出。

2 LED灯载板设计

为了便于进行亮度的动态控制，RGB-LED分别进行独立驱动，并采用串连的拓扑结构，这是为了保证LED亮度的均匀性。若采用低亮度LED,亮度可能达不到应用要求的指标； 采用高亮度LED,背光模组亮度均匀性可能达不到指标，采用高功率LED所构成的背光源模块虽然LED之总颗数较少，但是高功率LED正向光太强，需要使用特殊的光学设计把光往外散开，成本增加发光效率又变差，否则就需要较大的混光距离，背光源因此就变厚了。相较于高功率LED，若改以小功率LED来设计，虽然颗数使用较多，但是小功率LED发光效率较好，虽然小功率LED颗数多，但是由于效率较高功率LED好，整个背光源模块的功耗会较低，相对应的点亮LED所产生的热也会较低。因此从节约能源、发光效率[4]及处理热问题的成本等方面来看，小功率LED目前是较佳的选择。为减小PCB面积，降低生产成本，适应电子产品的小型化，轻量化及高功能，选用SMT封装方式。

要实现背光源的动态控制必须对其进行分区，目前情况下LED驱动器的驱动能力还是有限的，还没有达到能够驱动整台电视背光的能力，尤其是大尺寸液晶电视的背光源。采用LED作为背光源的液晶电视所需要的LED灯数量会很多，故要对整个背光源进行分区，理论上来讲分区越多，效果越明显，但所需要的驱动就越多，成本也就相应的提高了，可以在成本和性能上找个平衡点。

LED光源发出的光经过各层膜片及TFT时都发生了一定的变化。知道了这些参数后，就可以根据需求亮度和产品基本尺寸，按式（1）估算（lambertian型LED）背光所需的总光通量。

LED灯的布板方式可采用图2所示的方式，在灯板后面涂导热硅胶后用螺钉将其固定在背光模组后壳上，以利于LED灯的散热。例如40in液晶电视，如果要求屏的亮度达到500nit，采用三色合成白光的小功率型SMT封装LED灯，红光发光效率为48lm/W(20mA)，绿光发光效率为60lm/W(20mA)，蓝光发光效率为10lm/W(20mA)，由公式可估算LED灯数为1，080颗。为了有效混光及提高亮度的均匀性，LED灯排列采用图2所示方式，拟进行20分区。如果要加大背光源动态控制的能力，可适当增加分区数量。为了提高散热性能可在载板后涂导热硅胶，后用螺钉将其固定在后背板上。

3 测试数据

经测试，色彩还原性、色域、对比度等要比CCFL的好，尤其是对背光进行动态控制时，当出现黑场时，整个LED灯全部关闭，功耗也要比CCFL的低，达到了节能的目的。

4结束语

LED背光源低电压工作，不需高电压启动；色域宽；色彩还原性好；工作电流可变,可控性好；抗震性好，寿命长(100,000hr)；不含汞蒸气和其它有害气体，有利于环境保护；响应速度快；因此是背光源极好的光源。当屏幕中出现暗区时，对应于暗区的背光就关闭了，不是像CCFL那样一直都点亮，它会随PWM信号的改变而改变，可以对背光源进行控制，故可以节省电能。当有暗场时，完全可以把灯全部关掉，节约电能的同时还提高了对比度。正常工作时，背光源会根据图像内容的变化而进行相应的亮度变化，PWM信号的占空比会根据图像内容的改变而改变，同时PWM信号也控制着灯的亮度，通过控制PWM信号的占空比就完全可以控制背光源的亮度，真正起到节能的目的。应用LED的液晶电视图像质量会得到很大的改善，对比度得到明显提高，均匀一致性明显变好，色域明显增加。

参考文献

[1] 赵立升，杜安，张伟.MSP－G320240D－BCW－211N大规模电阵式LCD与PIC单片机接口技术[J]. 液晶与显示，2004，19（6）.

[2] 雪生. 用于LCD的LED背光源[J]. 现代显示， 2005，（7）.

[3]http：//www.supertex.comNew Three Channel LED Driver IC Provides High Current Accuracy[EB/OL].

[4] 刘敬伟，王刚等. 大尺寸液晶电视用LED背光的设计和制作[J]. 液晶与显示，2006，10(5).

作者简介：张成功（1982-），男，中国海洋大学信息学院电子系在读硕士，研究方向为 LED背光源，E-mail：mz1982mz@126.com。

LED智能照明控制系统的设计 篇4

关键词：智能照明,LED,μPD78F0034

引言

LED作为第三代半导体照明光源，具有工作电压低，耗电量小，发光效率高、寿命长等优点。与传统的白炽灯、荧光灯相比，节电达到90%以上。被认为是21世纪的照明光源。

用LED替代白炽灯或荧光灯，环保无污染，使用安全可靠，便于维护。LED是一个非线性器件，当LED导通时，只要LED上的电压稍微变大，电流就会增加很多。因此，即使电压发生微小变化也会大大影响LED器件的工作，使电流过大甚至导致发热损坏。恒流源驱动是最佳的LED驱动方式。采用恒流源驱动，LED上流过的电流将不受电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能保持电流恒定，充分发挥LED的各种优良特性。目前广泛采用的恒流源有两种形式：一种是线性电源改进型恒流源，另一种是开关电源式恒流源。线性电源改进型恒流源的线性损耗大，适用范围小;开关电源式恒流源的可靠性较差，适应范围小，而且成本高。为克服这两种电源的缺点，我们采用了深圳光华源公司的新型恒流源器件HA22004P作为其驱动元件。目前公共建筑的照明灯具控制大多仍采用手动开关，有些使用光控和声控开关，其故障率较高，只适应于白炽灯，不适合于路灯的照明使用。从节能和提高照明效果的角度，本文阐述了一套LED智能照明和恒流驱动控制系统设计方案，可以根据不同的工作环境的要求亮度来自动控制照明的开关和亮度。特别是在大功率LED照明系统上采用恒流源驱动，具有提高用电效率，节约电能的效果。

系统硬件设计

基于μPD78F0034为主控器件设计的LED智能照明控制系统的框图如图1所示，其主要由传感器单元、控制器单元、LED驱动电路和照明系统四部分组成。μPD78F0034芯片用于对来自于热红外传感器、强光传感器、声控传感器检测到的信号经过A/D转换得到的信号数据进行计算处理，将处理过的信号经D/A转换，运算放大去驱动LED驱动电路和显示电路。

热红外传感器

热红外传感器有三个关键性的元件：菲涅尔滤光透镜，热释电红外传感器 (PIR) ，匹配低噪放大器。菲涅尔透镜一是聚焦作用，即将热红外信号折射在PIR (热释电红外传感器) 上，第二个作用是探测警戒区内红外线能量的变化，并由系统内固化软件对所采集的数据进行运算加工，由控制系统内的控制软件通过控制逻辑来决定是否发出开灯信号。热释电红外传感器 (PIR) 将透过滤光晶片的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。因此在被动红外探测器的警戒区内，当无人体移动时，热释电红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人警戒区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异，信号被采集到伺服系统以后，由软件对该新采集的数据与系统内存中已经存在的前期探测数据进行延时比较，以判断是否真的有人等红外线源进入警戒区，还是只是环境波动，甚至是元件自身内部噪声的影响，以免发生误判断。匹配低噪放大器的作用是当探测器上的环境温度上升，尤其是接近人体正常体温 (37℃) 时，传感器的灵敏度下降，经由它对放大器的增益进行补偿，增加其灵敏度。另外由于距离等衰减因素的存在，温度传感器和内部软件的初始数据并不需要定在37℃这个点上，而是要综合环境因素，元件灵敏度、最近线性区段来定初始值。环境噪声探测，主要是通过探测环境中人类日常活动所产生的噪声，并与红外线部分的数据在系统内部进行或运算，以补偿在环境温度非常接近人体时红外探测不敏感而无法判定是否有人进入需要照明的区域。

强光传感器

光敏电阻的光谱响应峰值比较接近人视觉敏感区的波长。并且当光照强度减弱时，它的响应时间相对增加，装置在光照强度变化时，输出状态保持相对稳定。所以在多种光电探测器中选择了光敏电阻。考虑到光敏电阻对温度变化较为敏感，偏置电路中的电阻可以采用与探测元件温变系数相近的光敏电阻，以防止工作点漂移。

声控传感器

声控传感器部分由声控传感器、音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。利用声音的相对比较，判断是否启动控制电路的开启，使用调节器可以调节给定声控传感器的初始值，声控传感器不断地把外界声音的强度与给定强度比较，超过给定的强度时，向主机发送“有声音”信号，否则发送“没有声音”的信号。

控制单元

控制单元采用单片机作为照明系统的控制核心，选用日本NEC公司的μPD78F0034芯片作为主控模块，该芯片具有8位无符号乘法指令及16位除法指令，给软件编程带来了很大的方便。

根据国家标准民用建筑照明设计标准 (GBJl33-90) ，我们控制室内亮度在2001x左右。

本控制器设置了3套传感系统和严密的软件控制，其工作方法如下所述。

首先通过被动热释电红外探测器和环境噪声探测是否有人，并探测环境亮度。如果没人，所有LED灯均不开。如果有人，分成两种情况：

·若需要照明的环境的照度X>200 lx时，LED照明灯具处于关闭状态;

·若需要照明的环境的照度X<200 lx时，LED照明灯具处于开启状态，并且随着环境照度调节LED灯具的照度。

根据声音的大小判断是否需要启动驱动电路。

驱动电路

我们选用AP-28320发光二极管驱动器，制作一体化半导体灯的专用电源变换器，用于安装在半导体灯内部，串联驱动1串10～40支1瓦大功率发光二极管工作，220V交流市电供电，输出320mA稳定的单向脉动恒定电流。驱动器使用高频脉宽调制开关变换电路实现恒流控制，变换效率高，可达85%以上，工作稳定。驱动器为全密闭模块封装结构，适合在高湿度，高粉尘，强震动，对防爆有一定要求等环境下使用，非常适合室内使用，经过软件升级也可用于建筑物公共区间照明使用。

目前成熟应用的都是单粒1W的LED，很显然，做这样一个半导体灯要用50只发光管。50只LED全部串联，或者并联都存在一些问题。如果全部串联连接，如果有一粒LED开路图2 LED智能照明控制系统驱动电路损坏，则整灯不亮，而且50支LED全部串联，其驱动电压至少要150V，安全性减低。如果全部并联连接，有一路开或短路，则电流不均衡，影响灯具使用寿命。

从驱动技术和发光管的特性来看，多只发光管组应该优先使用串联方案。这样，只要驱动器给的电流合适，所有发光管的电流都是一样的。发光管串联使用大家常常担心一个问题，就是一个发光管开路整串都不亮了。我们对样灯打过高压，也作了突波实验。从应用实践上看，只要驱动不失控，给发光管的电流合适，发光管很少见到开路的情况，即使发光管本身质量不好出故障，一般就是自己不亮，但还是保持通路，其他管照样亮。而且发光管都有很强的过电流的能力，比如300mA的1瓦发光管短时间加600mA的电流也不会坏。所以，使用发光管时应以串联为主，这样发光管才有稳定、一致的电流，对提高灯的寿命有利。由于管数太多，全部串联其驱动电压太高，不得不连串带并，混联。专用的LED驱动器一般是电流源，既然LED驱动器提供的是一个恒定的电流，多串并联时就必须辅以外部均流措施，均衡地把驱动器提供的总电流分配给每一串，最简单的办法就是每一串里串一个电阻均流。多串并联时首先是要使各串发光管的总管压降尽可能地保持一致，然后再串入电阻牵制电流的偏移。电阻上的压降太大功耗增加，压降太小均流效果不好，一般可以取串连管总管压降的5%左右。驱动电路如图2所示，C1为平滑电容，R1为电流整定电阻，R2为灵敏度整定电阻，R3为限流电阻;VF为每个LED正向压降，ΣVF≤0.9Vin。

显示电路

我们将400个LED分10组，每组40个。每组采用一个AP-28320作为电流源，用单片机控制可控硅的输出来调节LED的发光亮度。可在可控硅两端并联阻容吸收回路，用来吸收AP-28320与可控硅产生的谐波干扰。连接方式如图3。我们采用1W的白光LED，发光效率601m/W，预计室内亮度在2001x左右。

考虑到室外亮度越低，对室内亮度的补偿越小，所以我们安装400个LED，全部点亮其室内亮度可达2081x。

解决散热问题主要靠合理的灯体结构设计。解决方案是使用薄金属板做基板，LED可以按照使用的发光管的数目在铝板上打好孔径和发光管外径相同的孔，两个孔间距离为0.7mm，再将发光管紧配合镶嵌到金属扳上，发光管引脚在金属板后面相连。灯的外壳也用金属材料制作，装好发光管的金属板和金属外壳紧密装配，这样，灯具工作时产生的热量可以通过金属板传导到金属外壳上，金属外壳暴露在空气中，热量可以通过辐射和对流散去。为了既减小灯的体积又保证较大散热面积，灯体外壳可以采用带肋条的散热片结构。

系统软件设计

程序采用模块化设计思想。以主程序为核心设置功能模块子程序，简化了设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序，因为灯具控制实时要求不高，循环控制即可满足要求。该系统的工作软件主要完成以下功能：信号输入模块实现相应传感器信号输入单片机数据通道，在控制系统软件中，分别将红外线探测器的信号与声音传感器的信号经过整流放大数字化后处理成开关的布尔型数据，然后相或，经过整流放大的环境补光，光强度探测系统产生的信号分两路，一路为布尔值，并与前两路信号处理后产生的输出进行与运算，由此产生决定灯具开关的开关信号，另外一路将环境数据A/D转换，然后作为系统调节亮度的控制信号编码输出到系统的输出模块，达到控制LED发光亮度的目的，实现智能照明的目的。

测试结果

用A D S 2 1 0 2 C A数字示波器对系统进行测试，其测试波形如图4所示。测试结果显示，即使5W MR16LED灯驱动电路的输入交流电压纹波大于8.5V，输出LED电流仍保持1A。光的转化率级计算可达17%，对深度的调光，且顏色和其他特性不会因调光而变化。

结语

采用μPD78F0034芯片来开发LED智能照明控制系统, 不仅能够有效的实现LED照明系统智能化控制，还能够达到节能降耗的目的，并为LED照明技术的发展和推广应用提供了可能。该系统曾在实验室进行长达一年的实验，节能效果超过45%，从使用情况看，该控制系统稳定性好、可靠性高、故障率很低。此方法具有精度高、稳定性好、功能易于扩展等优点，为智能照明控制系统的设计提供一种新的设计方法，它在新型室内照明和城市照明中有非常好的应用前景。

参考文献

[1]丁镇生.传感及其遥控遥测技术应用[M].北京:电子工业出版社, 2002:52-54

[2]唐志平.供配电技术[M].北京:电子工业出版社, 2005.1:35-44

[3]张淑清.单片微型计算机接口技术及其应用[M].北京:国防工业出版社, 2002.2:125-128

[4]赵玲, 朱安庆.LED智能节能照明控制系统的设计[J].半导体技术, 2008.2

LED控制 篇5

文章就安徽省黄山至塔岭和小贺至桃林高速公路隧道LED照明项目的工作实战,从隧道LED灯具生产及安装的角度,对该新型隧道照明灯吴的质量控制进行阐述,以便工程实际中参考.

作 者：董根深 闫旭  作者单位：安徽省交通规划设计研究院,安徽,合肥,230041 刊 名：安徽建筑 英文刊名：ANHUI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 16(3) 分类号：U453.7 关键词：隧道   LED灯具   生产及安装   质量控制  

LED控制 篇6

【关键词】LED，DLP；SPI接口控制，控制电路

【中图分类号】O213.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0383-01

前言

对于LED结构，优化散热方式，能大大提高 LED的单管功率和单位瓦数输出光通量，结合本身具有的那些显著优点，LED逐渐为市场所接纳。但国内和国际对LED光源的开发处于基本的研究阶段，目前还没有出现以LED光源背投电视驱动电路的产品。可见，良好的开发DLP背投电视的LED光源照明系统在现在的市场上有很大的发展空间，同时在一定程度上可促进我国自主知识产权的研究。

1.LED光源的DLP控制系统研究现状

目前，国内外的很多厂家使用德州仪器的DSP部件在实时处理系统信息时运用LED技术的DLP产品，在温度确定的情况下一定程度的提高DLP控制系统的稳定性、亮度和可靠性。LED技术可与DLP技术实现快速的有机结合，DMD和LED的高速性能，可实现色彩的随意排列，并能加深图像的颜色，增加亮度，使整体效果得到提高。LEP的快速交换技术，利用单个的DMD设备可达到多重色彩配置的要求，提高系统的灵活性。LED需要将光从DMD镜面准确而反射出去不需要极化过程。光线利用率极高，能大大减少发热，并且使亮度最大化效率也能达最大程度。

2.LED光源的系统结构和SPI接口控制

FPGA控制处理、色度监控、温度监控、LED驱动模块及电压电流监控构成了LED驱动的五个系统。将使R、G、B三个LED的驱动控制成为现实，避免了LED出现温度过高、色域变化大、电流电压不稳定所造成的系统关闭和系统恢复时不必要的调整。（见图1）

通信或者交换信息是在串行方式下完成的。其中同步串行外设的接口spl（serialperipheralBus）总线，能使master（主控器）与多个slave（受控器）连接。前端FORMATER与后端驱动电路的连接是在SPI串行的总线接口的作用下实现连接的，master（DDP302l）以SPI信号线为基点，进行LED电流信息的接受和传送，处理后的电流信息以数据形式发到DA控制模块。通过对其电流电压的实时监控，可以避免LED异常工作，转换后的数据传经过A/D系统的处理最终传输给FPGA。FPGA是电压电流的处理模块，它可以检测出超出负荷的电压和电流，并进行合理的处置。颜色的色点会受到色移的影响，而且对其他系统也在一定程度上收到色移的影响。色度传感器对LED的输出波长变化实时监测，并能及时反馈，之后通过刀D将转换后的数字信号及时传送给FPGA。

3.LED光源监控电路的设计

为了确保LED在其额定的电流和电压下工作正常，对电压和电流进行实时监控是十分必要的。照明系统的温度会随着运行时间的增加而增高，同时，LED的性能会受到其影响，出现主波长变化和光通量减小的现象。因此，实施相应的处理措施避免该现象是很有必要性的。一些方法可一定程度额避免这种现象，例如尽快关闭系统或换相对更高亮度水平的现色点，在主波增长的同时对每个LED的亮度值进行重新精确的计算，以确保温度升高对其产生的不良影响，使其实现目标色点化。

近几年来，随着科学技术的不断进步逐渐出现了关于显色域标准的相关规定，本文所研制以LED光源为基础的DLP投影显示器是一种扩色域的显示器。若想使图像信息准确显示出来，就必须对此进行动态LED发光色域调整并在此基础上满足队L制式的显示标准。

3.1 LED光源热度监控管理系统的设计

控制LED发光性能和稳定性的关键是控制LED晶粒的热稳定性。针对于将光能集中到小型显示设备及其他各种应用，超出系统光学径角的各种光都是无法使用的，严重的可造成温度的增加和系统能源的浪费。为了避免此现象，将系统的光学径角和光的发散形状结构有机结合，将热从晶粒中扩散出去，提高热效率。这已成为了LED的产生和可用性的必然选择。

色移是高温带来的另一个影响。PN链接伴随着温度变化，这对其输出的波长会造成10nnl以上的偏移。该影响会作用到整个系统的白点（白点是其他颜色混合而成的），而且会影响该颜色的色点。为了从根本上解决色移的问题，LED需要保持一个较低的运行功率，另一方面系统需要具有极高的热稳定性。

3.2 LED色度监控电路的设计

电脑显示器、电视、投影机构成了彩色显示器的主要应用成分，一般情况下，一个重要的考察指标是显示强度，通常采用显示器三基色的色品坐标在色品图上构成的三角形面积来进行描述的。

随着社会的进步，科技的发展，近几年来，有些产品在显色域上逐渐超出了有关标准的指标。在本文当中，DLP依靠LED光源的投影显示器实则是具有较广色域的显示器。大多数显示器采用LED光源进行大出队L制式的色域。其中，显示器主要有俩种工作方式即有时序显示和三基色同时显示。显示是将三种基色在给定的要求下的有效投影并显示，经过合理的彩色图像合成在最后出现在屏幕上。另一种则是时序显示，这种情况是将二基色图像按照时间的前后分别显示在屏幕上，利用了人眼生理上的视觉暂留特性，合成彩色完美的图像。

结论

DLP是一种新型技术，利用光学半导体现象产生数字式多光源显示，具有独立首创的特点。另外，它吸收了LED照明技术的优点，其显示的优良性能在一定程度上已经能和灯泡的系统相比较。通过对新一代亮度LED技术的研究，结合有效的检查反馈系统，利用LED照明已成为DLP高清电视在现阶段的优先选择，这是目前该技术的核心成分。

参考文献

[1] 张鸣杰.基于LED光源的DLP投影系统中实时色域校准[D].华东师范大学，2008

[2] 朱兵.基于LED光源的DLP控制系统研究[D].华东师范大学，2008.

[3] 汪敏，夏咸军.新型LED背光源技术及应用[J].光电子技术，2005，25（4）：267-270

[4] 王蔚生，邱藕，毛敏等.采用LED光源DLP背投电视光学引擎的研究[J].现代显示，2006，（70）：22-26

LED点阵显示屏控制与设计 篇7

1 电路设计

基于上述原理分析, 各部分电路设计如下。

1.1 微控制器单元设计

单片机应用简单, 软件编程灵活, 因而采用单片机作为系统的控制器, 能够满足本系统的应用需要。同时, 该型号单片机具有功能强大的位操作指令, 大大方便系统的调试, 微控制器单元包括单片机、晶振电路、复位电路。复位电路由RC充电网络构成, 开机上电时在电容负极性端产生至少2个机器周期的高电平输入RST完成复位。为了定时准确, 晶振电路选12MHz, 可产生精确到μs级的时隙, 方便定时操作。另外, 本系统通过I/O口驱动按键用于清屏操作。

1.2 X/Y轴扫描逻辑单元

通常LED点阵显示屏采用74LS595进行扫描驱动, 每片可驱动8列, 驱动32列需要4片, 同时每列数据串行输入, 逻辑电路移位造成速度过低。因此, 本设计中采用4片74LS373锁存器对LED点阵X轴方向进行列扫描, 将LED点阵显示屏作为外部RAM驱动, 以MOVX指令对总线操作一次完成一列扫描, 指令执行占用2个机器周期, 对于12MHz晶振, 在2μs刷新一次列扫描数据, 可保证每点点亮48μs, 达到书写流畅的要求。

2 系统设计

单片机在LED点阵显示系统中主要负责数据的接收、存储和扫描显示LED点阵屏三大主要功能。串行移动的子程序设计是一个通用子程序, 在显示子程序中都要被调用, 功能是移位寄存器接收单片机发出的点阵行数据, 逐位移动到对应位置后再进行锁存和输出工作, 同时对四六译码器进行开关工作, 控制屏幕的显示。该系统软件为开发的LED显示屏的编辑和播放功能一体化的专用软件, 与大屏幕密切配合, 系统集图形制作播放、艺术字型制作播放、三维动画播放等强大功能于一体, 界面美观, 全中文菜单操作方便, 总体设计思路是提供简捷方便和交互的节目制作播放环境, 其功能可由用户自由组合后, 进行循环播放、多画面播放并自动切换, 且各项均可分别实行定时、定速、显示方式多种多样, 具有良好的扩充性和可靠性:全中文菜单, 人机直接交互, 所见即所得, 操作简便;可以交互式的在显示映射区域放置各种信息对象, 实时调节对象属性, 支持文本、图片、动画、视频等显示。有100多种显示方式, 可以通过键盘、鼠标、扫描仪等不同的输入手段输入文字、图象等信息;文字可放大、缩小、拷贝等编辑处理;图像可经过软件进行修改、编辑各种字体、字形、色彩选择, 插入各种显示方式, 各项编排可自由组合、定时, 达到理想的显示效果。本软件提供五笔、拼音、区位、英文四种常用的输入方式, 用户可根据需要任意选择输入方式, 在WINDOWS、金山等任意中文系统的字体都可直接调用, 并可对字的各种方向上加边修饰, 字色、边色可任意选, 所选字属性均有示范, 客户可直观感觉所选属性是否合适, 实现最佳的艺术效果。不同显示方式使屏体每一幅图案、单调的文字更有吸引力, 增加画面的动感, 本软件提供多种不同的显示方式, 如循环、开帘、卷帘、中开、闪烁、旋转显示等多种显示方式。可直接显示OFFICE2000的文档、图表, 全面支持国内最流行的办公软件文档。通过OLE连接可实现各种流行播放媒体文件的显示。显示屏可播放视频信号。

2.1 系统主程序

系统主程序开始以后, 首先是对系统环境初始化, 包括设置串口、定时器、中断和端口;然后以“卷帘出”效果显示图形, 停留约3s;接着向上滚动显示“我爱单片机”这5个汉字及一个图形, 然后以“卷帘入”效果隐去图形。由于单片机没有停机指令, 所以可以设置系统程序不断的循环执行上述显示效果,

2.2 显示驱动程序

显示驱动程序在进入中断后首先要对定时器T0重新赋初值, 以保证显示屏刷新率的稳定, 然后显示驱动程序查询当前燃亮的行号, 从显示缓存区内读取下一行的显示数据, 并通过串口发送给移位寄存器。为消除在切换行显示数据的时候产生拖尾现象, 驱动程序先要关闭显示屏, 即消隐, 等显示数据打入输出锁存器并锁存, 然后再输出新的行号, 重新打开显示。

3 列驱动电路

列驱动电路有集成电路74HC595构成。它具有一个8位串入并出的移位寄存器和一个8位输出锁存器的结构, 而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的, 可以实现在显示本行列数据的同时, 传送下一行的列数据, 既达到重叠处理的目的。它的输入侧有8个串行移位寄存器, 每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚SI是串行数据的输入端。引脚SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲, 在其上升沿发生移位, 并将SI的下一个数据打入最低位。

移位后的各位信号出现在各移位寄存器的输出端, 也就是输出锁存器的输入端。RCK是输出锁存器的打入信号, 其上升沿将移位寄存器的输出打入输出锁存器。引脚G是输出三态门的开放信号, 只有当其为低时锁存器的输出才开放, 否则为高组态。SCLR信号是移位寄存器清零输入端, 当其为低时移位寄存器的输出全部为零。能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端向上一级的级联输出。但因为QH受输出锁存器的打入控制, 所以还从输出锁存器前引出QH, 作为与移位寄存器完全同步的级联输出。这样的结构, 使得串行移位能把显示数据依次输入到相应移位寄存器输出端, 移位过程结束后, 控制器各列显示数据一起打入相应的输出锁存器, 通过选通相应的行, 该行的各列就按照显示数据的要求进行显示。由于系统设计时采用每两行字即共用一个控制器, 上下两部分各16行。当上部分1行384列的数据准备好之后, 先不打入其输出锁存器, 也先不选通该行, 而是继续为下半部分的同名准备数据, 当上下部分同名行的列数据也准备好之后, 才把它们一起打入各自的输出锁存器, 并发出该行的选通信号。在电路安排上, 上下两部分的列串行数据输入端是并连的, 在对液晶模块的初始化中要先设置其显示模式, 在液晶模块显示字符时光标是自动右移的, 无需人工干预。此控制电路部分相当每次输入指令前都要判断液晶模块是否处于忙的状态。?

4 调试

调试主要分为硬件调试和软件调试:

(1) 硬件调试:在焊接电路板的时候, 应该从最基本的最小系统开始, 分模块, 逐个进行焊接测试。在对各个硬件模块进行测试时, 要保证软件正确的情况下去测试硬件, 要不然发生错误

摘要：本文设计了以单片机为微控制器, 以32×32点阵LED组成显示模块, 结合行、列扫描驱动逻辑电路, 实现信息输入和LED屏显示控制。

双色LED点阵控制器的设计 篇8

LED点阵显示器是由一串发光或不发光的点状 (或条状) 显示器按矩阵的方式排列组成的, 其发光体是LED。现在点阵显示器应用十分广泛, 如应用在建筑景观、宾馆酒店、超市百货商场、政府亮化工程、建筑工程、商业空间、机场、地铁、医院、外观发光体等。LED点阵显示器的分类有很多种方法:按阵列点数可以分为5*7、5*8、6*8、8*8四种;按发光颜色可以分为单色、双色、三色。本设计要显示简单的汉字或图形所以选择了8*8的LED点阵模块通过级联组合成以8×16双色LED点阵显示屏。由于AT89S52或STC89C52单片机具有价格低廉程序写入方便等特点使得整个系统方便维护和检修, 所以本设计选择了主要基于以AT89S52或STC89C52单片机为主控芯片, 由四个74HC595作为列数据扫描、一个74HC154芯片和若干个9012PNP型三极管以及电阻作为行驱动, 最终能够实现简单汉字或图片的向左, 向右循环显示。

2 总体设计

2.1 系统的结构原理设计

本设计通过对单片机编程, 用AT 8 9 S 5 2或STC89C52将74HC154、74HC595、电阻、三极管分别与LED点阵模块连接在一起来实现LED点阵屏的亮灭最终显示我们要显示的简单的文字和图形。由于本设计会制作PCB板, 以后只要把相关的元件焊接上, 再通过调试把相关的.HEX文件下载到单片机中就可以通过对电源开关的控制, 最终经单片机将预先设置好的内容显示在LED点阵的显示屏上。其各模块电路的结构图连接, 如图1所示。

系统原理, 如图2所示。

2.2 74HC595芯片

74HC595是一块硅结构的CMOS器件, 兼容低电压TTL电路, 遵守JEDEC标准。74HC595具有8位移位寄存器, 一个存储器、高阻关断等三态输出功能。移位寄存器和存储器不使用同一个时钟。Vcc、GND分别为电源和地;Q0~Q7串入数据的并行输出端。Q7’是串入数据的输出, 当多片74HC595级联时, 该端直接与下级74HC595的串行数据输入相连。DS是串行数据的输入端。/MR芯片复位清零端, 低电平有效, 一般使用时直接接VCC。SH_CP移位寄存器时钟输入端, 上升沿有效, 每来一次有效脉冲, 接收DS端的数据并按Q0-Q7的顺序移位数据。ST_CP锁存器时钟输入端, 上升沿有效。每来一次有效脉冲, 移位寄存器的数据送到锁存器端口并保存。/OE输出使能端, 低电平有效, 使用时一般直接接地。其内部结构如图3所示。

2.3 主要系统子程序设计

74HC595送一字节的程序如下:

在程序中date&0x80是将date最高位移到74HC595的移位寄存器在SH_CP=1时移位输出。date=date<<1是将一个字节的数据右移一位相当于取第二位数据, 一直取完8个数据即完成一字节数据的移位输出。

在程序中ST_CP=0, ST_CP=1两步是将数据锁存输出。在整个程序中锁存输出是在完成一个字节才输出的。

3 结语

此设计中, AT89S52作为主控制芯片, 74HC595作为数据扫描, 74HC154和9012PNP型三极管作为行驱动, 而74HC595在数据传送方面又起着关键作用。在编写程序是也要注意“鬼影”现象。

参考文献

[1]黄建新.单片机原理、接口技术及应用[M].北京:化学工业出版社, 2009.

[2]刘同法, 陈忠平.单片机外围接口电路与工程实践[M].北京:北京航空航天出版社, 2009.

[3]兰吉昌.51单片机应用设计百例[M].北京:化学工业出版社, 2009.

[4]边春远, 王志强.MCS-51单片机应用开发实用子程序[M].北京:机械工业出版社, 2005.

LED显示屏控制器设计研究 篇9

随着LED显示屏市场不断扩大, 缩短LED显示屏控制器开发周期、增强系统稳定性已显得尤为重要。本文针对单片机控制的LED显示屏提出了一些新的设计方法, 这些方法做成模板后稍加修改就可直接用于实际项目设计。

1 系统结构

为了方便描述, 本文给出了具有代表性的51单片机为控制核心的LED显示屏系统结构如图1所示。系统主要包括快速移位模块, 存储器扩展模块, 串行通信模块, 亮度采集模块, LED检测模块, 配置模块, 看门狗模块等。

2 快速移位实现

LED显示屏的驱动电路采用“串行移位→锁存→驱动”结构, 在单片机系统中通常由单片机实现移位输出, 移出1bit数据需3个机器周期 (时钟置低, 放1bit数据, 时钟置高) , 这种方法优点是简单易用, 缺点是数据输出速率低。本文在基本不增加硬件成本的条件下, 提出利用74HC165辅助单片机加快移位速度的方法, 该方法可使移位速度提高33%, 其硬件连接和操作时序如图2所示。

74HC165采用并入串出工作方式, 单片机W78E58的P0口同时连接74HC165的数据端口P0～P7和外部RAM 61C256的数据端口D0～D7。单片机RD脚同时连接74HC165并行数据装入端PL和外部RAM读使能端OE。当单片机从外部RAM读取显示数据时, RD变低, 同时PL也变低, 使出现在数据总线上的数据被异步装入74HC165内部移位寄存器中。读操作结束后, 由单片机P1.6脚生成移位时钟 (P1.6置低, P1.6置高生成一个时钟) , 又P1.6接 CLK1, 这样每个CLK1上升沿Q7就输出1bit数据。P1.6经非门驱动生成LED驱动器的移位时钟SCLK, 每个SCLK上升沿Q7输出的1bit数据被移入LED驱动器中, Q7输出则生成了串行移位数据SD。可见快速移位法输出1bit数据只需2个机器周期, 相比单片机的3个机器周期减少1个机器周期, 即移位速度提升33%。

3 树型协议设计及其处理程序结构

LED显示屏的串行通信协议通常由LED显示屏生产商专门制订, 制订方式大致有两种:一种是参照标准协议制订, 另一种是完全自定义。由于没有统一标准, 造成协议形式五花八门, 不利于协议的解释、维护和扩展。

本节给出了LED屏通信协议的树型设计方法。按此方法设计出的每个协议都形成一棵协议树[1], 具有层次结构清晰, 搜索速度快, 内容扩展方便, 通用性好等特点。本文以一种基于Modbus的交通诱导屏协议为例进行设计, 协议主要包括两类命令:一类是读取1个或多个参数 (功能码03H) , 另一类是设置1个或多个参数 (功能码16H) , 协议中部分内容设计为图3所示的一棵协议树。

协议处理程序只需按照协议树采用多重CASE结构嵌套形式编写。图4对协议中“功能码03→实时数据区→实时数据处理”给出了伪码描述, 图中的地址码参见表1。当协议项较多时采用此结构可以显著提高协议项搜索速度, 从而缩短通信响应时间, 这一点对于拥有大量交通诱导屏和其它设备的智能交通网络意义重大。每块诱导屏通信响应时间缩短, 必然使整个交通网络轮询周期的缩短, 这样控制中心就可在更短的时间内获取更新的路段信息。

有些协议没有按照图3所示结构设计, 如表1所示。对于这类协议只要按照上述方法容易将非树形协议转化为图3所示的协议树, 协议处理程序与图4所示方法相同。

4 通信循环缓冲区使用

循环缓冲区在计算机系统应用较多[2], 本文在外部RAM上设置2个循环缓冲区分别作为串行通信的收、发缓冲区。这样通信收、发缓冲区对应的存储区域都是一个循环队列。如此设计就可有效避免因通信缓冲区溢出而引发的通信处理异常。

循环缓冲区设置有读指针和写指针。每写入或读出一个数据, 写指针或读指针就沿缓冲区移动一位。循环缓冲区空、满状态判断非常方便:当:取模 (写指针+1) =读指针, 表明缓冲区‘满’, 此时缓冲区丢弃新的数据;当:读指针=写指针, 说明缓冲区‘空’。只要对每次移动后的读或写指针做“模”运算就可保证读、写指针指示范围超出缓冲区时又会自动回到缓冲区内, 从而使缓冲区可以循环使用。只要缓冲区大小设置合理且系统运行正常, 缓冲区循环使用时被覆盖的数据都是使用过的数据, 而且缓冲区‘满’发生概率非常小。

51单片机汇编语言没有直接支持模运算, 而是通过多字节除法间接实现, 这样模运算频繁使用必定会拉长通信响应时间。本设计通过采用单片机硬件直接支持的‘逻辑与’运算替代‘模运算’解决了此问题, 现在给出部分程序代码:

设接收循环缓冲区和发送循环缓冲区分别为1K字节 (0～3ffH) 数组 [rxd_buf]和[txd_buf], 读指针r_p和写指针w_p分别指示数组[rxd_buf]和[txd_buf]的元素索引号。单片机串行接收和发送的C语言程序段为:

接收程序段

If ( (W_p+1) &0×3ff) !=r_p)

{ r×d_buf[w_p]=SBUF;

w_p++;

w_p&=0×3ff; }

发送程序段

If (r_p!=w_p)

{ SBUF=t×d_buf[r_p];

r_p++;

r_p&=0×3ff; }

用逻辑与替代模运算是有条件的, 即数组最后一个元素的索引号转换为二进制数为全‘1’。前面提到的“3ffH”转换为二进制码为全‘1’, 满足要求的还有“ffH”, “7ffH”等等。

5 显示双缓冲区应用

单片机控制的LED屏系统通常只有1个串行数据输出口[3], 显示模块PCB布线常常是红、绿、蓝三种LED管互相交错出现在同一个16位 LED驱动器输出口上。例如, 3个16位LED驱动器共48个输出口上出现R4|G4|B4|R4—G4|B4|R4|G4— B4|R4|G4|B4布线形式, 对应控制3基色4×4点阵。显示信息通常做法是:根据PCB布线直接生成显示帧 (如上移操作的各个帧) , 这种做法每一帧编程都要考虑PCB布线, 而且不同布线的显示模块需重新编程, 编程繁琐, 通用性差。

为克服上述缺陷, 本文提出了在外部RAM上设置显示双缓冲区[4]间接生成显示帧的设计方法。双缓冲区中一个为逻辑缓冲区, 另一个为物理缓冲区, 这里用4×4点阵为例进行说明。逻辑缓冲区存放逻辑显示帧, 其每个bit从左到右从上到下顺序对应实际显示屏像素而与显示模块PCB布线无关, 如表2所示。物理缓冲区用于存放实际显示帧, 它的每个bit顺序对应级联的16位LED驱动器各个输出口, 它与显示模块PCB布线有直接联系, 如表3所示。

表2中“C (X, Y) ”表项中X表示行序号, Y表示列序号, C表示基色。如“R (2, 3) ”表示第2行第3列像素中的红色。表3中“X-Y”表项中X表示LED驱动器序号, Y表示该驱动器输出位序号。例如“0-5”表示LED管由第0个驱动器的第5位驱动, 此LED管是第1行第1列像素中绿色LED管

双缓冲区实现显示分三个步骤: (1) 在逻辑缓冲区生成显示帧。 (2) 调用帧转换函数将逻辑缓冲区内容转换为物理缓冲区的内容。 (3) 将物理缓冲区内容移位输出完成显示。

在逻辑缓冲区生成显示帧与PCB布线无关, 编程较容易, 但显示前必须将逻辑显示帧映射到物理缓冲区, 这里把完成这个映射的函数称为帧转换函数。这样编程时每一帧都在逻辑缓冲区生成, 显示前调用帧转换函数, 将逻辑缓冲区生成的显示帧转换为物理缓冲区的实际显示帧。对于不同PCB布线的显示模块只需改写帧转换函数, 而在逻辑缓冲区编写的大量显示帧生成代码则可重复使用。

帧转换函数设计方法有2种:代数法和查表法。代数法需要寻求映射:“表3=f (表2) ”中函数f的表达式, 该方法需要使用算术运算指令, 缺点是转换速度慢, 优点是实现代码短。查表法是在程序中存储一张映射表, 转换时只需执行查表指令, 这样做优点是转换速度快, 缺点是映射表需占用程序存储器造成实现代码长。

基于速度优先本设计采用查表法。需存储的映射表就是表3, 它每个表项包含两个字节, 例如表2中1行3列的绿色LED管G (1, 3) , 查表后得到两个字节02H和09H, 即对应表3中2-9表项, 则1行3列的绿色LED管应由第2个驱动器的第9位驱动。

若某帧要求第1行显示绿色, 即逻辑缓冲区 (表2中黑体部分) G (1, 0) , G (1, 1) , G (1, 2) , G (1, 3) 的值都为‘1’其它值为‘0’, 经帧转换函数映射后对应物理缓冲区 (表3中黑体部分) 0-5, 1-1, 1-13, 2-9的值都为‘1’, 其它值都是‘0’。则物理缓冲区移位输出序列为:{驱动器0} 0000 0000 0010 0000, {驱动器1} 0010 0000 0000 0010, {驱动器2} 0000 0010 0000 0000。

6 含优先级的主程序结构

主程序根据各项任务两次处理的间隔时间为每项任务分配了优先级, 优先级越高的任务两次处理的间隔时间越短。串行通信协议处理任务具有最高优先级, 只要CPU空闲就执行, 这样才能保证LED屏及时更新显示内容或响应各项命令。其它任务按照优先级从高到低对应的两次处理间隔时间由短到长, 例如, 每隔100ms更新一次显示内容, 每隔200ms读1次状态信息, 每隔300ms喂一次看门狗, 每隔1000ms执行一次环境亮度检测, 每隔5小时做一次LED故障自检等等。

7 结 论

本文提出的设计方法在实际系统中运行稳定可靠, 现在这些方法已做成模板, 开发人员直接套用这些模板快速完成相关设计后就能立刻投入项目中其它组件的设计, 从而缩短了整个项目开发周期。限于篇幅, 设计方法、应用范畴的不同, 本文虽没有涉及含FPGA/CPLD的控制器设计, 但文中的一些方法也同样适用此类控制器。

参考文献

[1]侯方明, 李大兴.一种新的基于协议树的入侵检测系统的设计[J].计算机应用研究, 2005, 22 (7) :151.

[2]Adam Drozdek.Date Structures and Algorithms in C++[M].USA.Brooks/Cole.2001.

[3]Francis Nguyen.Challenges in the design of a RGB LED display for in-door applications[J].Synthetic Metals, 2001, 122:216.

基于滑模控制的LED恒流电源研究 篇10

发光二极管(LED)由于发光效率高、寿命长等优点在道路和车载照明方面得到了广泛应用,特别是在太阳能光伏照明系统中,LED的使用可以大大减少光伏阵列和蓄电池数量,节约成本[1,2,3,4,5,6]。LED的伏安特性是非线性的,并随温度变化而改变,而且不同的LED其电气参数有很大差别[3,7]。目前,室外LED照明供电系统主要采用不隔离型的DC-DC拓扑结构;在变换器的控制策略方面,很多文献证明了:基于LEDs的特性,采用有一定调节范围的恒流控制要优于恒压控制[3,8]。LEDs恒流运行中,除了稳态性能外,动态性能和鲁棒性也至关重要。由于LED是半导体器件,过电流能力比其它照明负载弱,能承受的最高温度也较低,这就要求系统动态响应时间短,电流超调量小,抗干扰能力强,从而避免过高的电流尖峰导致LEDs老化或损坏。已有的电流型控制器主要采用基于电流反馈的PI调节器误差控制技术,其设计简单,但动态响应慢、超调量大、抗干扰能力差。因为系统受到某种扰动作用时,无论是输入电压变化还是元件参数变化,都必须在输出电流发生改变后,控制环才能起作用。这样在动态过程中,输出电流可能会产生较大幅度波动,甚至造成系统的不稳定现象[9,10,11]。

滑模变结构控制(SMC)是一种非连续性控制,具有快速响应、抗干扰能力强、物理实现简单等优点,在非线性系统中得到了越来越多的应用[12,13]。目前已有的应用于DC-DC变换器的SMC算法主要侧重于对作为状态变量之一的输出电压(Vo)进行控制[12,13,14,15];但对于LEDs负载,作为控制目标的输出电流不是系统的状态变量,又难以用状态变量以简单的形式进行表示,这就为控制增加了难度。

本文首先论证SMC算法应用于LEDs恒流控制的可行性,在此基础上,以Boost变换器为例,通过选择合理的滑模面,实现了对LEDs的恒流控制。文中提出的滑模面切换函数不包含LEDs的电流解析式,不需要LEDs的复杂模型和系统准确参数,从而使“滑动模态”不依赖于LEDs的伏安特性,也无需对LEDs进行参数辨识,具有算法简单、动态响应快、鲁棒性好等优点,仿真和实验结果表明了这种方法的正确性和有效性。

2 SMC应用于LEDs恒流运行的可行性分析

LEDs照明系统的结构如图1所示,输入电源(一般为蓄电池)通过DC-DC变换器向LEDs供电,控制电路采集输入信号和系统状态量,采取适当的控制算法实现LEDs稳定运行。

由于LED的非线性特性,需要用“一类仿射非线性系统”模型代替双线性系统模型对DC-DC变换器进行状态空间描述,即[12]

其中,X∈RN为状态向量;f(X)、g(X)为状态空间中N维向量场;u=0或1为控制函数;h(X)为X的标量函数,具体表达式为

其中iLED(vo,T)是LEDs的伏安特性,vo是变换器输出电压,T是LED的环境温度。设计滑模面形如

其中,C=(c1,c2,…,cN)为一个元素非负的N维行向量,Ein为变换器输入电压,Iref为LEDs的参考电流。控制函数为

滑模控制就是使系统运动点RP(Representative Point)在切换面s=0附近上下穿行或沿滑模面进行极限运动。滑模控制最关键的问题是滑动模态的存在性和可达性[12,13]。文献[12,13]给出了证明,如果系统满足广义滑模的存在条件:

则必然满足滑模的存在性及可达性。

对于式(1)确定的系统,有

① s<0时, u=1,需保证

② s>0时, u=0,需保证

只要确定C和c0使式(7)、(8)成立,则可以对式(1)所示系统进行参考值为Iref的恒流控制,控制框图如图2所示。

3 Boost变换器中SM控制LED恒流运行

对于如图3所示的Boost变换器,式(1)所示系统的具体形式为

其中,x1=iL, x2=uC。若取C=(c1,0),则由式(3)确定的滑模面为

控制函数为

由于输入电源只会出现长时间小幅度或短时间大幅度扰动,因而可以省略c0E′in一项,则有

① s<0时,有u=1,若使

可以推导出

② s>0时,有u=0,则

当t→∞时,由式(9)可得x2→Ein,如果

成立,则undefined成立,其中Tmax≈70℃是LED允许工作的最高环境温度。因此,只要使式(14)、(16)同时成立,就可以满足式(5)所示的广义滑模条件,保证了滑模的存在性和可达性。

Boost变换器中,LED恒流运行的滑模控制框图如图3所示。为了解决滑模控制中存在的时间滞后和空间滞后导致的‘抖振’现象,本文采用饱和函数

代替式(4)中的符号函数得到控制变量u,再与锯齿波比较得到开关S的控制信号[12,13]。由图3可见,本文提出的这种滑模控制方法无需LEDs伏安特性的具体参数和解析式,只需测量LEDs的电流值iLED即可,这样避免了对LEDs进行建模和参数辨识,算法简单,而且保证了控制的优良效果。

4 仿真和实验研究

4.1 仿真研究

为了验证上文所提出控制算法的优越性,本文在PSIM软件下,基于Boost变换器,对如图3所示的SMC算法进行了仿真,将仿真结果与输出电流误差反馈PI控制算法进行了对比,采用扩充临界比例度法[10]对后者的PI参数进行整定以保证其控制效果。本文使用PSIM软件下的二极管模型代替LEDs,根据实际系统中的LEDs确定其参数。具体仿真参数如表1所示。

图4是两种控制算法在输入电压发生波动时,输出电流的变化曲线。图4(a)是输入电压发生持续时间为0.2s,幅值为2V的跌落时,采用PI控制算法的输出电流波形;图4(b)是输入电压发生(0.2s,4V)跌落时,采用SMC算法的输出电流波形。可以发现,采用SMC算法的系统中,输入电压发生变化较大,但系统输出电流的波动却很小,这证明了本文提出的滑模控制算法有很好的抗干扰能力。

4.2 实验研究

本文在实际的太阳能光伏LED照明系统中对两种控制算法进行了实验研究。实验采用和仿真一致的主电路结构和电路参数,以MOSFET为主功率开关,开关频率50kHz。实验采用的负载是50W的LEDs,开启电压在80V左右,室温下其参考电流值为0.6A。负载由840只ϕ5的LED组成,连接方式是28只LEDs串联后,30条支路再并联。图5是两种方法起动过程的输出电流波形图,两者比较可见,滑模控制的系统起动过程超调量小,响应时间短,具有很好的动态性能。图6是电流参考值发生跳变时,两种方法输出电流波形比较,可以发现,采用SMC算法的LEDs电流跟随参考电流平滑地进行切换,过渡过程的时间较短。图7是当输入电压发生扰动时,采用两种控制算法的LEDs电流波形图。可以明显看出,滑模控制有很好抗干扰性能,在响应时间、超调量和稳定性方面都较为优越。

5 结论

在DC-DC变换器中,采用常规的电流反馈PI调节器的恒流控制算法不能满足LEDs对控制性能的要求。本文通过选择合理的滑模面,实现了对LEDs恒流运行进行滑模变结构控制。在理论证明这种控制算法的可行性后,以Boost电路为例,推导出了具体的滑模控制算法。本文提出的滑模面切换函数不包括LEDs的伏安特性,避免了LEDs的非线性模型和参数辨识。文中的滑模控制方法实现简单,精度高,稳定性好,有良好的动态性能和抗干扰能力,保证了LEDs供电系统的性能。仿真和实验结果证明了这种方法的正确性和实用性。

摘要：发光二极管(LED)由于发光效率高、寿命长等优点在照明领域得到了越来越多的研究,但其伏安特性的非线性和温度敏感性为LED的高性能控制带来了难度。本文基于Boost变换器,提出了一种应用于LED照明系统恒流电源的新型滑模控制(SMC)方法,建立了新的滑模面函数,无需非线性负载的复杂模型。采用PSIM软件进行仿真,在实际50W光伏LED照明系统中进行了实验,将SMC与常规电流反馈PI控制方法进行了对比研究。仿真和实验结果表明在LED照明系统中采用本文提出的SMC方法,具有算法简单、动态响应快、鲁棒性好等优点。