LED调光设计与研究.docx

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1、1绪论11.1题目的来源及探讨意义1Io2国内外调光系统的发展概况1Io31.ED的发展及前景42系统设计方案72. 1系统方案设计72。2单片机技术72。31.ED调光113硬件电路的设计143. 1单片机部分143。2驱动模块的设计153。3电源电路的设计223。4键盘电路的设计224软件设计244.1限制调光软件的设计255PNM信号的仿真27结论28致谢29参考文献30或其他类似的场地）。早期的调光台极像一座剂号，这座钢琴（调光台）分成两排琴键以现今集控（SUbmSter）的方式进行演出，并以琴键的黑键作为灯光的色调变换。在接下来的日子里由学键变更为推杆型可变电阻已成为今日的形式。但通

2、讯协议还是始终沿用O-IOV直流讯号（见上文通讯协议发展经过）,而操作介面更是异样简洁。这状况始终到了60年头斯全德公司把记忆堆元（当时为磁环线圈阵列）首次放到调光台上起先，整个调光台的操作模式及介面产生了巨大的变更。而在70年头初、第一台有着现代化功能的数字式运算记忆调光台MMS正式问世。今日所运用的三项标准一即桀控（SUbmaSIer）、场（CUe）和效果（EffeCI）均为协作舞台演出的须要而产生且这些功能都必霜依附在记忆功能上存在。当可控睢调光器投入运用，模拟远程限制系统（通常是O-IOv时照明限制系统）是可行的。该线的限制系统小得多（低电潦和更低的危急）较沉歪的电力电缆以往的照明系统

3、.每个暗有其自身的限制线这意味着大量的电统离开照明限制的位置和运行的各个格淡.现代系统采纳数字限制协议，如DMX512,ETCnet.或ETenet2,限制了大成的调光器（和其他舞台设省）通过一个电缆.在20世纪60年头以前，舞台上的调光设备从盐水缸至大型功率可变电阻都是以变更沟通电源的下弦波峰来对灯泡负载进行调光。这种形式的缺点在F大量的热能损失和设备体积特别巨大，但优点是不存在干扰噪音.20世纪60年头电子工业的快速发展、单向可控硅（SCR）及双向可控硅（TRAIC）的先后独创使谢光器在体枳上变小、工作温度上削减和可能利用低压记号对调光器进行限制。这就是调光硅，但这种以触发相切割波形的方式

4、带来了电力系统中的断续电流问题。在标准的三相供电系统中，这些谐波能令在中心线导体的电流增加至正常的1.4倍。谐波会产生可听噪音，会令电力输送系统的金属导体甚至变电变压器产生.高热.在欧盟国家中提倡制定法律要求调光系统必须要以低水平的谐波泄漏为原则。在另一方面，市场上运用相切刷波形调光硅的缺点愈见明显。愈来愈多的灯具已不是昨天的纯电阻性负载.这些日光灯管、电子调光镇流器、1.ED灯、电子或电磁式低压变压冷及切非传s光源都有共通点，就是相切割波形调光硅已大大远离对这些类型光源进行调光的合理性。虽然后来的调光器发展方向以IGBT为功放元件的逆向相切割波形调光器为取向，因为它的出现而可以在技术上取消了

5、笨盘的港波线圈。但原来相切割波形方式的问题还是存在，只是可以减轻重量罢1.2o2国内调光系统的发呈现状随着中国市场经济的发展及精神文明建设的须要，国内很多省、市、企业都在兴建电视台、大型舞台、体育场馆.在全部这些灯光限制场合中，所需的调光回路,从一百多至几百回路,这么多路灯都必需在灯光师个人的操作下进行变更限制，这就要求灯光限制设备要有较好的集中限制性能。为了满意舞台影视灯光的集中限制须要，调光限制技术的发展从最早的强电配电板、分组限制、分场限制发展到现在的数字化限制阶段,最近几年灯光限制系统生产厂家快速堀起，如广州河东电子有限公司就是其中的典型。河东企业生产的大回路电脑调光台HD1.-284

6、8经过多年的发展和完善，以性能价格比高（国外同类产品价格的一半），操作（集控、Q场、效果等）敏徒和编辑修改便利、性能稳定牢独、独有的中英文用户界面等特点深受电视台演播厅、剧场、体育场馆、多功能厅、电教馆灯光师的欢迎.目前，国内调光限制台种类比较齐全，有模拟、数字、电脑调光台,也有小回路、中回路和大回路调光台，可以充分满意各类场所的演出须要，而且无论人产品质量、技术水平方面看都在快速地接近国际先进水平.特殊是国内生产的数字调光台，价格合理，功能强（可编程集控，走灯效果，音频限制等），兼容性好（既有数字信号也有模拟信号输出）。从技术上看，调光器可分为模拟式、半数字式和全数字式三类。全数字调光器技术

7、最先进，目前在国际上，在国内以调光一样性好、调光精度高、调光范围大、调光曲线多，智能化程度高等特点风度影视专业灯光界。1.31.ED的介绍及发展前景1.3 1什么是1.ED?1.ED（1.ightEmittingDiOde）,中文含义是发光二极管,是种能够将电能转化为可见光的固态的半导体罂件，可以干脆把电转化为光,具有体积小、耗电量低、运用寿命长、亮度高、热量低、环保、耐用等特点.主要应用于各种室内、户外显示屏,汽车内部的仪表板、刹车灯、尾灯，电子手表，手机等。1.3.2 1.ED的优点I）体积小1.ED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它特别小，特别轻。2）耗电量低1.ED耗电

8、相当低，直流招动，超低功耗（单管0.030。06瓦），电光功率转换接近30%。一般来说1.ED的工作电压是23。6V,工作电流是0。02-0.03A：这就是说，它消耗的电能不超过0.IW,相同照明效果比传统光源节能近8。%。3）运用寿命长有人称1.ED光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下,运用寿命可达6万到IO万小时，比传统光源寿命长IO倍以上.4）高亮度、低热量1.ED运用冷发光技术,发热量:比般照明灯具低很多。5）环保1.ED是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水很会造成污染，同时1.ED也可以回收再利

9、用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源,可以平安触摸,属于典型的绿色照明光源6）坚实耐用1.ED被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚实。灯体内也没有松动的部分，使得1.ED不易损坏。1.3.3 1.ED在照明领域的发展从1962年第一只红光半导体发光二极管诞生起，人们不断开发出橙、黄、绿等多种单色1.ED,并用于各种信号指示、标识、数码显示,逐步发展到小型1.ED显示屏等.1991年业界采纳MOCVD外延生.长四元系材料，开发出高亮度发光二极管；1994年在GaN基片上研制出第一只蚯色的发光二极管;1997年通过篮光激发荧光粉，做出第一只白光1.ED；2

10、001年用紫外光激发荧光粉做成f白光1.ED.高亮度半导体发光二极管作为光源已逐步进入光色照明、装饰照明领域，并形成产业。由于技术不断突破，发光效率不断提高，功率1.ED已经产业化,多芯片组合的白光1.ED功率更是大幅提高。1.ED逐步进入照明领域，如1.ED汽车灯、1.ED背光源、1.ED手电筒、1.ED台灯、1.ED射灯、1.ED路灯、1.ED隧道灯、1.ED室内一般照明等.1.ED在目前阶段，其光效还远未达到可以取代三基色萤光灯的程度，但是以其独特的特长，可以在平安特地电压（游泳池、划水池内水卜灯具、矿灯）条件下高效工作。此外，在干脆采纳绿色电能（太阳能、风能等）.以及应急照明方面也有着

11、其独特的优势.尤其在调光方面,1.ED不仅可实现0100%的调光,并11可保证在整个调光过程保持较高光效，并且不损害1.ED的寿命，而气体放电灯则很难做到这一点。1.4 论文探讨的主要内容本文旨在探讨通过单片机对1.ED的灯光限制，依据硬件系统能实现的功能：键盘限制调整亮度。本文的主要内容有：I）深化了解国、内外相关技术探讨现状，设计适介于本系统的电路：2）熟识MCS5l系列单片机.驾驭其结构原理、指令系统及硬件电路的干脆设计方法：3）设计调光系统的外围电路,包括键盘、电源、1.ED驱动等：4）学习仿真Keil软件，依据哽件电路的系统功能设计软件系统，编写相应的硬件驱动程序及其它基本系统程序并

12、对其编译仿真：2系统设计方案2.1系观方案设计依据设计系统所要实现的功能，本系统硬件结构以单片机AT89C51为核心，单片机产生占空比可变的矩形波，当产生此矩形波的I/O口通过1.ED驱动模块对1.ED即达到了调光的目的.其功能及特点：按键限制调光渐亮，渐暗：硬件结构图如图24所示.图2-1系统结构图系统中采纳AT89C51单片机作为处理罂.其功能用来限制调光和时间日期显示是完全满意的。双输出电源时堆片机产生外部中断同时给1.ED供电，单片机在外部中断中启动定时滞并通过按循对定时器赋不同的值，每当定时器满时，单片机会通过I/O口发出PWM,通过驱动限制灯光的亮度调整。2.2单片机技术2.2.1

13、 单片机概述及特点当今时代被人们称为信息时代，诏算机技术快速发展，其在工业、农牧业、国防,科研及日常生活等领域发挥着重要的作用，成为各国工业发展水平的重要标记之一。而单片机的出现是计算机技术发展史上的一个重要里程碑，它使计算机从海量数值计算进入到智能化限制领域。堆片机是把微型计算机主要部分都集成在一个芯片上的单芯片微型计第机.从1976年8位单片微机诞生以来,至今已发展有16位单片微机、32位单片微机U但始终是以8位机为主流机型，单片微机的发展如日中天，全世界的年产量已达100亿片，在中国年用量达6亿片，而且还在不断快速增长.其应用也相当广泛,从民用电器、机电一体化产品到航空航天技术、人工智能

14、、工业机器人等一个极其广泛的领域中.单片机发展如此快速应用如此广泛有其自身的特点：1）集成度高：单片机把CPU、RAM、RoM、VO接口以及定时器/计数落都集成在一个芯片上，和常规计.算机系统相比，它具有体积小，集成度高的特点。2）存:储取大：采纳16位地址总线的8位单片机可寻址外部64KB数据程序存储器,此外，大部分单片机还有片上RAM（一般为I28256B）和内部ROM（般为24KB）,在大多数状况下,内部存储器就已经足够了,从而削减了器件的运用数量，降低了成本。3）性能高、速度快:为了提高速度和执行效率，单片机运用RISC体系结构、并行潦水线操作和DSP等设计技术，指令运行速度大幅度提荔

15、一般单片机运用的时钟频率可以达到12MHZ同.4）抗干扰性强：单片机各功能件都集成在块芯片上.特殊是存储器也集成在芯片内部.因此单片机布线短，大多都是在芯片内部传送数据,因此不易受到外部的干扰，增加了抗干扰实力，系统运行更加牢靠。5）指令丰京：单片机一般都有传送指令、逻辑运算指令、转移指令、加减运算指令和位操作指令，有些单片机还具有乘法及除法运算指令.6)牢界性高、易扩展、限制功能强也是单片机被广泛应用的特点。2.2.2单片机的内部结构及单片机相比，微型计算机是一种多片机系统。它是由中心处理器(CPU)芯片、ROM芯片、RAM芯片、I/O接口芯片等通过印刷电路板上总线连成体的完整计算机系统。其中,中心处理冷(CPU)的字长，功能强大，RoM和RAM的容量很大Wo的功能也很大，这是单片机无法比拟的。因此单片在结构上及微型计算机特别相像，是一种集微型计算机主要功能部件于同一块芯片上的微型计算机,并由此而得名.单片机的内部结构如图2-2所示。其中,中心处理器是通过内部总线及ROM、RAM、I/O接口以及定时器/计数罂相连的。旦位*中嘶系统时钟一内部总线TXDKXDRAMROM中行1.IO接1.J匚*|并行1.O接口1中央处理*CPU图22单片机内部结构图I)存:储器：在单片机内部，ROM和RAM存储器是分开制造的。通常，ROM存储器容量是很大，RA