毕业设计（论文）-LED节能灯驱动电路.doc

本 科 生 毕 业 设 计（论 文）论文题目：LED节能灯驱动电路姓名：学号：班级：年级：专业：学院：指导教师： 完成时间：作 者 声 明本人以信誉郑重声明：所呈交的学位毕业设计（论文），是本人在指导教师指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。文中引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，不包含他人成果及为获得东华理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。本毕业设计（论文）成果归东华理工大学所有。特此声明。毕业设计（论文）作者（签字）： 签字日期： 年 月 日 本人声明：该学位论文是本人指导学生完成的研究成果，已经审阅过论文的全部内容，并能够保证题目、关键词、摘要部分中英文内容的一致性和准确性。 学位论文指导教师签名： 年 月 日LED节能灯驱动电路LED efficient lightbulb lamp drive ciruit 年 月 日东华理工大学毕业设计（论文） 摘要摘 要当今在提倡环保、节能，LED作为二十一世纪的新型半导体绿色照明灯，具有能耗低、寿命长、响应时间短、安全低压、环保、调节方便等诸多优点。本文概述了开关电源、PWM脉宽调制和驱动电路。LED灯不能像一般的白炽灯一样直接使用公用的电网电压，因此，设计了两种LED节能灯驱动电路。驱动电路采用PWM方式来调节节能灯的亮度，以便于实现颜色的多样化。本系统用PIC16F684单片机为微处理器，采用开关电源的方式，用PWM调光，驱动效率高，输入范围广，抗干扰性强，调光方便。系统中红、绿、蓝三色各自采用单独的驱动电路，并且通过PIC16F684单片机的引脚进行PWM控制来调节LED的亮度，以便于实现颜色的多样化。系统电路中，市电经过AC-DC变换电路得到直流电，再经过DC-DC变换电路得到13V的电压给电路供电，电路中还有电压调节器可以得到5V的电压也供电路使用，输出部分还设有过流保护电路，使得电路更加安全。关键词：LED；节能；驱动电路；PWM 东华理工大学毕业设计（论文） AbstractABSTRACTToday in the promotion of environmental protection, energy saving, LED as a new type of semiconductor green lighting in twenty-first Century, has the advantages of low energy consumption, long service life, short response time, safety, environmental protection, convenient adjustment, low pressure. This paper outlines the switching power supply, PWM pulse width modulating and driving circuit. LED lamp can not be like incandescent general as a direct use of grid voltage, public therefore, two kinds of LED energy saving lamp driving circuit design. The driving circuit to adjust the brightness of energy-saving lamps using PWM mode, so as to realize the variety of colors.The system used PIC16F684 SCM as microprocessor, using switching power supply, PWM dimming, high drive efficiency, input range, strong anti-interference, convenient adjustment. The system of red, hot, blue use separate drive circuit respectively, brightness and through the PIC16F684 microcontroller pin to PWM control to regulate the LED, so as to realize the variety of colors. The system circuit, power after the AC-DC transform circuit DC, after DC-DC conversion circuit of 13V voltage to the circuit, circuit and voltage regulator can get 5V voltage supply circuit, the output part is provided with over-current protection circuit, the circuit more safely and.key words：LED ; Fuel-efficient ;Drive circuit ;PWM东华理工大学毕业设计（论文） 目录目 录绪论11.1 课题研究的背景11.2 课题研究的目的和意义11.3 课题研究的方案2第2章 方案论证32.1 开关电源供电方式32.2 PWM(脉宽调制)调光技术32.2.1 PWM的原理32.2.2 PWM调光与模拟调光42.3 驱动电路方式4第3章 系统硬件电路设计53.1 系统框图及工作原理简介53.2 系统所用主要芯片介绍63.2.1 PIC16F684功能介绍63.2.2L6562D功能介绍83.2.3 HV9922功能介绍93.2.4 电压调节器MC78L05103.2.5 LED灯插座RJ45 8*8113.2 系统硬件电路.113.3.1 AC-DC变换电路113.3.2 DC-DC变换电路123.3.3 微控制器及外围电路133.3.4 四路驱动电路143.3.5 输出过流保护电路16第4章 软件系统设计174.1 项目实现功能174.2 软件设计思路174.3 汇编程序流程17结论21致 谢22参考文献23附录一24附录二26东华理工大学毕业论文 第1章 绪论东华理工大学毕业论文 第1章 绪论华理工大学毕业设计（论文） 绪论绪论1.1 课题研究的背景当今世界提倡绿色环保和节能，随着近年来LED的发展，LED的光效、寿命及光色上取得了明显进步，半导体发光二极管（LED）因具有节能、寿命长、驱动简单、色种类多等优点而得到广泛应用，白炽灯时代即将结束。新的照明技术，特别是发光二极管（LED）最终将代替白炽灯和荧光灯。LED属于绿色照明光源， 因为它在光谱中没有紫外线和红外线，所以没有辐射，也没有热量。效率高、寿命长、安全、性能稳定的LED节能灯，可以提高人们的学习、工作、生活条件，所以LED节能灯已成为具有发展前景广的一项高新技术。当今照明的理想方案主要还是以白光LED节能灯为主，倘若要驱动各种各样的LED节能灯，现在还面临着很多问题和挑战。主要的问题是目前LED驱动电路的性能还不够稳定，而且转换效率也比较低，其中转换效率低是由于离散范围极大、参数难于控制，所以转换效率和稳定性就成了现在整个LED技术的主要问题了。其次，由于空间的要求LED驱动器必须小巧而且高效。另外，还要考虑散热和EMI（电磁干扰）因素，两者对于照明设备的可靠性有重要影响，给设计带来了限制。LED的特性是正向伏安特性非常陡峭，所以要给LED供电就非常困难。而普通的白炽灯就不一样了，它可以直接用电压源供电。如果LED直接用电压源供电，只要电压稍微波动，就会使电流增大而导致LED烧毁。为了得到稳定的电流供LED使用，目前市场上有多种多样的LED驱动电路。但各有优缺点，因此该课题有较强的研究意义。1.2 课题研究的目的和意义 随着能源消耗的越来越严重，当今世界大力提倡节约能源，现在人们不断寻找新的节能方法。而照明在全球能源消耗占了很大的部分，占世界发电总量的10%以上。因此，节能照明的方法越来越受到重视。当今整个世界都在提倡节能照明，新的照明技术也越来越多，而白炽灯的照明技术显然已经不适合现在的节能方法了。一个白炽灯有97的能量是被浪费的，荧光灯虽然比白炽灯好一些，但仍然有85的能量被浪费了。而且，白炽灯和荧光灯的平均使用寿命都比较短，寿命大约为5000个小时。除此之外，荧光灯中含有汞，而且荧光灯光的亮度和颜色都很差。以上这两种技术比白光LED技术落后很多，白光LED灯不仅使用寿命是前两种的10倍，而且也不含有有毒物质，发光的颜色种类也多种多样。最重要的是，白光LED灯的转换效率不会比荧光灯差。所以，在节能照明技术中，向LED技术的发展将大大的节约能源的消耗。LED照明技术的这些优点使其发展前景是非常广阔的。LED照明技术上的限制在于LED有固定的正向压降，电流也有上限。白光LED的正向压降一般 为34V，LED光源不能像一般的光源一样直接使用公用的电网电压，它必须配有专用的电压转换设备，能够提供符合LED工作的驱动电压和电流，才能使LED正常工作，也就是所谓的LED专用驱动电路。但是由于各种不同规格的LED驱动电路的性能和转换效率各不相同，所以选择合适、高效的LED驱动电路，才能真正展现出LED光源高性能的特性1。选择合适的驱动电路驱动LED是这次课题选择的主要目的和意义。1.3 课题研究的方案本课题研究的LED驱动电路属于恒流驱动电路，它将交流电压转换为恒流电源，同时按照LED器件的要求完成与LED的电压和电流的匹配。本装置在设计上具有以下特点：(1)采用开关电源供电方式，输入电压范围广、抗干扰性能好、工作电压输出稳定，驱动效力为80%。(2)采用传统的调光方式PWM(脉宽调制)技术，系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，反复开关LED驱动器，即可实现输出电流的宽范围改变，保证LED的亮度和颜色在不同的应用场合能够作相应的变化。(3)发光体的红、绿、蓝三色各自具有单独的驱动电路，分别通过微控制器的三个脚来独立准确控制，三种颜色可单独发光，也可按照三基色组合标准发稳定的白光。4东华理工大学毕业设计（论文） 第2章 方案论证第2章 方案论证2.1 开关电源供电方式开关电源一般由开关元件、控制电路和滤波电路三部分组成。开关串联在电源的输入和负载之间，构成串联型的电源电路。实际的开关元件常常是功率开关晶体管或MOS场效应管。开关电源是一种电压转换电路，它通过用电子线路组成开关式（方波）震荡电路来达到对电能的转换。开关电源的应用现在非常广泛，不仅应用在电源电路上，在其它的电路上也应用，如我们用的电视和电脑等都用到了开关电源。开关电源的框图如图2-1所示。图2-1 开关电源的框图开关电源和线性电源相比，体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的2030%）、效率高（一般为6070%，而线性电源只有3040%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。通过开关电源与线性电源相比较，可以看出开关电源更适合，所以在系统设计中选用开关电源供电的方式。2.2 PWM(脉宽调制)调光技术2.2.1 PWM的原理图2-2 PWM 工作原理脉宽调制（PWM）基本原理：它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流的目的2。PWM 是一种周期恒定而高低电平的占空比可以调制的方波信号，当输出脉冲周期一定时，占空比越大，输出的有效电压就越大，所驱动负载的平均功率就越大。如图2-2 所示，当电源电压VCC 不变时，改变占空比即T1/ (T1+ T 2)的值，就可以改变输出电压的平均值，这就是PWM 的工作原理。2.2.2 PWM调光与模拟调光许多便携式LED应用需要调光。现在常用的两种调光方法：模拟方式与PWM调制方式。模拟调光是调节LED串的DC电流，达到改变LED的亮度，而PWM调光则通过改变LED串恒定电流的占空比，实现改变LED串的平均电流，从而实现调光。尽管模拟调光简单，但这种方式对很多应用场合都不适合，因为模拟调光仅在10:1的亮度调节时，就损失超过25%的准确度，而且这种调光方式会产生色彩失真。相比之下，PWM调光可以在准确度没有任何损失的情况下，产生3000:1以及更高的调光比，而LED色彩没有改变。通过PWM调光与模拟调光的比较，PWM调光明显比模拟调光更加有优势，所在系统设计中选择PWM调光的方式以便实现颜色的多样化。2.3 驱动电路方式熟悉LED灯的都知道，LED灯是不能直接供电的，所以必须用专门的电路来驱动，而驱动电路的方式分为：恒流式和恒压式。恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；恒压驱动电路输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化。恒压式驱动在允许的负载情况下，输出的电压是恒定的，不会随负载的变化而变化。主要应用于小功率LED模块，小功率LED灯用的比较多。而恒流源在允许的负载情况下，输出的电流是恒定的，不会随着负载的变化而变化，通常应用在大功率LED和高档小功率产品上。LED是恒流工作的电子元器件，如果采用恒压式驱动，电压稍加偏移，就会使电流有很大的变化，很容易使得LED灯烧坏，只有采用恒流的方式，才能保证亮度的一致和寿命长。所以在系统中驱动电路采用恒流式。东华理工大学毕业设计（论文） 第3章 系统硬件电路设计第3章 系统硬件电路设计3.1 系统框图及工作原理简介市电输入交流抗干扰直流变换控制系统红光驱动蓝光驱动绿光驱动白光驱动输出保护单元 图3-1 系统框图如图3-1所示，本系统主要由四部分组成：交流抗干扰电路、直流电压变换电路、控制系统、四路驱动电路。交流电源输入经差模干扰信号抑制电路和共模干扰信号抑制电路再经整流滤波后成直流电，再经过电压变换电路和三端稳压器电路得到两个较小的直流电压，分别给PIC16F684微控制器和四路驱动电路供电。LED节能灯的颜色选择和亮度的调节由微控制器来控制；四路驱动电路都采用单级PFC技术，通过专用的PFC芯片L6562D输出PWM信号来控制开关管来控制直流电压，从而控制LED的亮度；将直流电加到开关变压器的初级上，开关变压器的次级端感应出高频电压，经整流滤波后供给负载，输出部分还有保护电路3。系统电路原理图见附录一。 本设计主要创新点：(1)采用开关电源供电方式； (2) 输入电压范围广；(3) 抗干扰性好；(4) 驱动效率为80%。3.2 系统所用主要芯片介绍 电路中需要的主要芯片及器件：驱动器芯片HV9922、单片机PIC16F684、电压调节器MC78L05ACDR2G、LED灯插座RJ45 8*8、功率因数校正控制芯片L6562D。3.2.1 PIC16F684功能介绍4,5控制系统电路中的微控制器选用了PIC系列单片机PIC16F684。8位CMOS的 PIC系列单片机具有易学、实用、低价、高速、省电和体积小等特点，特别是其独特的精简指令集结构，和独立分开的指令总线和数据总线的哈佛总线结构，使指令具有单字长的特性，而且允许指令码的位数可以多于8位数据的位数，这与传统采用微处理器结构和冯诺依曼结构的8位单片机相比，可以达到4:1的速度提高和2:1的代码压缩。PIC16F684单片机仅需学习35条指令就可以了，除了跳转指令外其它所有指令都是单周期的。 图3-2 PIC16F684引脚图系统设计用到的引脚介绍：引脚1：正电源端引脚3：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O引脚5：PORTC I/O引脚6：PORTC I/O引脚7：PORTC I/O引脚11：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O引脚12：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O引脚13：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O引脚14：接地参考端由于单片机PIC16F684的功能强大，在本系统中只使用其中的部分功能。下面介绍PIC16F684的部分片内外设：1、振荡器模块，PIC16F684内部振荡器有多种选择功能和时钟源，所以应用非常广泛。2、PIC16F684的I/O，PIC16F684有2个双向 I/O 端口：PORTC和PORTA，PORTC是一个8位的双向端口，PORTA端口是一个只有6根引脚的双向I/O端口。由于PIC16F68X属于8位单片机，所以每个端口都由数量不超过8个的引脚构成。每个端口中的每个引脚都可以用软件的方式单独编程，设定输入引脚或者输出引脚。其中有些I/O引脚和单片机内部的某些功能部件或其它外围模块的外界信号线进行了复用，也就是说，既可以作为普通I/O引脚，又可以作为某些功能部件或外围模块的外接引脚。3、定时器/计数器，定时器是单片机的重要组成部分，使用它可以产生很多不同的定时时间，而满足程序设计的不同需求。PIC16F684有三个定时器，分别是Timer0、Timer1、Timer2。它们的用法不是很相同。Timer0是一个八位的计数器，它有一个八位的计数寄存器TMR0，八位的预分频器与看门狗共用，可以选择内部或者是外部时钟源，有计数器溢出中断的功能； Timer1是一个十六位的计数器。它有一个计数寄存器对（TMR1H：TMR1L），时钟源也是内外可选的，具有一个2bit的预分频器，可以同步或者异步操作,具有中断功能，但是溢出中断只能在外部时钟、异步的模式才能将单片机从SLEEP中唤醒，Timer1具有捕获/比较功能，还有被一些特殊事件触发功能，比较器的输出可以与Timer1的时钟同步；Timer2的功能与Timer1有一些不同，Timer2是一个八位的计数器，有一个八位的计数寄存器TMR2，Timer2具有两个分频器：一个是前分频器，一个是后分频器。4、捕捉/脉宽调制(CCP) ，CCP(捕捉/ 比较/ 脉宽调制)模块有一个16位寄存器，它可以用作16位捕捉寄存器、16位比较寄存器、10位PWM主/从占空比寄存器。除了特殊事件触发器之外，各CCP模块的操作都是相同的。每个CCP模块含有3个寄存器。一个器件中可能有多个CCP模块。下表列出了各种模式下CCP模块的定时器资源。表3-1 CCP模式与定时器CCP模式定时器捕捉Timer1比较Timer1PWMTimer2本系统用到的是CCP模块的脉宽调制模式（PWM）的作用，在脉冲宽度调制(PWM)模式下，CCPx引脚可输出分辨率高达10 位的PWM 输出。因为CCPx引脚与端口数据锁存器是复用的，所以相应的TRIS位必须清零以使CCPx引脚为输出状态。在PIC16F684单片机中，当CCP模块工作在PWM模式时，确定PWM信号周期所用到的定时器只能是8位宽的时基定时器TMR2,而确定PWM信号脉宽所用到的定时器则是10位宽的时基定时器（由定时器TMR2的8位和其低端扩展的2位共同构成）。PWM工作模式的操作步骤：(1) 确定PWM信号周期，只要向周期寄存器PR2中写入预定值就可以了。(2) 确定PWM信号脉宽，只要向寄存器CCPR1L和控制寄存器CCP1CON的bit5、bit4中写入预定值就可以了。(3) 将相应的TRIS位清零而将CCPx引脚设为输出。(4) 设定预分频器分频比和启用定时器TMR2,只要通过对控制寄存器T2CON的写入就可以了，也可以同时设定后分频器的分频比。(5) 确定CCP模块位PWM模式，只要通过写入控制寄存器CCP1CON的低4位就可以确定。3.2.2 L6562D功能介绍由于本设计采用的是开关电源供电方式，主要包括功率因数、谐波含量、波形畸变等。解决这个问题的最好办法是采用功率因数校正技术。为了使电源在满足谐波标准的同时能够实现高性能、低成本,对单级PFC的需求越来越紧迫,特别是在小功率场合。图3-3 L6562D引脚图管脚介绍：INV：误差放大器的反相输入,对PFC预调节器的输出电压的信息是通过一个电阻分压器的输入引脚。COMP: 误差放大器的输出，补偿网络放在这个引脚和INV之间（引脚# 1）实现的电压控制回路的稳定性和保证高功率因数和低THD。MULT: 该乘法器输入主，这个引脚通过电阻连接到电源电压的整流分压器提供正弦参考电流回路。CS: 输入到PWM比较器，在MOSFET的电流通过一个电阻感应，由此产生的电压应用到这个引脚和内部正弦形状比较参考，所产生的乘数，以确定MOSFET的关闭。ZCD: 升压电感的退磁检测过渡模式操作的输入，一个负边缘触发MOSFET的导通。GD: 栅极驱动器输出，图腾柱输出级可驱动功率MOSFET和IGBT的与高峰期的600毫安800毫安的电流源和汇。这个引脚的高电压夹在12V的情况下避免引脚提供一个高过大的栅极电压VCC。图3-4 L6562D内部结构框图L6562D的内部结构框图如图3-4所示。L6562D的内部乘法器带有THD最低化专门电路，能有效控制AC输入电流的交越失真和误差放大器输出纹波失真，从而提供高功率因数和非常低的THD。结合高线性乘法器中的THD最优化电路，L6562D允许在误差放大器反相输入端INV脚和输出端COMP脚之间连接RC串联补偿网络，以减小误差放大器输出纹波和乘法器输出的高次谐波。另外，L6562D带有源电流/灌电流为-600/800mA的推挽式输出级，并带有欠压锁定（UVLO）下拉和15V的电压钳位，可驱动功率MOSFET（绝缘栅极场效应管），从而可使变换器输出功率高达300W6,7。3.2.3 HV9922功能介绍开关型LED节能灯驱动器芯片HV9922是电流控制器，作用在连续导电模式工作的降压变换器拓扑的PWM峰值，它要工作必须输入20400VDC的直流或85264VAC的交流，工作输出50mA的恒流来驱动LED节能灯。HV9922芯片如图3-5所示。图3-5 HV9922引脚图管脚介绍：DRAIN：这是输出漏极端子，开关MOSFET和一个线性稳压器的输入端。VDD: 内部稳压电源的输出端，此端通过0.1uF低阻抗电容接地。GND：内部电源的负端。图3-6 HV9922结构框图HV9922引脚排列及其内部结构如图3-6所示，当在漏极（DRAIN）脚输入20400V的电压时，在VDD脚将得到一个7V的直流电压，这个电压是由内部高压线性稳压器产生的。当VDD脚上的电压超过门限电平（5V）时，内部MOSFET导通；当输入电流比内部预设置电平大时，RS触发器将被电流传感比较器复位，MOSFET关断。关断时间（10S）由单发电路是否激活确定，当关断时间到来时，RS触发器被置位，开关周期重新开始。3.2.4 电压调节器MC78L05 该MC78L05电压调节器的最大输入电压为30V，而输出电压为固定的5V。系统中13V的电压接到引脚8，通过电压调节器在引脚1输出稳定的5V电压。5V电压供给PIC单片机工作。图3-7 MC78L05引脚图 系统中13V的电压接到引脚8，通过电压调节器在引脚1输出稳定的5V电压。5V电压供给PIC单片机工作。3.2.5 LED灯插座RJ45 8*8RJ45 8*8是有8个引脚的插座，引脚2、4、6、8接地，引脚1、3、5、7分别接到红、绿、蓝、白灯上。RJ458*8引脚图如图3-8所示。系统用它来排列出红、绿、蓝、白四种LED灯。图3-8 RJ45 8*8引脚图3.2 系统硬件电路3.3.1 AC-DC变换电路图3-9 AC-DC变换器如图3-9所示，由两部分组成：交流抗干扰电路和高压整流滤波电路，输入方式采用宽电源，电压输入范围为AC85265V。为了能让电路能够正常工作，在进行交、直流变换时必须有抗干扰电路。这样才能使AC-DC变换电路正常工作。抗干扰电路按噪声干扰源来分类，电磁干扰可分为：尖峰干扰和谐波干扰；若按耦合通路来分类, 电磁干扰可分为：传导干扰和辐射干扰。任何电源线上传导的干扰信号，都可用共模信号和差模信号来表示。共模干扰是在电源线与地之间传输，属于非对称性干扰；差模干扰是在各相线之间传输，属对称性干扰。在一般情况下，共模干扰幅度大，频率高，可以通过导线产生辐射，所以造成的干扰较大；差模干扰幅度小，频率低，所以造成的干扰较小 8。输入的右边是一个0.25A的保险丝器件，它起到的作用是过流保护。L1、L2是差模扼流电感，C2是差模滤波电容, T2的初次级匝数相等、极性相反,交流电流在磁芯中产生的磁通相反,因此对共模干扰可以抑制。整流滤波电路是全桥整流电路，由四个反向整流二极管组成，把220V、50HZ的市电网电压直接输入，经过T2后进行全波整流，整流后由滤波电路进行滤波，使其输出稳定的直流电压，全桥整流后电压是输入电压的0.9倍，输出电压约为198V，输出的电压给L6562D提供工作控制信号，控制L6562D是否工作。3.3.2 DC-DC变换电路图3-10 DC-DC变换电路DC-DC变换电路如图3-10所示，它主要由HV9922和MC78L05组成。在本电路中，HV9922的引脚1输入整流后的直流电压198V，则在引脚2输出13V的直流电压，再经过后面的13V稳压管将得到了一个稳定的+13V直流电；MC78L05的作用是作为电压调节器，在引脚8输入+13V直流电，则在引脚1输出+5V直流电压。由HV9922和MC78L05得到的+13V直流电压和+5V直流电压供系统电路使用。在电路中都用到了很多电容，这些电容的作用是滤波的，使其得到的电压更加稳定，增强系统的抗干扰性。3.3.3 微控制器及外围电路为了能提高LED发光效率，LED采用了红、绿、蓝三种颜色组合而成，把红光、绿光、蓝光分成三组，每组分别采用3个发光二极管通过矩阵式贴片的排列形式有三基色可以组成一个白光，其内部结构如图3-11所示： 图3-11 LED灯内部结构图为保证LED节能灯发出的光的颜色一样，便于实现颜色的多样化，红、绿、蓝、白四颜色的灯都采用单独的驱动电路，分别通过PIC16F684的四个脚来独立控制，四种颜色可单独发光。其中白光是按照一定的三基色组合标准发出的，其冷暖色温是可调的。电路图如图3-12所示。图 3-12 微控制器及外围电路在设计该电路时，为了加强单片机的抗干扰性，在单片机的电源端口加了一个容值为10uF的去耦电容。由于AC-DC变换电路输出的并不是标准的直流电压，它可以看作是一个正弦信号和一个直流信号的叠加，其电压值随时间发生变化，198V的电压经过三个串联的220K的电阻和C9组成了一个积分电路，198V直流电压经过积分作用后得到一个锯齿波信号（MULT），该信号再经过R5和R6限流之后分别得到两个频率为100HZ的正弦波，用作单片机内置A/D转换器的模拟信号输入，该锯齿波信号（MULT）也可以作为后面四路驱动电路的控制信号，控制L6562D是否工作；DC-DC变换电路得到的+13V直流电经R8和R9分压后得到一个约等于2.8V的直流电，送入单片机的8脚作为模拟输入信号；通过编程，单片机的5脚将输出一个频率1kHZ、占空比为50%的方波，经R7和C12组成的积分电路作用后得到一个三角波控制信号；单片机的3脚、12脚和13脚由软件设置为数字I/O，输出频率225HZ、占空比为25%的矩形脉冲，分别作为红、绿、蓝三路驱动电路的点亮信号，白光驱动电路的频率2kHZ、占空比30%的点亮信号由6脚提供9。3.3.4 四路驱动电路红、绿、蓝三色驱动电路的原理和元件参数基本相同，白光驱动电路部分元件的参数与前面三种驱动电路有一些差别。下面就以绿光驱 动电路为例来说明其工作原理 。图3-13 绿光驱动电路在本电路中，如图3-13所示，L6562D模块的原理和常见的开关稳压电源一样，主控芯片L6562D的INV脚是内置电压误差放大器的输入端，COMP脚是输出端，SAW是前级控制电路输出的频率为1KHZ，峰值为3V的三角波信号，GREEN是微控制器所提供的频率为225HZ的矩形脉冲信号，经C14和R16之后也得到一个三角波，两者叠加作为INV脚的输入信号，R17跨接在两脚之间，作为反馈电阻使用。从MULT脚输入的信号由前级电路提供，可以控制该芯片是否工作。CS脚接到了开关管Q2的源极，Q2的电流检测电阻是R22，当CS脚上电压等于内部乘法器输出的电压时，通过其内部的触发器来控制开关的关断，并且关断状态一直保持到引脚ZCD检测到反馈电流为过零信号为止；引脚ZCD是L6562D的过零检测端口，此过零检测电路是在下降沿到来时触发的，当该引脚的电压下降到1.6V时，并且GD脚输出高电平时，开关管启动。在引脚ZCD和开关变压器的原级线圈之间连一个由R20、R21和C16组成的反馈网络，起到补偿作用；由于开关管在关断瞬间会在漏极产生一个尖峰脉冲，电压可高达上千伏，所以在直流电压198V和开关管的漏极之间连接了一个超快恢复二极管和一个瞬态电压抑制二极管，共同抑制漏极电压。开关变压器的次级感应出高频电压后，经整流滤波供给负载,L6562D通过控制开关管的开和关的时间比例来控制LED的亮度，而L6562D是由PIC单片机来控制的，所以通过PIC单片机输出PWM波从而实现了PWM脉宽调制调节LED灯的亮度10。3.3.5 输出过流保护电路 图3-14 输出过流保护电路保护电路如图3-14所示，在系统正常工作时，保护电路不工作，但当系统输出电流过大时，稳压二极管被反向击穿，电路导通，光耦中的光敏三极管受光导通，MULT脚电平被强行拉低，使得L6562D停止工作，L6562D控制各路驱动电路停止工作，起到保护作用。由于光耦的输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。同时，由于光耦的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力，所以将它作为本系统的终端隔离元件可以大大提高信噪比11。16 东华理工大学毕业设计（论文） 第4章 软件系统设计第4章 软件系统设计4.1 项目实现功能让四路驱动电路同时工作，点亮LED节能灯内所有的发光二极管，让LED节能灯发白光而且达到冷暖色温最佳的时候。通过对单片机编程，单片机将提供各种不一样参数的控制信号。根据系统的需要，单片机的3脚、12脚和13脚将提供225HZ的频率、25%的占空比的矩形脉冲信号，6脚将提供2kHZ的频率、30%的占空比的矩形脉冲信号，而5脚将提供1kHZ的频率、50%的占空比的主控制信号。4.2 软件设计思路本系统是用振荡频率为8MHZ的内部时钟作振荡源来设计的，采用定时中断方式的工作方式1来得到系统需要的各种控制信号。定时器的定时时间是将各种控制信号周期乘以其对应的占空比。以上述第一种信号为例，将4.44ms（频率225HZ）乘以25%得1.11ms，用Timer0定时1.11ms，相应的I/O口置1，待Timer0超时溢出时，中断处理程序将预先设置的计数变量寄存器（初值为0）加1，退出中断后由主程序通过计数值和占空比来判定I/O口是否取反，这样在一个周期时间内，Timer0将产生4次中断，从而完成了一个完整波形的输出。上述第二种信号的产生由Timer1配合中断方式完成，方法与第一种相同，这里不再赘述。而第三种信号则利用了CCP模块的PWM模式来提供。需要注意的是，执行中断处理程序是需要一定的时间，这样会导致定时器的定时时间产生很小的误差，系统运行时间久了后，输出波形的占空比将会发生一些变化，从而达不到原先的要求，因此，在编程中必须将大量的工作交由主程序完成，只让中断处理程序处理少量的工作，使误差尽可能降到最低。4.3 汇编程序流程系统整个程序分为三个部分：硬件资源的初始化程序、主程序、中断处理程序。系统的程序清单见附录二。1、硬件资源的初始化硬件资源的初始化程序分为四个部分：定时/计数器初始化、PWM模式初始化和I/O端口初始化。Timer0和Timer1的初始化方法类似，都是先将相应的计数寄存器清零，然后设置预分频器，再选择合适的分频比，用来计算出定时器的初值。不同的是，Timer1是16位的定时器，赋初值时要对计数寄存器的高字节和低字节赋初值。PWM模式初始化方法是有固定的公式进行计算输出信号的周期和占空比。I/O端口初始化，看情况需要将RA2、RC2、RC3、RC5设置为模拟输入，RA0、RA1、RA4、RC4设置为数字输出。Timer0初始化程序流程图： Timer1初始化程序流程图：选择存储体0TMR1计数寄存器清零设置计数寄存器内容暂时不打开TMR1预分频比设为1：1TMR1赋初值选择存储体1开放TMR1中段使能位清TMR0选择存储体0选择存储体1将预分频器分配给Tiemr0模块，预分频比 设为1:32选择存储体0TMR0赋初值 2、主程序该主程序只是实现了驱动电路的部分功能，只控制引脚RC4来控制白光驱动电路，主程序只是实现对PIC16F684中的四个引脚的控制。在主程序中为了不发生不必要的复位，看门狗定时器应该先清零，所有的中断必须关闭，再设置所需要的各种寄存器的控制字，最后再使能全局中断，启动定时器等待中断。该主程序是通过定时器控制三个I/O口来输出脉冲波，下面是在定时器为1,2,3的时候I/O口为0，定时器为4的时候I/O口为1，输出的PWM占空比是3:1。 主程序流程（对引脚RC4的控制）：开始NNYYYYN关闭所有中断计数标志检测位设置清零看门狗定时器选用振荡频率为8MHZ的内部时钟计数变量寄存器清零四个I/O口置1使能全局中断启动三个定时器PORTA的三个I/O口清零进/借位标志位还原将COUNT1中的值存入W寄存器COUNT0清零PORTA的三个I/O口重新置1RC4清零COUNT1清零COUNT0=1?COUNT0=4?COUNT1=3?将COUNT1中的值存入W寄存器COUNT1=10?RC4重新置1N进/借位标志位还原等待各定时器超时溢出中断3、中断处理部分当定时器超时产生中断后，中断处理程序先判断定时器是否产生的中断，然后再进行定时器重新赋初值，定时器继续计数定时。 中断处理子程序流程：YYNN清除TMR0中断标志位关闭TMR0计数器COUNT0+1重新启动TMR0TMRO重新赋初值关闭TMR1计数器返回清除TMR1中断标志位入口TMR1溢出 中断否？TMR2溢出 中断否？COUNT1+1TMR1赋初值重新启动TMR1清TMR2中断标志位21东华理工大学毕业设计（论文） 结论结论本文从LED驱动电路出发，论述了LED的驱动方式，详细的对现有的照明驱动电路进行了分析，并以流过LED的电流恒定为基本目的，设计了两种实用的LED驱动电路，在电路设计中，首先阐述了该驱动电路的基本原理，给出理论依据。然后根据功能需要进行了电路的总体设计，通过对两种LED驱动电路的性能及特点进行比较，得出LED恒流驱动电路更简洁、更节能。本系统用到的开关电源，PWM脉宽调制，恒流源驱动，通过系统设计更加了解了这些功能的作用。本系统用PIC16F684单片机为微处理器，采用开关电源的方式，用PWM调光，驱动效率高，输入范围广，抗干扰性强，调光方便。系统中红、热、蓝三色各自采用单独的驱动电路，并且通过PIC16F684单片机的引脚来进行PWM控制来调节LED的亮度，以便于实现颜色的多样化。系统电路中，市电经过AC-DC变换电路得到直流电，在经过DC-DC变换电路得到13V的电压给电路供电，电路中还有电压调节器可以得到5V的电压供PIC16F684单片机使用，输出部分还设有过流保护电路，使得电路更加安全。鉴于作者的学术水平，本文还有不足之处，希望大家给予指正，在今后的学习中，希望大家给予帮助，自己仍需要进一步加强对LED驱动电路的研究和学习。21东华理工大学毕业设计（论文） 致谢致 谢时间过得真快，大学已经要毕业了。在这四年的大学里，我的各个方面都得到了全面的发展，这都得感谢各位老师和同学的帮助。在这我得感谢我的指导老师张胜群老师，正是在张胜群老师的亲切关怀和悉心指导下完成了本次论文。感谢张老师，他工作认真，对每个学生都狠关怀。从课题的选择到论文的最终完成，张老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。 在此，对一起度过四年大学生活的东华理工大学与自动化专业09级的各位同学们，在我的论文的撰写、图的制作和其他有关的问题上，提出了合理的意见和建议，对我有很大的帮助，在此一并表示感谢。23东华理工大学毕业设计（论文） 参考文献参考文献1 李成章. 电源M.北京：电子工业出版社，1990.012 王兆安，黄俊. 电力电子技术.北京：机械工业出版社，20003 杨恒. LED照明电路设计与实例精选.北京：中国电力出版社，2008.14 李学海. PIC单片机使用教程提高篇. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.25 Microchip. 14-Pin, Flash-Based 8-Bit CMOS Microcontrollers with nanoWatt Technology - PIC16F684.Microchip Technology Inc.,MAY.20076 王水平，付敏江. 开关稳压电源原理、设计与实用电路. 西安：西安电子科技大学出版社，1997 .17 ST semiconductors.