第一篇：調光臺燈程序

#include

sbit LED = P1 ^ 0;sbit ONOFF = P2 ^ 0;sbit ADD = P2 ^ 1;sbit DEC = P2 ^ 2;

unsigned int Brightness;bit MARK;

//庫文件定義（定義單片機為8952系列）//臺燈控制端口（LED）//開關鍵 //變亮鍵

//變暗鍵

//亮度值，值域0~255（全局變量）

//狀態(tài)標志位（目前是開燈還是關燈狀態(tài)）

/***************************************************************************** 延時程序：時間為1mS /*****************************************************************************/ void Delay1mS(unsigned int a){ //延時程序(ms)

unsigned char i;while(--a!= 0){

for(i = 0;i < 125;i++);

} } /**************************************************************************** 延時程序：驅動程序專用

/****************************************************************************/ void delay(unsigned char d){

// 延時功能函數(shù)--由d決定延時長度

unsigned char i;while(--d!= 0){

for(i = 0;i < 2;i++);} }

/**************************************************************************** 燈泡驅動程序：根據亮度值驅動燈泡

/****************************************************************************/ void drive(void){

unsigned char a;

} /**************************************************************************** 開燈判斷：

/****************************************************************************/ void open(void){

// a = Brightness;LED = 0;delay(a);a = ~a;LED = 1;delay(a);a = ~a;

// a值取反 使a回到原值繼續(xù)循環(huán)

//

// a控制延時長度

//取得亮度值數(shù)據 //點亮燈泡

// 延時長度隨a而改變

// a值取反 決定燈滅時的占空比

if(ONOFF == 0){

}

//如果ONOFF為0則證明開關鍵按下 //等待20毫秒躲過按鍵不穩(wěn)定的狀態(tài) //再看開關鍵是否被按下 //將標志位變成開燈狀態(tài) //等待按鍵放開 Delay1mS(20);

if(ONOFF == 0){

MARK = 1;

while(ONOFF == 0);}

} /**************************************************************************** 關燈判斷：

/****************************************************************************/ void close(void){

//

} /**************************************************************************** 變亮判斷：

/****************************************************************************/ void add(void){

// if(ADD == 0){

//如果ADD為0則證明變亮鍵按下

} Brightness++;if(Brightness > 254){ }

//亮度值加1

//如果亮度值大于最大值時 //則保持最大值狀態(tài) if(ONOFF == 0){ Delay1mS(20);

} if(ONOFF == 0){ MARK = 0;

}

//將標志位變成關燈狀態(tài)

while(ONOFF == 0);

Brightness = 254;

} /**************************************************************************** 變暗判斷：

/****************************************************************************/ void dec(void){

if(DEC == 0){

} Brightness--;if(Brightness < 1){ Brightness = 1;}

//

} /**************************************************************************** 初始化： /****************************************************************************/ void init(void){ LED

} ONOFF ADD DEC Brightness MARK =

1;

//

//燈泡和按鍵初始狀態(tài)設置

= 1;= 1;= 1;= 130;= 0;

//初始化亮度值

//狀態(tài)切換標志位

/**************************************************************************** 主循環(huán)體：

/****************************************************************************/ void main(void){

// 主函數(shù) 實現(xiàn)程序流程

init();

//調用初始化程序

while(1){

if(MARK == 0){

}

} open();

} if(MARK == 1){

} drive();close();add();dec();

//狀態(tài)標志為關燈狀態(tài)時 //等待開關鍵按下（開燈）//狀態(tài)標志為開燈狀態(tài)時

//驅動燈泡

//判斷開關鍵按下（關燈）

//判斷變亮鍵按下 //判斷變暗鍵按下

第二篇：亮度穩(wěn)定的調光臺燈

亮度穩(wěn)定的調光臺燈

該調光臺燈不但燈光亮度可調，而且調整后的亮度不因電網電壓波動而變化。

工作原理

電路如右圖所示。由R2、RPl和C1組成的阻容移相電路決定可控硅的導通角。當C1兩端電壓經R2、RPl充電上升到雙向觸發(fā)管的導通電壓時，雙向可控硅VS被觸發(fā)導通，當交流電過零時，雙向可控硅自行關斷，調節(jié)RPl可改變C1的充電時間，從而改變雙向可控硅在交流電正、負半周時的導通角，以便得到需要的亮度。

圖中R3、RP2及光敏電阻R4串聯(lián)后和C1并聯(lián)。在R3、RP2固定的情況下，分流的大小由光敏電阻R4的阻值來決定。當電網電壓上升，燈光亮度增加；光敏電阻R4受到的照度增大，阻值減小，分流增大。C1兩端電壓上升變慢，可控硅導通角減小，燈光亮度下降；反之當電網電壓下降；燈光變暗，光敏電阻R4受到照度減小，阻值增加，分流減小，C1兩端電壓上升加快，可控硅導通角增大，輸出電壓增加，燈光的亮度也相應增加，這樣就自動地將輸出電壓穩(wěn)定在需要數(shù)值，保證了燈光亮度不變。元器件選擇與制作

雙向可控硅VS可選3A／400V的。RPl為47KΩ帶開關電位器。雙向觸發(fā)管可用日光燈啟輝器氖泡代用。其它元件無特殊要求。

光敏電阻R4可安裝在臺燈的裝飾品上，要求能受到臺燈的光照。調試時，先將RP2調到最小值，并用紙擋住光線，使光敏電阻不受燈光照射，接通電源，調節(jié)RPl使燈光處于最亮。然后將紙拿開，如燈光稍有變化，說明此時RP2不需調節(jié)。如在R4受照后亮度不變則應調節(jié)RP2使燈光稍有下降即可。如R4受照后，亮度變化很大，則應增加R3的阻值，RP2經一次調整后不需再調。

第三篇：調光臺燈電路設計

摘 要

為了節(jié)能和保護視力，市場上出現(xiàn)各種各樣的調光臺燈，也有很多的人研究更節(jié)能的調光方法。通過multisim10.0仿真，設計出一種調光臺燈，通過控制單向晶閘管的導通角來改變燈泡的亮度。CD4017的輸出接不同的電阻，高電平經過這些不同大小的電阻對電容進行充電，充電的快慢不一樣，單向向晶閘管的觸發(fā)脈沖移動，導通角發(fā)生變化，從而達到調光的目的。

關鍵詞：

Multisim；調光；CD4017十進制計數(shù)譯碼器；單向晶閘管；單相橋式整流電路

調光臺燈電路設計

目 錄

一 設計任務........................................................3 1.1設計目的和意義...............................................3 1.1.1目的...................................................3 1.1.2意義...................................................3 1.2初始參數(shù)和要求...............................................3 1.2.1 初始參數(shù)...............................................3 1.2.2要求...................................................3 二 系統(tǒng)設計.........................................................4 2.1系統(tǒng)工作原理.................................................4 2.1.1CD4017工作原理..........................................4 2.1.2單向晶閘管.............................................6 2.1.3單相橋式整流電路.......................................7 2.1.4調光臺燈電路原理.......................................8 2.2 器件選擇....................................................9 2.3電路設計.....................................................9 2.4 電路仿真測試...............................................13 三 總結............................................................14 3.1結論........................................................14 3.2優(yōu)點與不足..................................................14 3.3 心得與體會.................................................15 參考文獻...........................................................15

調光臺燈電路設計

一

設計任務

1.1設計目的和意義

1.1.1目的

1、熟悉和學會multisim的使用；

2、學會進行設計電路的方法；

3、通過查資料了解各種元件的功能、參數(shù)等；

4、了解調光電路的工作原理并進行設計；

5、以節(jié)能和保護視力為目的設計調光臺燈電路。1.1.2意義

1、學會并熟練掌握multisim的使用；

2、培養(yǎng)創(chuàng)新的能力；

3、使臺燈可以達到節(jié)能的目的；

4、學會應用已經學過的知識。

1.2初始參數(shù)和要求

1.2.1 初始參數(shù)

CD4017的輸出端所接的電阻在10Ω-100Ω之間分散取，以達到多級的調光目的；電源選擇220V 50Hz的交流電源；燈泡選用230V的，由于電源電壓是220V，所以燈泡選擇230V的可避免燈泡燒壞。觸發(fā)電路的電阻阻值為100Ω，電容為47μF,起保護LED燈作用的電阻阻值為300Ω。

1.2.2要求

每次按動按鈕開關，CD4017的10個輸出就變換輸出高電平“1”，并影響燈泡的亮度。

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二 系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)工作原理

2.1.1CD4017工作原理

CD4017是調光電路中實現(xiàn)調光功能的主要執(zhí)行者，它控制著調光的級數(shù)和各級的亮度，其引腳圖和方框圖如圖(1)和圖（2）所示。

圖（1）CD4017引腳圖

調光臺燈電路設計

圖（2）CD4017方框圖

數(shù)字電路CD4017是十進制計數(shù)／分頻器，它的內部由計數(shù)器及譯碼器兩部分組成，由譯碼輸出實現(xiàn)對脈沖信號的分配，整個輸出時序就是Q0、Q1、Q2、?、Q9依次出現(xiàn)與時鐘同步的高電平，寬度等于時鐘周期。

CD4017有10個輸出端（Q0～Q9）和1個進位輸出端～Q5-9。

每輸入10個計數(shù)脈沖，～Q5-9就可得到1個進位正脈沖，該進位輸出信號可作為下一級的時鐘信號。

CD4017有3個輸（MR、CP0和~CP1），MR為清零端，當在MR端上加高電平或正脈沖時其輸出Q0為高電平，其余輸出端（Q1～Q9）均為低電平。CP0和～CPl是2個時鐘輸入端，若要用上升沿來計數(shù)，則信號由CP0端輸入；若要用下降沿來計數(shù)，則信號由～CPl端輸入。設置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便，可驅動更多二極管發(fā)光。由此可見，當CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，故可直接用作順序脈沖發(fā)生器。

調光臺燈電路設計

2.1.2單向晶閘管

單向晶閘管與CD4017組成調光電路的主體部分，CD4017控制晶閘管的觸發(fā)電路，改變晶閘管的導通角。

晶體閘流管簡稱晶閘管，也稱為硅可控元件，是由三個PN結構成的一種大功率半導體器件，多用于可控整流、逆變、調壓等電路，也作為無觸點開關。

圖（3）晶閘管的結構

晶閘管的內部結構示意圖如圖（3）（a）所示，它有四層半導體材料組成，四層材料有P型半導體和N型半導體交替組成，分別為P1、N1、P2和N2，它們的接觸面形成三個PN結，分別為J1、J2和J3，故晶體管也稱為四層器件或PNPN器件。P1區(qū)的引出線為陽極A，N2區(qū)的引出線為陽極C，P2區(qū)的引出線為控制極G0。為了更好的理解晶閘管的工作原理。常將其N1和P2兩個區(qū)域分解成兩部分，使得P1-N1-P2構成一只PNP型管，N1-P2-N2構成一只NPN型管，如圖（b）所示；用晶體管的符號表示，如圖（c）所示；晶閘管的符號如圖（d）所示。

晶閘管的工作原理：當晶閘管的陽極A和陰極C之間加上正向電壓且控制極和陰極之間也加上正向電壓時，如圖（4）所示，J3處于導通狀態(tài)。若T2管的基極電流為iB2，則其集電極電流為β2 iB2；T1管的基極電流iB1等于T2管的集電極電流β2

調光臺燈電路設計

iB2，因而T1管的集電極電流iC1為β1β2 iB2；該電流又作為T2管的基極電流，再一次進行上述放大過程，形成正反饋。在很短的時間內，兩只管子均進入飽和狀態(tài)，使晶閘管完全導通，這個過程稱為觸發(fā)導通過程。晶閘管一旦導通，控制極就失去導通作用，管子依靠內部的正反饋始終維持導通狀態(tài)。晶閘管導通后，陽極和陰極之間的電壓一般為0.6-1.2V，電源電壓幾乎全部加載負載上；陽極電流iA因型號不同可達幾十~幾千安。

（a）

(b)

圖（4）晶閘管的工作原理

（a）實際電路

（b）等效電路

2.1.3單相橋式整流電路

單相橋式整流電路在調光電路中的作用是為CD4017調光器提供電壓。一般的家庭用電是220V的交流電，所以需要單相橋式整流電路變交流為直流，并且降壓。

調光臺燈電路設計

圖（5）單相橋式整流電路的波形圖

設變壓器副邊電壓u2=√2·U2·sinωt，U2為其有效值。

當u2為正半周時，電流由A點流出，經D1、RL、D3流入B點，因而負載電阻RL上的電壓等于變壓器副邊電壓，即u0=u2，D2和D4管承受的反向電壓為-u2.當u2為負半周時，電流由B點流出，經D2、RL、D4流入A點，負載電阻Rl上的電壓等于-u2，即u0=-u2，D1、D3承受的反向電壓為u2。

由于D1、D3和D2、D4兩對二極管交替導通，致使負載電阻RL上在u2的整個周期內都有電流通過，而且方向不變，輸出電壓u0=√2·U2·sinωt。上圖所示為單相橋式整流電路各部分的電壓和電流的波形。2.1.4調光臺燈電路原理

調光臺燈電路的主體組成由以上介紹的三部分構成。CD4017十進制計數(shù)譯碼器高電平“1”輸出到不同大小的電阻，給電容充電，充電的快慢改變晶閘管的導通角，從而改變燈泡的亮度。220V的交流電通過單相橋式整流電路變成10V的直流，再經5V的穩(wěn)壓 8

調光臺燈電路設計

管穩(wěn)定在5V，接入到CD4017的VDD，為調光器供電。

2.2 器件選擇

1、選擇CD4017作為調光器，用CD4017十進制計數(shù)譯碼器集成電路制作的調光臺燈，具有壽命長、安全、可靠性強和調光級數(shù)多并級數(shù)細的有點。它省掉了電位器，因而可以防止因電位器磨損而產生的臺燈故障；

2、選擇一個控制脈沖次數(shù)的開關，來控制CD4017的輸出；

3、所有的二極管都選用1N4001。選擇一個紅色的LED燈作為變換亮度的指示燈；

4、單向晶閘管選用BT169；用雙向晶閘管也可以，但是由于需要用單結晶體管BT32來觸發(fā)雙向晶閘管，而multisim元件庫中沒有BT32，所以用單向晶閘管和單向晶閘管觸發(fā)電路；

5、穩(wěn)壓管用穩(wěn)壓值為5V的1N4689；

6、電源選用220V的交流電源； 7、5V1KHz的時鐘信號發(fā)生器，來給CD4017輸入脈沖信號。

2.3電路設計

1、單相橋式整流穩(wěn)壓電路

電源是220V的交流電源，變壓器是10：220的電壓器，將220V的電壓變?yōu)?0V，再經過整流管進行整流，整流后穩(wěn)壓二極管將電壓穩(wěn)定在5V。這樣整個電路的電源供給設計完成。

調光臺燈電路設計

圖（6）單相橋式整流穩(wěn)壓電路設計

2、CD4017的工作電路

V2為一個脈沖發(fā)生器，它輸出脈沖信號。CD4017有2個時鐘脈沖輸入端，設置2個時鐘輸入端，級聯(lián)時比較方便。CLK1接脈沖信號輸入，CLK2和R接地。當CD4017有連續(xù)脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)，為控制高電平的輸出，不讓其一直連續(xù)依次輸出高電平，所以加入一個碰觸開關J1，按一下J1就發(fā)出一次脈沖。

圖（7）CD4017工作電路

3、CD4017的輸出電路

CD4017的十個輸出端接不同阻值的電阻，按下J1后Q0輸出高電平，電阻R2

調光臺燈電路設計

接通，再次按下時，Q1輸出高電平，電阻R3接通，依次類推，連續(xù)按動J1使高電平在Q0`~Q9之間依次輸出。電阻前串聯(lián)二極管來控制電流通過已導通的電阻為晶閘管觸發(fā)電路的電容充電。

圖（8）CD4017輸出電路

4、單向晶閘管觸發(fā)電路

電流整流過來之后的電壓是一個個相連的向上拱的波形，當剛接電的時候C1是相當于導線，這時候要是Q9輸出高電平的話，就可以觸發(fā)單向晶閘管，這時候就是最亮的狀態(tài)；當Q3輸出高電平的時候，剛通電的瞬間C1還是相當于導線接地，這時候要慢慢充電，等到到了一定的電壓的時候就觸發(fā)單向晶閘管，這時候導通已經是從波

調光臺燈電路設計

圖（9）單向晶閘管觸發(fā)電路 的上升的過程中開始，所以通過燈泡的有效值就減小了，燈泡就暗了！一旦導通單向晶閘管就短路了，電容就立即放電，為下一周期做準備！

5、電路的總體設計

圖（10）調光臺燈完整電路

將以上的各部分電路設計組合到一起就可以組成一個調光臺燈的電路。交流電通過變壓器變壓整流，經過LED與穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓在5V左右，供給調光器。CD4017構成脈沖上升沿觸發(fā)、Q0~Q9端依次的“1”電平的計數(shù)譯碼電路。當按鈕J1接通時，CD4017相當于輸入一正向脈沖，若設此時輸出端Q4為“1”電平，其余都為低電平，則“1”電平通過二極管、R6向電容充電，通過單向晶閘管觸發(fā)電路觸發(fā)晶閘管，使燈泡得電。要調整亮度，可再按動按鈕J1，此時輸出端Q5為高電平，此高電平通過二極管、R7向電容充電，由于R7的值比R6小，充電電流較Q4為高電平是大些，電容充電快些，晶

調光臺燈電路設計

閘管的導通角大一些，使得燈泡亮度亮一些。根據所設電阻，控制電容C2的充電電流，以達到改變晶閘管導通角的目的。在開關J1的控制下燈泡連續(xù)調光，當Q0~Q9依次為高電平時，燈泡連續(xù)由暗變亮。

2.4 電路仿真測試

圖（11）CD4017組成電路仿真測試

1、按上圖接好電路，連續(xù)按動開關J1，發(fā)光二極管LED2~LED11應依次點亮，表明CD4017的輸出端Q0~Q9可依次輸出高電平。從而測試出CD4017可以正常工作，此部分設計正確。

調光臺燈電路設計

2、在電阻R13兩端加上萬用表，測出電壓為5V，測試出單向橋式整流穩(wěn)壓電路工作正常，可以達到整流穩(wěn)壓的目的。

圖（12）電源功能仿真測試

三 總結

3.1結論

調光臺燈電路可以分為三個大的組成部分：CD4017十進制計數(shù)譯碼器控制高電平的輸出部分，單相橋式整流穩(wěn)壓電路部分和單向晶閘管觸發(fā)電路。這三部分共同完成了調光電路的調光功能。

3.2優(yōu)點與不足

優(yōu)點：

1、用CD4017十進制計數(shù)譯碼器集成電路制作的調光臺燈，具有壽命長、安全、可靠性強和調光級數(shù)多并級數(shù)細的有點。它省掉了電位器，因而可以防止因電位器磨損而產生的臺燈故障。

2、多級的調光更能使人調到最舒適的光，更適合多種環(huán)境。

調光臺燈電路設計

不足：

在調光過程中，變光時會有輕微閃爍，對眼睛有些影響。

3.3 心得與體會

通過本次課程設計，使自己對multisim有了更多的了解，基本可以熟練使用multisim的基本功能。學會了初步的電子仿真設計。鍛煉了自己的思考能力和創(chuàng)新能力。自己對電路的設計和看課本上的電路感覺完全不同，在設計過程中要考慮很多的因素，比如器件的選擇要考慮到參數(shù)，還要看軟件中的元件庫中有沒有此元件，還要通過查資料了解元件的結構和原理。在仿真過程中會有一些錯誤，所以需要分部分分析電路的錯誤，因此而學會了如何對電路進行分析測試的方法，并想辦法加以改正。

參考文獻

[1] 閻石 數(shù)字電子技術基礎第五版[M] 高等教育出版社 2004年； [2] 華成英 童詩白 模擬電子技術第四版[M] 高等教育出版社 2006年。

第四篇：基于PWM調光的多功能LED臺燈設計方案

基于PWM調光的多功能LED臺燈設計方案 2012-04-26 站長統(tǒng)計 中心議題：

基于PWM調光的多功能LED臺燈設計方案 解決方案

探究系統(tǒng)硬件電路設計方法

設計基于PWM 調光的多功能LED 臺燈

引言

隨著全球能源危機和氣候變暖問題的日益嚴重，綠色節(jié)能已經成為全球普遍關注的話題，人們正通過各種途徑尋找新的節(jié)能方式。照明是人類消耗能源的重要方面，在電能消耗中，發(fā)達國家照明用電占發(fā)電總量的比例是19%,我國也達到12%.隨著經濟發(fā)展，我國的照明用電將有大比例的提高，因此綠色節(jié)能照明的研究越來越受到重視。LED 作為一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈、高強度放電燈（如高壓鈉燈和金鹵燈）之后的第四代新光源。基于白光LED 的固態(tài)照明，是一種典型的綠色照明方式，與傳統(tǒng)光源相比，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、安全可靠等特點，代表著照明技術的未來，并符合當前政府提出的“建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會”的要求。可以預見不久的將來，LED 必然會進入普通照明領域取代現(xiàn)有的照明光源。

目前，市場上采用白熾燈、鹵素燈、熒光燈為光源的臺燈普遍存在著低效率、高能耗、不易調光等缺點；至于壽命結束的含汞燈，一旦處理不當，將對環(huán)境造成嚴重危害；而且部分臺燈產品功能單一，缺少亮度調節(jié)、時鐘日歷、溫度顯示等功能，無法適應現(xiàn)代家庭生活的實際需求。為解決當前問題，本文設計了以AT89S51 單片機為核心的多功能白光LED 臺燈系統(tǒng)，采用PT4115 大功率LED 恒流驅動方案，可實現(xiàn)對LED 臺燈的PWM 調光控制；同時兼有時鐘日歷、聲光鬧鐘、溫度檢測、液晶顯示等多項功能。在實現(xiàn)高效節(jié)能的同時，為家庭使用提供了極大的便捷。系統(tǒng)硬件電路設計

該多功能 LED 臺燈系統(tǒng)采用20 只5mm 高亮白光LED 燈珠為光源，以AT89S51 單片機為主控芯片，由LED 恒流驅動系統(tǒng)、時鐘系統(tǒng)、測溫系統(tǒng)、液晶顯示系統(tǒng)、蜂鳴系統(tǒng)、按鍵系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結構框圖如圖1 所示。

該系統(tǒng)可具體實現(xiàn)LED 臺燈的10 級PWM 調光控制；液晶屏實時顯示時鐘、日歷與環(huán)境溫度信息；鬧鐘功能采用聲光報警方式，即一旦到達鬧鐘時間，LED 臺燈自動點亮，并發(fā)出蜂鳴聲報警，以喚醒用戶；用戶可通過按鍵系統(tǒng)實現(xiàn)對時鐘日歷與鬧鐘參數(shù)的設置、LED 亮度的調節(jié)以及鬧鐘報警的解除。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

1.1 單片機主控系統(tǒng)

本設計主控系統(tǒng)采用ATMEL 公司的高性能AT89S51 芯片實現(xiàn)，其P0 口外接10K 的上拉電阻，P0.0~P0.7 同時作為DS12C887 的數(shù)據接口與液晶1602 的數(shù)據接口。P2.0~P2.3分別連接DS12C887 芯片的片選端CS、地址選通輸入端AS、數(shù)據選擇端DS 與讀/寫輸入端R/W,P3.2 連接其鬧鐘中斷請求輸出端IRQ.P2.5~P2.7 分別連接液晶1602 的使能端EN、數(shù)據/命令選擇端RS、讀/寫選擇端RW.P2.4 作為蜂鳴器控制端。P3.0 作為DS18B20 的信號輸入端。P3.1、P3.4、P3.5、P3.6 與P3.7 作為S2~S6 按鍵系統(tǒng)。P1.1 作為PWM 信號的輸出端并連接PT4115 芯片DIM 端，用于PWM 調光控制。系統(tǒng)晶振電路由12MHZ 晶振與兩個30PF 電容組成；復位電路則由S1 按鍵、10K 電阻與10uF 電解電容構成。主控系統(tǒng)電路如圖2 所示。

圖2 單片機主控系統(tǒng)電路圖

1.2 恒流驅動系統(tǒng)

本設計 L ED 光源采用相互并聯(lián)方式，共由20 只5mm 高亮度小功率LED 燈珠組成；每只LED 燈珠的壓降約3.1V,工作電流約20mA.由白光LED 的正向伏安特性可知，當LED 端電壓超過其正向導通電壓后，較小的電壓波動都會導致工作電流的的劇烈變化，從而影響LED 的正常使用，固LED 宜采用恒流驅動方式。因此，本設計LED 采用高性能PT4115 恒流芯片驅動，PT4115 是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源芯片，能將直流電壓直接轉換成穩(wěn)定的恒流輸出；其采用6~30V 寬電壓輸入，輸出電流可達1.2A,轉換效率高達97%,輸出電流精度達±5%.該芯片內部含有抖頻特性，極大的改善EMI,同時具有過溫、過壓、過流、LED 開路保護等多種功能。該芯片適合用于綠色照明LED燈的驅動電路，具有應用電路非常簡潔的優(yōu)點。LED 恒流驅動電路如圖3 所示。

圖3 LED 恒流驅動系統(tǒng)電路圖

通過 PT4115 芯片上的DIM 端，可以方便的進行模擬或PWM 調光。由于模擬調光是直接改變流過LED 電流的大小來實現(xiàn)亮度調節(jié)，除了亮度會改變以外，也會影響白光的質量，即不同電流下發(fā)出的白光存在色偏。因此，本設計采用PWM 調光方案，PWM 調光的基本原理是保持LED 正向導通電流恒定，而通過控制電流導通和關斷的時間比例，即改變輸入脈沖信號的占空比，使LED 產生亮暗變化；并利用人眼的視覺殘留效應，當LED 亮暗變化頻率大于120Hz 時，人眼就不會感覺到閃爍，而看到是LED 的平均亮度。PWM 調光的優(yōu)勢是LED 正向導通的電流是恒定的，LED 的色度就不會像模擬調光時產生變化。

PT4115 恒流驅動輸出的電流值計算公式為：

IOUT =（0.1×D）/ Rs（D 為方波信號占空比，Rs 為限流電阻。

本設計 LED 光源采用20 只小功率白光LED 燈珠并聯(lián)方式，且每只LED 燈珠額定電流為20mA,則PT4115 恒流驅動輸出最大電流IOUT 應為400mA,因此Rs 選取0.25 Ω 電阻。

L1 為鎮(zhèn)流電感，選取68μ H,用于穩(wěn)定通過LED 的電流。D1 是續(xù)流二極管，當芯片內部MOS 管截止狀態(tài)時為儲存在電感L1 中的電流提供放電回路；由于工作在高頻狀態(tài)，D1 選用正向壓降小且恢復速度快的肖特基二極管SS24.PWM 脈沖信號則由單片機P1.1 產生，其高低電平決定LED 的通斷狀態(tài)。將定時器T0溢出中斷定為1/2500 秒（即400μ S），每10 次脈沖作為一個周期，即頻率為250HZ.這樣，在每1/250 秒的方波周期中，通過改變方波的輸出占空比，從而實現(xiàn)LED 燈的10 級亮度調節(jié)，即LED 亮度等級由每個周期內的高電平脈沖數(shù)目決定。當高電平脈沖個數(shù)為1 時，占空比為1/10,亮度最低，其調光原理如圖4 所示；當高電平脈沖為10 時，占空比為1,LED亮度最高。

圖 4 PWM 調光原理圖

1.3 時鐘系統(tǒng)

時鐘系統(tǒng)采用高性能的DS12C887 時鐘芯片，該芯片功能豐富，使用簡單，是一款高精度實時時鐘芯片；其可以自動產生世紀、年、月、日、時、分、秒等時間信息，具有閏年補償及鬧鐘（定時）功能，并且內部自帶有鋰電池，外部掉電時，仍可維持時鐘準確，其內部時間信息能夠保持10 年之久；外部系統(tǒng)斷電后，用戶無需重新設定時間。

DS12C887 時鐘芯片有兩種總線工作模式，即Motorola 和Intel 模式。本設計選用Intel模式，即將芯片第一引腳MOT 接GND.同時，時鐘系統(tǒng)設置為24 小時模式，寄存器存儲模式選為二進制格式。P0.0~P0.7 連接其地址數(shù)據復用端口AD0~AD7.P2.0~P2.3 分別連接芯片片選端CS、地址選通輸入端AS、讀/寫輸入端R/W 與數(shù)據選擇端DS.P3.2 連接中斷請求輸出端IRQ,用于處理鬧鐘中斷。該時鐘接口電路如圖5 所示。

圖5 時鐘系統(tǒng)電路圖

1.4 液晶顯示系統(tǒng)

顯示系統(tǒng)采用1602 字符型液晶。該液晶可顯示兩行，每行顯示16 個字符；且體積小、能耗低、操作簡單；適合于本設計所需數(shù)字、英文字母以及特殊符號的顯示要求。通過單片機控制1602 液晶實現(xiàn)首行年、月、日、星期顯示，第二行時、分、秒以及環(huán)境溫度顯示。

本系統(tǒng) 1602 液晶采用并行操作方式，P0.0~P0.7 通過借助10K 的上拉電阻連接其數(shù)據端口DB0~DB7,P0 口同時也連接著DS12C887 的數(shù)據地址端口，由于各自片選信號不同，選中時操作對應芯片將不會造成操作沖突。P2.5~P2.6 分別連接1602液晶的使能端E、讀/寫選擇端RW、數(shù)據/命令選擇端RS.第3 引腳為液晶顯示對比度調節(jié)端，通過10K 滑動變阻器接地，用于調節(jié)液晶的顯示亮度。第15 管腳背光源正極BLA通過10 歐電阻接地，第16 管腳背光源負極BLK 接地。該液晶接口電路如圖6 所示。

圖6 液晶系統(tǒng)電路圖

1.5 溫度檢測系統(tǒng)

溫度檢測系統(tǒng)選用DALLAS 公司“一線總線”接口的數(shù)字溫度傳感器DS18B20,該傳感器具有微型化、低功耗、高性能等優(yōu)點，可直接將溫度轉化成串行數(shù)字信號處理，測溫范圍為-55~125℃，最高分辨率可達0.0625℃。DS18B20 共有三個引腳電源正VCC、電源負GND 和信號輸入輸出口DQ.R3 為4.7K 的上拉電阻，用于保證單片機與DS18B20 通訊時高低電平準確的被單片機機和DS18B20 識別。單片機P3.0 口通過R3 連接DQ 端口實現(xiàn)溫度數(shù)據的采集處理，并通過液晶屏實時顯示。溫度檢測電路如圖7 所示。

圖7 溫度檢測電路圖

1.6 蜂鳴系統(tǒng)

蜂鳴系統(tǒng)用于產生鬧鐘報警聲以及按鍵提示音。由單片機P2.4 口控制PNP 三極管9012的通斷實現(xiàn)對蜂鳴器聲音控制；通過延遲函數(shù)實現(xiàn)蜂鳴報警聲的長短音控制，長音''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''用于鬧鐘鈴聲，短音''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''用于按鍵提示音。蜂鳴系統(tǒng)電路如圖8 所示。

圖8 蜂鳴系統(tǒng)電路圖

1.7 按鍵系統(tǒng)

按鍵控制系統(tǒng)由S2~S5 五個按鍵組成，分別為S2 時間設置鍵、S3 數(shù)值增大鍵、S4 數(shù)值減小鍵、S5 鬧鐘設置鍵以及S6 亮度調節(jié)鍵。S2 用于選擇需要調整的時間日歷以及鬧鐘參數(shù)，并作為時間日歷參數(shù)的存儲確認鍵。S3 與S4 用于調整被選參數(shù)值的大小。S5 用于鬧鐘查看與存儲確認鍵。S6 用于LED 燈光10 級亮度的調節(jié)鍵。按鍵系統(tǒng)電路如圖9 所示。

圖9 按鍵系統(tǒng)電路圖

1.8 電源系統(tǒng)

本系統(tǒng)設計最大功率約1.6W,可采用電池或穩(wěn)壓電源多種方式供電。由于系統(tǒng)光源采用20 只LED 燈珠并聯(lián)組成，所以LED 恒流驅動芯片PT4115 供電電源在6~30V 電壓范圍內均可使LED 燈正常使用。但單片機供電系統(tǒng)采用三端穩(wěn)壓芯片7805,該線性穩(wěn)壓芯片正常工作輸入電壓與輸出電壓差值應至少高于2V,若差值過大會增加額外功耗。因此，本系統(tǒng)宜選用2 節(jié)4.2V 鋰電池或9V 的穩(wěn)壓電源方式供電。同時，本文LED 恒流驅動系統(tǒng)設計簡潔靈活，可根據用戶需求適當調整驅動電路參數(shù)，即可擴展LED 照明功率，最大可至10W左右。系統(tǒng)軟件設計

該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、溫度傳感器芯片處理程序、液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產生PWM 程序構成。

2.1 系統(tǒng)主程序

系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序（包括I/O 口初始化、DS12C887 時鐘芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中斷0 與定時器T0 設置）、按鍵檢測和處理程序、時鐘數(shù)據的讀取與處理程序、溫度數(shù)據的讀取與處理程序、液晶顯示程序、鬧鐘報警的判斷和處理程序、PWM 調光處理程序等。程序中設置鬧鐘標志位Flag_ri,一旦鬧鐘時間到達，時鐘芯片IRQ引腳觸發(fā)外部中斷0,進入中斷程序則置Flag_ri=1,用于主程序中鬧鐘報警的判斷與處理。

系統(tǒng)主程序流程圖如圖10 所示。

圖10 主程序流程圖

2.2 按鍵檢測和處理程序

按鍵控制系統(tǒng)由S2~S6五個按鍵組成，分別為S2時間設置鍵、S3數(shù)值增大鍵、S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設置鍵以及S6亮度調節(jié)鍵。S2用于選擇需要調整的時鐘以及鬧鐘參數(shù)，根據S2按下次數(shù)，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，液晶屏上被選參數(shù)下方以光標閃爍狀態(tài)提示，再通過按下S3或S4調整被選參數(shù)值的大小，S2按下累積8次時，則退出選擇功能并保存當前數(shù)據至時鐘芯片。S5用于鬧鐘時間的查看與設置；首次按下S5,1602液晶屏第二行顯示已設置的鬧鐘時間；可通過S2、S3與S4重新設置鬧鐘時間；再次按下，則退出鬧鐘查看功能并保存當前設置的鬧鐘參數(shù)至時鐘芯片。同時，S3與S4還可獨立作為鬧鐘產生時的取消鍵與LED燈光的關閉鍵。S6實現(xiàn)LED燈光亮度的10級調節(jié)，每按一次，LED亮度增大一級；當達到亮度最大時，再次按下則關閉LED燈光。每次有按鍵按下，蜂鳴器都以短''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''滴''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''聲提示。按鍵檢測與處理流程圖如圖11所示。

圖11 按鍵檢測與處理流程圖

2.3 鬧鐘中斷程序

系統(tǒng)到達設置的鬧鐘時間，DS12C887 時鐘芯片IRQ 引腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖剑鳛閱纹瑱CP3.2 口INT0 中斷的申請輸入，并可通過讀取DS12C887 芯片的C 寄存器來清除IRQ 引腳輸出。因此，將外部中斷INT0 設置為負跳變沿觸發(fā)中斷，并設置鬧鐘標志位Flag_ri,鬧鐘時刻到達時設置Flag_ri=1,用于主程序中的鬧鐘報警處理。鬧鐘中斷程序如圖12 所示。

圖12 鬧鐘中斷流程圖

2.4 定時器中斷程序

為產生調節(jié) LED 燈光亮度的PWM 信號，定時器T0 設置為工作方式0,即13 位計數(shù)器定時，最多裝載數(shù)值為213=8192 個。因為系統(tǒng)晶振采用12MHz,賦值使TH0=（8192-400）/ 32 與 TL0=（8192-400）%32,即可實現(xiàn)400μS 的定時中斷。10 次中斷（即4mS）作為一個周期，通過調節(jié)每個周期內單片機P1.1（該控制口名稱定義為LED_PWM）輸出的占空比來產生PWM 脈沖信號，以控制PT4115 恒流驅動芯片實現(xiàn)LED 燈的10 級亮度調節(jié)。

程序設置對T0 中斷次數(shù)（即定義為T0_num）進行計數(shù)，以便判斷一個周期到否；同時判斷比較高電平脈沖個數(shù)（即定義為scale 值，由調光鍵S6 按下次數(shù)設置）用于實現(xiàn)不同亮度等級的調節(jié)。在定時器T0 中斷服務程序中，首先T0 重新裝入定時為400μ S 的初值；定時器中斷次數(shù)T0_num 加1,判斷一個方波周期到否，若到達，令T0_num 歸零，并將P1.1口輸出電平置高（即LED_PWM=1）；如果一個方波周期還沒到，則與亮度等級scale 值作比較，判斷高電平脈沖個數(shù)scale 到否，若到達，令P1.1 口輸出電平置低（即LED_PWM=0），否則繼續(xù)保持P1.1 口輸出高電平（即LED_PWM=1）；而后中斷返回，等待下一次定時中斷。

這樣，P1.1 口就產生了所需的PWM 調光信號。定時器生成PWM 流程圖如圖13所示。

圖13 定時器生成PWM流程圖 實驗結果

根據以上設計方案，本文制作了該款基于PWM 調光的多功能LED 臺燈。經調試后系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，基本可以滿足家庭生活的使用要求。系統(tǒng)工作時，最低功率（即LED 熄滅狀態(tài)）為0.28W;最大功率（即LED 最高亮度狀態(tài)）約為1.52W;同時，液晶顯示時間、日歷與溫度數(shù)據準確，鬧鐘功能穩(wěn)定。實物照片如圖14 所示。

圖 14 實物照片 結論

本文多功能LED 臺燈系統(tǒng)采用AT89S51 單片機為控制核心，運用恒流驅動方案與PWM調光技術實現(xiàn)L ED 臺燈的多級調光控制，并兼有時間日歷、溫度檢測、液晶顯示以及聲光鬧鐘等功能。該系統(tǒng)具有控制電路簡單、亮度調節(jié)精確、功能豐富、實用便捷等優(yōu)點，適合于現(xiàn)代家庭的實際需要。可以預見，隨著LED 照明技術的不斷發(fā)展完善，節(jié)能高效的LED將在家用照明領域發(fā)揮著日益重要的作用。

第五篇：五年級科學《調光小臺燈》教學設計及反思

五年級科學《調光小臺燈》教學設計及反思

一、教學目標： 知識與技能

1、初步了解“利用鉛筆芯使調光小臺燈實現(xiàn)調光”的技術手段。

2、進一步學習電路的連接、組裝等。方法與過程

1、觀察臺燈的組成部分，培養(yǎng)學生善于觀察、善于提問的能力。

2、討論、交流設計方案，明確調光臺燈的制作步驟和方法。

3、拓展延伸，主動探究便于調節(jié)臺燈亮度的方法。情感態(tài)度與價值觀

1、通過觀察生活中常見的調光開關，引導學生善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)他們善于提出問題、善于解決問題、善于反思的能力。

2、在設計和制作活動中，培養(yǎng)學生良好的勞動習慣。

二、教學準備： 教師材料、工具

基本電路模型、木板、吸管、小電珠、電池、電池夾、自攻螺絲、導線、回形針、鉛芯、導線、剪刀、十字螺絲刀等。

學生材料、工具

調光小臺燈模型材料包（木板、吸管、小電珠、電池、電池夾、自攻螺絲、導線、回形針、鉛芯、導線）

剪刀、十字螺絲刀。

三、教學過程：

一）復習舊知、導入新課

1、復習舊知(P2)

2、揭示課題。

3、回憶舊知 二）設計調光裝置

普通電路、鉛芯、回形針、實物投影儀。

1、出示普通小臺燈模型的電路，引導學生觀察其結構。

2、加入鉛芯和回形針，變成調光開關，引導學生觀察變化。

3、組織大組交流。

1）觀察普通小臺燈模型電路，了解其結構組成和開關。2）仔細觀察調光開關的變化及調光的效果。

能夠通過觀察了解普通小臺燈和調光小臺燈的電路結構組成、開關的結構。在討論交流過程中，學會表達、傾聽 三）繪制草圖

調光小臺燈學習單、實物投影儀。

1、觀察調光小臺燈結構，組織學生討論填寫學習單。

2、引導學生嘗試擺弄，設想調光小臺燈模型的結構，組織學生進行討論。

3、組織學生繪制設計草圖。

1、分析調光小臺燈結構，填寫學習單。

2、嘗試擺弄，設想調光小臺燈模型結構，并討論交流。

3、繪制設計草圖。

能夠設想調光小臺燈的電路連接步驟，并通過嘗試擺弄，預想制作過程中的困難，并在互助學習中培養(yǎng)勇于克服困難的習慣。

四）組織競賽、開展制作

十字螺絲刀、剪刀、木板、吸管、小電珠、電池、電池夾、自攻螺絲、導線、回形針、鉛芯、導線。

1、組織學生開展制作競賽。

2、巡視指導。

1、開展調光小臺燈制作競賽。選擇合適的工具、方法開展加工制作。五）欣賞作品相互評價 書本、實物投影儀。

1、組織學生欣賞各自完成的調光小臺燈模型，根據評價表上的指標開展自評和互評。

2、組織學生推薦優(yōu)秀作品，并交流對作品的評價。

1、欣賞各自完成的調光小臺燈模型，根據評價表上的指標開展自評和互評。

2、展示各組優(yōu)秀作品，并交流對作品的評價。學會客觀評價自己和他人的作品 能大膽表達自己對優(yōu)秀作品的評價 六）反思作品、改進創(chuàng)新

調光小臺燈模型范作等。

1、組織學生反思作品，開展創(chuàng)新改進設想。

2、組織學生交流設想。

3、出示調光小臺燈模型范作，拓展小結。

1、反思作品，開展創(chuàng)新改進設想

2、交流設想圖紙

學會反思，并通過文字、圖片等形式開展創(chuàng)新改進設想 學會交流設想意圖 小臺燈教學反思

《調光小臺燈》一課是五年級第二冊教材中的第七課，本課圍繞調光小臺燈的調光開關設計、電路連接設計、外觀改進展開教學活動，旨在引導學生了解調光開關的結構與材料，討論其加工及組裝程序，并開展制作、評價和改進，以此培養(yǎng)學生良好的設計制作習慣：了解結構——了解材料——設想步驟——開展制作——試用評價——改進創(chuàng)新。

由于調光開關的結構和鉛芯可以用作控制電流大小的材料是學生之前沒有的知識。所以本課的設計思路是由調光小臺燈與普通臺燈的燈光對比入手，讓學生觀察燈光的不同，從中獲得調光開關可以控制燈光這個現(xiàn)象，并引出設計一個調光小臺燈模型這個想法。隨后在充分討論的基礎上引導學生認識調光開關的結構，利用提供的材料設計調光開關，小組討論調光小臺燈模型電路和基本結構的設計，然后按步制作。制作過程中，個別學生可能會提出鉛芯無法與木板連接這個問題，可請學生根據這個問題進行思考解決。完成作品后，由各小組開展自評和互評，并針對各自的調光小臺燈開展反思，提出改進設想，并大組交流。

因為吸管與木板的連接，吸管與小電珠的連接等是本課的教學難點，所以學生在連接上還存在著一定的困難，加上用鉛芯來作為臺燈的調光設計，學生不是很能理解，所以沒能在課內把這個調光臺燈做完。

通過本課學生的實際，發(fā)現(xiàn)在今后的學生實際操作上，將每一步的操作過程事先分析清楚，免得學生做錯了再修改。對于學生在勞技上所需要的勞動工具將及時和學校聯(lián)系，進行一定的補充，以便更好地完成教學任務。