毕业设计（论文）基于PWM控制的LED灯光系统设计.doc

基于PWM控制的LED灯光系统设计
【摘要】本设计介绍了一种以STC单片机为核心的LED灯光控制系统,主要采用PWM技术,及UART通讯技术。PWM是一种非常成熟的技术,目前已经广泛应用于调速,调光系统,而UART通讯是单片机最为常用的一种通讯方式。详细介绍单片机控制电路,通讯布线,PWM电路,及PWM控制设计,给出了系统软件设计方案。
【关键词】PWM;STC单片机;UART通讯
一、引言
目前许多的灯光控制系统只是简单的实现控制灯的亮暗顺序及亮暗的时间,这类简单的控制方式广泛地应用在灯光广告中,电路板一般采用控制核心电路加上口线扩展电路及输出驱动电路组成,但是这类电路在组成大矩阵的LED显示时,存在布线复杂等问题,在出现故障时维护比较复杂,需要先查布线线路上是否存在故障,然后再查电路驱动板是否存在问题,一旦出现问题需更换布线线路或驱动电路板,维护费用较高。本设计提出基于PWM控制的LED灯光系统设计,系统采用单片机STC12C2052为核心的PWM控制电路系统,采用UART通讯方式,布线简单,使用数据间隔检测方式接收UART数据包,适应不同波特率下的应用,采用数据间隔接收数据可以可靠地接收到一个完整的数据包,不管数据包是否有数据头,解决了协议不同的麻烦,定义的数据比较短,数据接受更为可靠。
二、电路原理及特点
(一)电路系统框图
本设计的灯光系统框图如下图2-1:
直流 12V 集中供电
开关电源
UART总线
LED4
LED3
LED2
LED1
...
PWMn
PWM4
PWM3
PWM2
PWM1
...
从控制板n
从控制板4
从控制板3
从控制板2
从控制板1
主控制板
图2-1 PWM控制LED系统的系统框图
本设计的灯光系统主要由1个主控制和9个从控制板(1个主控制板最多可控制256个从控制板)及开关电源组成。供电方式采用由开关直流电源+12V集中供电。主控制板实现对各个从控制板的PWM输出值控制、控制灯的亮暗次序及时间控制,主控制板与从控制板的连线方式采用通用的UART通讯方式。从控制板主要实现并执行主控制发送过来的PWM值,由自身所带的PWM输出管脚输出控制值来驱动LED,进行灯的亮度控制及亮暗控制。
(二)电路系统原理图
图2-2电路系统原理图
本设计通过开关电源把市电220V交流电转变为12V的直流电源集中供电,然后从接口端子(J1)输入。因为考虑到大工程时LED显示矩阵越大,功耗固定情况下,电压越小,电流就越大,布线的线就要求越粗,不利于整体布线,而且+5V电压很小,抗干扰能力很差。因此在每个控制板上加上独立的电源电路有利于开关电源输出线路的布线可选择细的线,而且经过二次稳压后的+5V电源更加稳定,所以每个控制板都由电源电路和主控制电路组成。控制电路采用单片机STC12C2052作为控制核心。主控制板与从控制板连线即主控制板的TXD发送脚接到从控制板的RXD脚。
(三)电路组成及其原理

图2-3 电源电路原理图

图2-3为灯光系统的电源电路原理图。电源电路图主要由以下几个部分组成:
(J1),主要实现+12V直流电源的输入连接[1]。
(D1)作用为直流防逆向。
。瓷片电容C1和C2使用在电压较高频段的干扰滤波。
,提供+5V的电源。
电路工作过程如下:从J1电源输入接口端输入+12V直流电压,在直流电源输入的正负端没有接错情况下,电源电压可以经过防逆二极管后电源电压降为 ~,通过输入滤波电容E1和C1滤除电源输入的干扰信号后,经三端稳压管7805稳压,E2和C2输出滤波,输出一个稳定的+5V 直流电源。
图2-4 主控制电路原理图

图2-4为主控制电路原理图,主要有以下几个部分构成:
:
指令与8051完全兼容,但是比一般的单片机体积更小、价格更便宜, 速度更快。
宽电压工作范围(~5V),带两路的PWM管脚及RC震荡器,具有2K 字节程序存储空间,同时芯片内部集成硬件看门狗电路可以极大的提高程序运行的稳定性。
具有硬件SPI接口方便与各种SPI器件的接口,程序调试可以通过ISP在线编程方式实现。
每一个I/O 口都可以可设置四重模式口线的驱动能力均可达到20MA,同时又可以在超低功耗工作下工作。
,C3,C4构成,,使软件波特率计算误差小,C3,C4起谐振的作用。复位电路采用简单的RC复位电路,主要由E3和R2组成。STC