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基于C51系列单片机LED驱动电源设计(设计源文件+万字报告+讲解)(支持资料、图片参考_降重降ai)_文章底部可以扫码 基于C51系列单片机LED驱动电源设计摘要发光二极管Light Emitting Diode, LED是 20 世纪末出现的新型照明光源 在节约能源、保护环境方面性能突出。由于 LED 不能直接由电网供电点亮 LED 的驱动电源成为重要的研究课题基于开关电源技术设计的LED 驱动电源在工程应用中显示出了强大的竞争力。通过研究可编程器件作为LED 驱动电路中核心的开关信号发生器可以更好的满足高集成度、简单外围电路、数字化控制等性能特点。本文针对可编程器件 C51 系列单片机作为 LED 驱动电路中的核心控制芯片 研究了单片机作为LED 驱动电源的脉冲宽度调制PWM信号发生器以及单片机为处理器的后级数字化控制方法。阐述了单片机的硬件电路工作原理和LED 驱动相关技术。介绍了如何通过软件方法来控制脉冲宽度调制信号达到调节驱动电源输出的目的。分析了 LED 驱动的设计需求以及相关安全规章标准给出了搭建电源硬件电路和单片机最小系统电路的具体方法设计了基于 C51 系列单片机的软件控制方法实现了以 C51 系列单片机为脉冲宽度调制信号发生器的大功率LED 驱动设计。基于可编程器件单片机技术的LED 驱动系统测试表明正确的设计主电源电路结构合理的控制脉冲宽度调制信号以及正确的后级采样反馈可以完成稳定可靠的 LED 驱动的电源设计提升工作效率并且具有可扩展外部接口功能。达到了论文设计的目的要求。关键词LED 驱动 单片机 开关电源 脉冲宽度调制AbstractLight-emitting diode (Light Emitting Diode, LED) appeared in the later 20th century as a new lighting source. LED play an important part in energy saving and environmental protection. As the LED cant be directly powered by the power grid, so the LED driver become an important research topic. LED driver which based on the design of switching power supply technology in engineering applications showed strong competitiveness. Through the study that programmable devices as LED driver circuit core switching signal generator, can better meet the high level of integrat ion, simple peripheral circuits and digital control.This article mainly talk about the relationship between the programmable devices of C51 series microcontrollers and LED driver, to study the programmable device microcontroller as pulse width modulation (PWM) signal generator of LED driver and the method of digitize control used in post- feedback system. Expounding the principles and techniques of microcontroller hardware circuitry and LED driver, describing the method of how to implement the software to change the pulse width modulated signal to adjust the drive power and mixed operation of the digital-to-analog circuit. Analyzing the LED driver design requirements and safety regulation standards, giving the specific method of building power hardware circuit and Single Chip Microcomputer(SCM) minimum system circuit, designing the software control method based on SCM, completing high-power LED driver design based on SCM as PWM signal generator.Programmable device microcontroller technology LED driver system tests show that ,the correct design of the main power circuit structure and the right sampling feedback circuit, can reasonable control of the duty cycle of the PWM signal and complete the reliable output of constant current and voltage on LED driver as well as enhance work efficiency. What is more it has the functions of scalable external interface. Finally it well achieve the purpose of the paper design requirementsKeyword: LED Driver Single Chip MicrocomputerSwitching Power Supply Pulse Width Modulation目录第一章 绪论 11.1选题背景及研究意义 11.2国内外研究现状 21.2.1国外研究现状 31.2.2国内研究现状 31.3论文工作内容 41.4论文组织结构 5第二章 LED 驱动电源与单片机相关理论与技术 72.1开关电源相关技术理论 72.1.1开关电源构成与分类 72.1.2DC/DC 变换器结构与控制原理 92.2LED 工程应用基础 122.2.1LED 相关理论 132.2.2LED 驱动技术 142.3C51 系列单片机理论与技术 152.4本章小结 17第三章 LED 驱动电源设计需求分析 193.1项目开发陈述 193.2系统功能模块整体设计 203.3系统整体技术指标分析 223.3.1功率因数校正技术 223.3.2系统电磁兼容性技术 233.3.3系统能效指标 243.4本章小结 24第四章 LED 驱动硬件架构设计与器件选择 254.1LED 驱动硬件系统整体架构 254.2主电源电路各模块设计 264.2.1整流滤波模块 264.2.2功率因数校正模块 274.2.3泄放电路设计 284.2.4功率开关管工作模块 294.3电源电路核心器件设计与选择 304.3.1储能变压器设计 304.3.2主要电子元器件选择 314.3.3单片机类别选择 324.4单片机控制系统电路设计 334.4.1模数转换采样反馈系统设计 334.4.2外部数码显示及接口键盘设计 344.5本章小结 35第五章 C51 系列单片机软件控制方法设计 375.1LED 驱动软件应用架构设计 375.2LED 驱动软件功能设计 385.2.1PWM 驱动信号设计 385.2.2PWM 信号占空比调整算法设计 415.2.3按键模块程序设计 425.2.4A/D 采样模块程序设计 445.2.5数码管显示部分设计 465.3本章小结 47第六章 系统测试及分析 496.1测试环境 496.2硬件模块的测试 506.3软件模块的测试 516.4LED 驱动整机性能指标测试 536.4.1功率因数指标测试分析 536.4.2电磁兼容指标测试分析 556.4.3系统能效指标测试分析 576.5本章小结 57第七章 结束语 597.1论文工作总结 597.2后续工作展望 607.2.1项目中的不足 607.2.2项目后续相关扩展 61参考文献 65附录一LED 驱动主电源电路 67第一章 绪论本章针对所选课题进行相关的背景说明分析了国内外相关课题的研究程度 就论文做出的工作给出了总体的描述。1.1选题背景及研究意义近年来随着LED技术的不断创新和发展人们对LED 驱动器的需求与日俱增 基于开关电源设计的LED 驱动电路在工程应用中显示出了强大的竞争力其具有高集成度、高性能比、最简洁的外围电路、最佳的性能指标等特点。开关电源式LED 驱动器现在已经成为具有发展前景和影响力的一项高新技术产品。目前随着 LED 技术的广泛应用开关电源式 LED 驱动器显示出了强大的发展潜力。开关电源式 LED 驱动器产品的开发、研制、生产已经成为发展前景十分诱人的朝阳产业[1]。LED 是继火、白炽灯、荧光灯后人类照明的第四次革命与前三次有本质区别的是LED 依靠电流通过固体直接辐射光子发光发光效率是白炽灯的 10 倍 是荧光灯的 2 倍同时理论寿命长达 100000h防震动安全性好不易破碎非常环保。今天似乎全世界的目光都聚焦在 LED 这个新型的光源上它被誉为 21 世纪的绿色照明产品[1]。随着技术不断进步发光效率进一步提高以及单位成本持续下降LED 的应用领域不断扩宽。LED 的应用从早期的仪器仪表指示、交通信号灯、景观照明和手机背光发展到目前方兴未艾的汽车照明、笔记本电脑屏幕背光未来还将应用到大尺寸液晶显示器、液晶电视甚至普通照明领域发挥着传统光源无可比拟的作用市场前景非常广阔。近年来在政府的大力支持及政策引导下已有很多企业投资 LED 照明产品项目目前一些产品的触角已涉及室内功能照明如图书馆照明、博物馆照明、教师照明、汽车灯照明[1]。随着社会的进步和人们对居住、生活与工作要求的提高 人们对于LED 照明的功能有了进一步的要求。希望通过智能控制的方式对照明系统进行合适的调整满足人们心里和生理的需要。由于缺乏成熟的LED 照明灯具评价标准与检测体系目前对于 LED 功能照明产品的参数的认定方式并不一致而且LED 自身发展速度迅猛很难客观的评价LED 功能照明产品的实际状况。专家 Narendra 认为在 2008 年底国际上的 LED 照明系统的整体效率在 54左右其中光学效率约为 80热效率约为 85电器效率为 85。目前大功率 LED 功能照明产品具有如下的一些特点大功率 LED 芯片的光效率不断提高LED 整体灯性能持续上升单位流明的价格有所下降 LED 灯具产品的标准体系尚不完善[1]。LED 是一种电流控制器件LED 驱动器实际上就是 LED 的驱动电源即将交流电转换为恒流或者恒压直流电的电路装置。LED 不像普通的白炽灯泡可以直接连接 220V 的交流市电[1]。LED 对驱动电源的要求近乎苛刻其工作电压一般为2~3V 的直流电压必须设计复杂的变换电路。不同用途的 LED 灯要装备不同的电源适配器。LED 器件对 LED 驱动电源的转换效率、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容性的要求都非常的高一款好的驱动电源必须综合考虑这些因素 因为驱动电源在整个LED 灯具中的作用就像人的心脏一样的重要。LED 驱动器的主要任务是将交流电压转换为恒流的直流电源并同时完成与LED 的电压和电流的匹配。LED 驱动器的另一个任务是使 LED 的负载电流在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。作为一种新型的光源近年来国内外许多厂家都在积极研发 LED 应用产品 但是一个不容忽视的事实是与LED 产品配套的驱动器的质量却没有及时的跟上来。驱动电路性能不佳导致 LED 产品故障率高成了 LED 推广应用的瓶颈当然其中还有许多技术问题需要进一步研究、解决。因为 LED 是个非线性器件正向电压的微小变化会引起正向电流的很大变化所以LED 需要恒流驱动。论文希望通过合理的设计电路以 LED15W 景观照明灯为样本实例通过 C51系列单片机发送PWM 信号搭建硬件电路通过外部接口改变输出的电流或者电压软件编程控制其内部的占空比实现人为改变其输出的功能论证以单片机为核心驱动 IC 的 LED 驱动电源实现的可行性。本论文尝试使用可编程 IC 代替传统的低电压、全电压、中等电压类的 IC。采用可编程控制器件 IC 方式设计驱动不但减小了硬件电路的体积与成本提高了LED 驱动器的知识产权保护性而且利用该类 IC 编程控制的灵活多样性可根据使用场合的不同结合控制程序的改变实现渐变、跳变、闪变及实时动态显示电流电压等功能。充分发挥LED 数字化驱动的特点能给人的视觉带来极大的冲击并能曾加产品的卖点。1.2国内外研究现状鉴于开关电源驱动器对 LED 灯具乃至 LED 整体灯照明系统的重大意义故世界各大国家和地区都在此方面进行了深入地探索和研究也投入了巨大的人力、物力、财力。不仅仅是近年来逐步完善的LED 驱动相关规章制度使驱动电源设计有框架可寻并且随着电子器件的更好发展大规模集成电路的进步使得更小巧更人性化的LED 驱动电源产品设计成为可能。1.2.1国外研究现状1955 年美国的科学家罗耶G.H.Royer首先研制成功了利用磁芯的磁饱和来进行自激震荡的晶体管直流变换器。此后世界各地利用这一技术的各种形式的晶体管直流变换器不断的被研制出来从而取代了早期采用的短寿命、可靠性差、转换效率低的旋转式和机械震子式换流设备。由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态由此制成的稳压电源出路数多输出极性可变转换效率高体积小重量轻因而当时被广泛应用于航海、航空以及军事电子设备上[2]。20 世纪 60 年代末由于微电子技术的快速发展高反压、大电流的功率开关晶体管出现了从此直流变换器就可以直接由工频电网电压经整流、滤波后输入供电 体积大、重量重、效率低的工频降压变压器终于给甩掉了。开关电源为技术的相关产业才真正走上了普及应用的道路。20 世纪 70 年代以后与这种技术有关的高频率、高反压、大电流的功率开关晶体管高频率、高温电容、高反压、大电流、快恢复肖特基二极管高频变压器磁芯材料等元器件不断被研制、生产出来并且迅速被推广包括在LED 照明的驱动电源领域[2]。国外近几年来 LED 驱动为了满足市场的需要主要驱动芯片生产厂商为德州仪器TI、美国国家半导体(NS)、凌特、NXP 恩智浦、国美信集成产品(MAXIN)、安森美半导体、飞兆半导体、英国的Zetex 公司、飞思卡尔等。这些公司目前控制着全球包括中国的LED 驱动市场。他们都有各自不同的市场每个市场都有自己特殊的要求包括手机、便携消费电子产品、汽车、标志/大型显示屏、交通信号灯和普通照片。产品覆盖白光LED 应用的各个领域功能齐全性能优越并且不断推陈出新。国外的 LED 驱动电源研究方向主要是向数字化控制的方向目前已经出现了部分的数模混合控制芯片这种芯片的可控制能力更强电磁辐射较小。并且在外部可控硅调光方面表现优秀很好的解决了LED 的频闪问题。国外合资企业在智能控制方面初步有成熟产品面向市场通过LED 驱动器留有外部接口此接口可以加载高频方波来改变LED 输出电流从而控制 LED 灯的流明。我国对这一方面现在也越来越重视未来必将会有更新更尖端的技术来满足这一需要。1.2.2国内研究现状我国晶体管直流变换器和开关电源的设计、研制和生产开发生