基于PWM調光的多功能LED臺燈設計

吳國文

摘 要：傳統臺燈功能單一、能耗大、亮度不可調等缺點。本設計的多功能LED臺燈以STC89C52RC單片機為智能控制，PT4115恒流驅動，10等級PWM調光，有效保護LED燈光亮度適合，達到綠色環保，高效節能、實用可靠等目的。

關鍵詞：STC89C52R2單片機；PWM調光；PT4115恒流驅動

LED燈具有發光效率高、耗電量低、綠色環保等優點，在照明行業中LED逐步取代傳統光源。而LED的驅動應能夠支持LED亮度的調節功能。而PWM調光更符合人們對LED調光精準、可調范圍大、沒色偏、沒頻閃的要求。因此，以STC89C52RC單片機為控制芯片，用PT4115恒流驅動LED，PWM調光技術等設計具有多功能的臺燈以滿足實際的需求。[1]

1 系統總體設計

臺燈采用高亮白光LED為光源，以STC89C52RC單片機為主控芯片，由PT4115恒流驅動電路、DS1302時鐘電路、DS18B20測溫電路、1602液晶顯示電路、蜂鳴電路、按鍵電路、電源電路組成。系統框圖如下圖所示。

模擬調光會產生色偏，本設計用PWM調光方案，通過PT4115芯片的DIM引腳加入占空比可變的PWM信號用于調小輸出電流實現調光，其亮度由PWM信號的占空比決定。為了避免調光過程中LED閃爍，需設置PWM頻率在120Hz以上。

將單片機定時器T0溢出中斷定為1/2500秒（即400μS），每10次脈沖作為一個周期，即頻率為250HZ，在每1/250秒的方波周期中，通過編程使單片機P1.1腳產生占空比可調的PWM脈沖，實現對LED臺燈10級PWM調光控制；1602液晶屏實時顯示年、月、日、星期、時、分、秒以及實時溫度信息；鬧鐘功能采用揚聲器聲音報警，鬧鐘時間到，發出蜂鳴聲報警，提示用戶時間；用戶可以通過按鍵電路實現對DS1302時鐘參數的設置、鬧鐘開與關以及LED亮度調節。

2 硬件電路的設計

通過30pF瓷片電容和12MHZ的石英晶體振蕩器組成時鐘電路接單片機的18、19引腳；通過10uF電解電容和10K電阻組成上電復位接單片機的9引腳，20引腳接地，31、40引腳接+5V，組成單片機最小應用系統。[2]

單片機的P0口通過10K上拉電阻連接1602液晶屏的數據端口D0～D7，P2.6、P2.7分別連接1602液晶屏的E、RS端，第3引腳通過10K滑動變阻器接地，用于調節亮度。第15管腳接+5V，第16管接地。

DS1302芯片引腳X1、X2接32.768KHZ的晶振，VCC1接備用電源，防止斷電能正常計時，VCC2接主電源。單片機的P1.5、P1.6、P1.7引腳分別接時鐘芯片的RST、SCLK、I/O接口引腳。通過程序的讀寫提供年月日，時間，星期，達到顯示時間日歷的目的。單片機P2.4引腳控制PNP型9012三極管的通斷實現對蜂鳴器聲音的控制，P3.1、P3.3～P3.7分別接按鍵，實現日歷、時間、鬧鐘及LED亮度的調整。

DS18B20芯片引腳1接地GND、引腳3接電源正VCC，單片機P3.0引腳通過4.7K電阻連接DS18B20芯片的信號輸入輸出DQ端，實現實時溫度數據的采集與處理，并通過1602液晶屏實時顯示。[3]

3 系統軟件設計

系統主程序包括系統初始化程序（I/O口初始化、DS1302時鐘芯片初始化、1602液晶屏初始化、外部中斷0與定時器T0、T1初始化）、按鍵檢測和處理程序、溫度數據的讀取與處理、時間數據的讀取與處理、液晶顯示處理、鬧鐘報警的判斷和處理程序、PWM調光處理程序等。

按鍵系統由K2～K7六個按鍵組成，按鍵檢測流程：鬧鐘狀態→時間設置鍵K2→鬧鐘設置鍵K6→PWM調光鍵K7，若沒檢測到按鍵按下，則退出按鍵檢測。根據K2按的次數，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，按第8次或按K3鍵，則退出被選狀態，屏幕光標不閃爍提示。若進行鬧鐘設置，則通過K2按的次數，依次選擇設置時、分、退出鬧鐘設置。

DS1302芯片SCLK引腳輸出高電平變為低電平，作為外部中斷0下降沿觸發中斷，使鬧鐘標志置1，等待鬧鐘中斷程序處理，然后通過讀取DS1302芯片的寄存器來清除SCLK引腳輸出撤銷中斷，實現中斷返回。

定時器T0中斷用于控制PWM，T1中斷用于控制蜂鳴器發聲工作。T0定時器設置為工作方式0，T1為工作方式2，定時方式，故TMOD=0x20，TH0=（8192-400）/32 與 TL0=（8192-400）%32，T0初始化400us，累計中斷10次為一個周期，比較PWM高電平脈沖個數，判斷LED亮度等級，由K7實現10級PWM調光。

4 結論

本系統設計采用單片機智能控制，采用PT4115恒流驅動及占空比可調的PWM調光，有效保證LED燈光亮度適合而且沒色差，達到保護眼睛、綠色環保，高效節能、實用可靠的目的。

參考文獻：

[1]趙偉，任曉潔，胡承忠，陳君.多功能臺燈系統設計研究[J].電子世界，2018（08）：156-157.

[2]周媛珍.基于51單片機的智能臺燈的設計[J].電子制作，2018（02）：8-10.

[3]尹克巖.基于單片機的智能臺燈設計[J].電子制作，2017（15）：34-35.