基于单片机的彩灯控制系统设计毕业论文（论文）说明书.doc

1、绪论 彩灯可以通过定时或随用户要求来变换不同的色彩。传统的彩灯一般只有3种颜色，分别对应3种颜色的灯泡，当需要其中某种颜色的时候，点亮该颜色的灯泡，熄灭其他颜色的灯泡，先进的彩灯利用三基色原理做简单的混合，其控制系统只是几个开关或按钮，目前市面最为常用的彩色灯大都利用惰性气体在电极作用下变色的原理制作，工艺要求严格。本设计采用三基色原理，利用价格低廉的单片机控制基色LED灯泡从而实现丰富的色彩变化。 利用三基色原理的艺术彩灯的功能如下： （1）实现七彩颜色变化 利用3个独立的单色灯泡进行组合搭配，使彩灯可有7种不同的颜色。 （2）设置色彩变换的快慢 用户可自行设定彩灯色彩的变换快慢，并可随是的修改这种设置。 通过彩灯设计实例，可以很好地了解EM78P153单片机的定时器控制和单片机中断状态转换技术的综合使用方法，这主要表现在以下4个方面。 （1）彩灯结构简单，并且具备了最小实用单片机系统的基本构成。通过本案例，可以清楚设计和实现一个单片机实用系统需要哪些外围设备的基本电路，以及如何使用单片机内部计数器并调用中断。 （2）PWM调制控制基色LED灯泡：利用单片机内部的两个计数器，通过比较它们的状态来调节基色LED的亮度。这种PWM调制的实现技术是最简单的一种，如果内部计数器状态稳定，则PWM调制效果较好。 （3）彩灯使用了单片机的系统中断功能：系统主要由8种状态组成，每一种状态对应于一个设定的中断号，执行该中断使得彩灯呈现出一种颜色。 （4）艺术彩灯使用了简洁的系统电源和LED灯泡控制电路，系统电源的设计采用了常见的全桥整流，LED灯泡控制则利用NPN和PNP三极管的截止电压实现。 2、彩灯原理与系统设计框架 2.1 彩灯原理介绍 系统根据三基色原理，以红、绿、蓝3种基本颜色组成一个可变的单元，将红绿蓝3种基色LED灯泡放到磨沙的玻璃罩内，3种基色光经混合后，便可对外呈现7种颜色。系统还利用单片机U0口的PWM调制来调节LED亮度，使各种颜色之间的变化柔和；还可以进行外部设置，如设置颜色变化的周期、起始的颜色以及呈现不同的景象。 2.1.1 彩灯实现原理 本节说明如何利用三基色原理实现彩灯的色彩变换。系统使用3个具有独立颜色的LED灯泡，根据三基色原理，这3个LED的发光颜色为红、绿、蓝。3个具有独立发光颜色的LED将按照该色度三角的特性进行组合，使得彩灯呈现不同的色彩。三基色原理的基本公式如下： 红色+蓝色+绿色=白色 红色+蓝色=紫色 蓝色+绿色=青色 绿色+红色=黄色 图2-1 三基色原理(色度三角) 利用如图2-1所示的色度三角，三基色红、绿、蓝可以混合出它们之间连线上的颜色。例如，当红色LED和绿色LED亮度相同，而蓝色LED熄灭时，彩灯将呈现黄色；若此时红色LED的亮度大于绿色LED的亮度，彩灯将呈现偏红的橙色：若红色LED的亮度小于绿色LED的亮度，彩灯将呈现偏绿的黄绿色。当3个LED灯泡的亮度相同时，彩灯将呈现白色，其光线类似于白炽灯。 2.1.2 色彩变换的实现 LED灯泡发光恒定，若要达到色彩变换的效果还需利用单片机控制各色LED 发出不同亮度的灯光。 控制LED亮度需要利用单片机I/0口的PWM来实现数字/模拟(D/A)转换，D/A 转换的实质是对某一固定频率的脉冲进行占空比调节，进而利用色度三角调出所需色彩。 2.1.3 色彩转换分析 系统利用单片机控制连接红、绿、蓝3个LED的I/0口，使其产生不同的波形即可得到如图2-2所示的颜色。假设通过接口电路在单片机U0口连接好基色LED，I/0口输出PWM。 波形控制LED的灯光亮度，其亮度波形如图2-2所示。 图 2-2 基色 LED 的灯光亮度波形 图2-2显示了红色(r)LED 、绿色(g)LED和蓝色(b)LED在单片机控制下的亮度 波形。000、001这样的二进制编码为三基色的联合状态值，3位编码分别表示红、绿、蓝。其中,0表示熄灭；1表示亮度达到最大值。该波形是一个时序图，例如蓝色LED在T0～T3T3～T4T4～T6T6～T7 2.2 系统设计框架 彩灯需要定时变换色彩，也可以根据用户设定的方式变换色彩。这要求系统具备一定的控制功能，并为用户提供可操作的接口。另外,还需要选用特殊的灯泡来变换色彩，最后，系统将留出功能接口，使用户能同时使用多个彩灯。 2.2.1 单片机控制 单片机主要完成定时控制和彩灯色彩变换控制，它不负责驱动彩灯。由于单片机是弱电系统，只能给出控制使能信号，而后动作由具体电路来实现。图2-2所示说明了单片机控制模块和基本功能划分。具体实现功能描述如下： （1）系统单片机利用内部的计数/计时器来实现计时，完成灯泡色彩的变换。计时信号分为两个,利用两者的比较来调节灯泡的亮度，实现色彩的转换。同时，两个计时器可协调多个彩灯间的