智能灯设计[精选].doc

2013年秋季 大学生电子设计竞赛作品报告 2013年11月 信 息 学 院 参赛人： 摘要： 本系统以STC12C5628AD单片机为主控制器，通过键盘来设置LED光源的输出电流，LED电流在10mA~350mA范围内可调，设置步进等级可达5mA，纹波电流≤2mA，系统由单直流电3.5V~5V供电，输入电源电压在3.5V~5V变化时，LED电流变化≤1%±2mA。 关键词：开关电源 STC12C5628AD 电流反馈 系统方案设计 总体电路图 本系统使用STC12C5628AD单片机，其内部有ADC和PWM波，有足够的引脚来满足题目要求。采用TI的芯片TPS162220实现降压功能，常用运放AD8031接成电流反馈实现对流经LED电流的控制。 电源转换部分 STC12C5628AD单片机采用的是+5V供电，而使用的液晶OGC12864需要3.3V的电源供电，为了防止3.3V器件承受不了5V，可将相应的5V单片机I/O口先串一个330Ω的限流电阻到3.3V器件I/O口，程序初始化时将5V器件的I/O口设置成开漏配置，断开内部上拉电阻，相应的3.3V器件I/O口外部加10K上拉电阻到3.3V器件的Vcc，这样高电平是3.3V,低电平是0V，输出输入一切正常。 为得到3.3V的液晶Vcc，5V单片机电源串接了一个红色二极管（压降约1.7V）。 电流反馈部分 LED电流控制部分 电源经过滤波输入稳压芯片TPS62220,经电感电容滤波后接LED（P1，P2中一个为电源的测试接口），经R3和运放AD8031接到TPS62220的反馈端，芯片输出DA控制流过LED的电流大小。 STP12C5628AD的连接 电路包括晶振，上电自动复位和按键复位，AD采样，DA滤波输出。 光敏电阻控制 利用稳压器件TL431内部2.5V的基准电压，通过ADC采样，控制PWM波的占空比。 二、方案比较 由于本设计大部分人采用的是TI公司的MSP430芯片，但相对我们熟悉51单片机的编程复杂，而且IAR软件语言对于初学者来说不易掌握。所以我们选择了比较熟悉的Keil软件编程和之前在信息科技实践月中参加电脑鼠比赛是使用过的STC12C56芯片，芯片虽然功耗大，比较低端，对于初学者学习还是比较易于上手的。 三、理论分析与计算 根据要求的电流范围10mA~350mA，TPS62220的反馈特性，低功耗的要求，求出几组符合要求的电阻，选择合适的作为最终方案。 四、提高电源转换效率及精度 采用超低功耗的运放AD8031单电源电压反馈型放大器以及95% 高效步降控制器TPS62220提高电源转换效率。 对于采样电阻的选择，若采用阻值太小的电阻，会增加噪声干扰，阻值过大，势必会增加功耗，通过测试，采用0.5Ω的电阻效果达到最佳。 程序设计 设计思路： 本设计利用STC12C56芯片，keil编写程序。大体思路如下： A/D转换：利用STC12C56芯片中的ADC模块，设置I/O口实现将采集光敏电阻上随光照变化的电压，转换为ADC_DATA8位2进制数，从而直接置数PWM的占空比。 按键：使PWM得占空比在一个范围内，使灯亮，然后在一定数值内按键控制增减PWM的占空比； PWM实现D/A转换： 原理： PWM信号是一种具有固定周期（T）不定占空比（?）的数字信号，如图1所示。如果PWM信号的占空比随时间变化，那么通过滤波之后的输出信号将是幅度变化的模拟信号。因此通过控制PWM信号的占空比，就可以产生不同的模拟信号。电压中包含直流分量，1次谐波分量，高次谐波分量。直流分量与n成线性关系，并随着n从0到N ，直流分量从VL到VL+VH之间变化，把除直流分量的谐波过滤掉，则可以得到从PWM波到电压输出DAC的转换，即：P WM波可以通过一个低通滤波器进行解调。 LCD显示光照强度:利用12864LCD显示LED灯功率的大小。 程序调试： 1.设置了三个按键：加电流，减电流，置数。 2.在主函数中分别调用LCD,ADC,PWM的初始化函数，在while循环中控制三个的按键以及人体感应器的作用。 调试问题： 程序下载不了 下载程序成功后，调节电流的范围达不到要求。检测PWM输出正确，滤波输出正确，经过运放后在运放上降压过大，滤波电容加错了 没有让反馈起到作用。改了滤波电容后， 见附录 测试方案与测试结果 测试记录 纹波电流：0.05mA 电源转换效率 输入电压（V） 输入电流（A） LED电压（V） LED电流（A） 电源转换效率 5 0．19 3．777 0．226 89．850% 5 0．32 4．120 0．350 90.125% 系统由单直