STM8S003F3通过PWM波实现三基色呼吸灯探讨.docx

?STM8S003F3通过PWM波实现三基色呼吸灯前段时间使用STM8S003F3实现了一个三基色灯的各种效果，故写一篇文章作为一个记录。1 综述我们知道，要是的LED灯亮直接通电即可。而要改变灯的亮度，我们有两种方法：改变电流和PWM调光。我们首先想到的就是改变它的驱动电流，因为LED的亮度是几乎和它的电流直接成正比关系。然而用调正向电流的方法来调节亮度会产生一个问题：在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温，这样就会会产生色偏。因为目前白光LED都是用蓝光LED加黄色荧光粉而产生，当正向电流减小时，蓝光LED亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没有按比例减薄，从而使其光谱的主波长增长。这个问题对于一般的照明是没有问题的，因为色温的变化量毕竟不是很大。但是对电源来说当电流过小时会产生闪烁，除非电源的恒流范围很宽，完全可以从0到最大。这样才没有问题。简而言之，电流调光有色温变化和电源电流过小产生闪烁的问题。曾经做过一个项目，用于某设备上需要非常非常平稳的调光，显然电流调光是无法实现。同时像本文介绍的三基色调光有颜色要求的显然也不行。因此我们使用PWM调光。既然PWM调光可以避免上面的两个问题，为什么不直接都用PWM调光呢？因为我们毕竟是做产品，要考虑成本问题。使用PWM调光至少需要一颗能支持PWM的芯片（当然还有外围电路，但是电流调光也是有电路的。我们也应该知道PWM信号也可以由脉冲发生器提供），另外它需要编写程序。所以只有在需要的场合才使用PWM调光（使用PWM调光需要注意的问题是频率不能太低或者太高，推荐150-400Hz之间。）。PWM的优点如下：●?PWM调光就不会产生色偏，因为它总是工作在0或者最大两种状态。●?PWM的占空比很好控制，而且精度高●?对电源没有影响，因为不会改变电源的工作条件，只是给电源开或者关。2 PWM波调光的原理脉宽调制(PWM)是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换及LED照明等许多领域中。通过以数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器和DSP已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易了。简言之，PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。2.1 占空比（Duty Cycle or Duty Ratio）首先我们需要了解占空比，占空比的解释可以归纳为如下几种：●?在一串理想的脉冲序列中（如方波），正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值。例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.25。●?在一段连续工作时间内脉冲占用的时间与总时间的比值。●?在周期型的现象中，现象发生的时间与总时间的比。通俗一点讲就是电路释放能量的有效时间与总释放时间的比。2.2 调光比然后我们需要了解调光比，调光比则是按下面的方法计算（Foper：工作频率；Fpwm：调光频率；）：调光比率 = Foper / Fpwm，（其实也就是调光的最低有效占空比）比如Foper=100KHZ；Fpwm=200Hz,则调光比为：100K/200=500；这个指标在很多驱动芯片的规格书里会说明的。2.3 PWM调光2.3.1 PWM调光原理● 若一个占空比为10%的PWM输出，即10%的时间通，90%的时间断；● 若一个占空比为50%的PWM输出，即50%的时间通，50%的时间断；● 若一个占空比为90%的PWM输出，即90%的时间通，10%的时间断；我们知道，人眼是有视觉暂留的，打个比方，人眼只能识别1us(（这个比方没有任何科学依据，仅仅为了便于理解）内光子的数量从而判断亮暗，如果1us接收了1000个光子，那么我们就会认为是一个亮度，至于这1000个光子是在1us什么时候收到，是没有任何影响的，也就是说，在0.1us的时候收到和0.2us的时候收到是没有区别的，我们需要关心的只是数量。这就是为什么我们进行PWM调光的时候不能太慢（视觉暂留可以分辨）也不能太快（太快就没有区别了，就一直是最亮的）。这样就好理解了，占空比是10%，就相当于给它加了一个0.9V的电压（因为10%通电时间里电流产生的效果和0.9V加在周内的时候是一样的）。所以我们就可以通过占空比来条件亮度。如果在50ms中，LED在这段时间中得到9V供电。如果在下一个50ms中将开关断开，灯