中心議題：

• 基于DAC0832的LED亮度控制系統設計
• 硬件電路設計

解決方案：

• 用單緩沖方式輸入數據
• 選用LM336—5型隱埋式齊納二極管

• 利用多路開(kāi)關(guān)和電壓保持電路實(shí)現變化控制

引言

LED在城市化的過(guò)程中功不可沒(méi)，各種夜景燈牌和廣告顯示屏，都在日益充斥人們新奇的眼球。以往霓虹燈的發(fā)光體只有亮和滅兩種狀態(tài)，亮度都是突然變化的，往往給人一種圖案變化生硬的感覺(jué)；而現在很多霓虹燈已經(jīng)實(shí)現了發(fā)光體亮度逐漸變化，這樣形成的各種變化的霓虹燈圖案更加柔和、流暢?？刂瓢l(fā)光體亮度變化總體上可以分為模擬方法和數字方法，其中通過(guò)單片機控制D/A轉換器實(shí)現發(fā)光體亮度控制的方法具有電路簡(jiǎn)單、維護和調整方便的特點(diǎn)，是當前霓虹燈控制的發(fā)展方向。霓虹燈的發(fā)光體以氣體放電燈管為主，現在隨著(zhù)高亮度發(fā)光二極管的產(chǎn)生，壽命長(cháng)、能耗低的LED燈牌應用越來(lái)越廣泛。這里討論應用DAC0832在單片機控制下如何控制多個(gè)發(fā)光二極管的亮度變化。

1　硬件電路設計

通過(guò)單片機和D/A轉換芯片DAC0832控制三個(gè)發(fā)光二極管亮度按順序逐漸變化，實(shí)現一種燈管旋轉的效果。設計中主要考慮下面三個(gè)問(wèn)題：

（1） DAC0832與單片機的接口電路設計。

（2） 基準電壓源的設計。

（3） 同時(shí)控制多個(gè)LED按不同規律改變亮度的電路設計。

1.1　DAC0832與單片機的接口電路

啟動(dòng)ADC0832實(shí)現模數轉換有單緩沖和雙緩沖兩種方式。多緩沖方式是在多片ADC0832配合時(shí)采用；本設計中只須一片ADC0832就可完成工作，所以采用單緩沖方式，向其8位數據輸入口輸入數據，然后在其寫(xiě)觸發(fā)管腳WR1發(fā)送一低電平脈沖，該芯片就會(huì )將收到的數字量轉換成模擬量輸出。其輸出為電流輸信號，而控制發(fā)光二極管亮度需要用電壓實(shí)現，所以需要外接由運算放大器構成的電流電壓轉換電路， ADC0832與單片機的接口電路如圖1:

圖中，由于選片端CS接到了P217,所以啟動(dòng)DAC0832開(kāi)始轉換時(shí)，需要將單片機的P217 腳設置為低電平。

輸出的電流經(jīng)過(guò)運算放大器轉換成電壓，如果需轉換的數字量為B, 則對應輸出電壓值為：

其中VREF是外接的基準電壓，輸出電壓最高為0 V,最低為- VREF ,如果基準電壓取5 V,則最低輸出電壓為- 5 V,為了滿(mǎn)足負電壓輸出的要求，運算放大器的電源電壓VCC要高于5 V,VEE要低于- 5 V,本設計中運算放大器采用LM324芯片，電源電壓VCC取10 V,VEE取- 10 V。

1.2　基準電壓的設計

要保證DAC0832數模轉換的精度和準確度，必須提供一個(gè)高度穩定的基準電壓。在數模轉換器中一般選用帶隙基準電壓源或隱埋式齊納穩壓管。

設計中選用了LM336—5型隱埋式齊納二極管，它具有價(jià)格低、使用方便的特點(diǎn)，其接線(xiàn)如圖2:

1.3　如何同時(shí)控制多個(gè)LED的亮度

設計中需要控制三個(gè)發(fā)光二極管，每個(gè)發(fā)光二極管的亮度和變化規律都不一樣，而ADC0832只有一路模擬量輸出，為了控制三個(gè)發(fā)光二極管的亮度，需要加一個(gè)多路電子開(kāi)關(guān)，本例中選用的是CD4051,該芯片的引腳圖如下：

該芯片是一個(gè)常用的8路到1路的多路電子開(kāi)關(guān)，工作電壓最高為32 V,通過(guò)ABC三個(gè)地址管腳確定選通哪個(gè)通道。
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因為前面轉換出的電壓為負值最低為- 5 V,所以CD4051 的工作電壓取VDD = 10 V, VEE =- 10 V, 地址控制端A、B、C分解接到單片機的P210、P211、P212 口，用來(lái)選通某個(gè)通道通， D/A轉換后的模擬量接到多路開(kāi)關(guān)的電壓輸入端3引腳，輸出引腳13、14、15分別控制發(fā)光二極管D1、D2、D3。

DAC0832只有1路模擬輸出，必須采用分時(shí)控制的方式循環(huán)控制三個(gè)發(fā)光二極管的亮度，實(shí)現接通某一個(gè)LED 時(shí)，其它LED 保持要原有亮度不能熄滅，為了達到這個(gè)目的，這里采用了運算放大器接成電壓跟隨器的形式控制LED的亮度，即多路電子開(kāi)關(guān)的每個(gè)輸出與發(fā)光二極管間都接一個(gè)電壓跟隨器，而且在運算放大器的正向輸入端接了一個(gè)保持電容，使輸入電壓能夠保持一段時(shí)間，其接線(xiàn)如下：

由于運算放大器的輸入阻抗很大，所以Ch2上的電壓能夠保持一段時(shí)間，在數模轉換器輸出電壓控制其它發(fā)光二極管期間，該運算放大器的輸出電壓能夠保持不變。

裝置硬件原理圖如圖5。

2　軟件設計

軟件主要完成兩個(gè)功能， 第一， 完成各個(gè)LED的循環(huán)點(diǎn)亮；第二，通過(guò)程序控制各個(gè)LED亮度的變化。本例中要實(shí)現燈光旋轉的效果，所以每個(gè)LED都按三角波的型式亮度變化，先逐漸變亮，達到最亮時(shí)再由最亮逐漸變暗，如此反復進(jìn)行；三個(gè)LED的亮度變化要有一個(gè)時(shí)差，如果一個(gè)LED從暗到亮再到暗作為一個(gè)周期的話(huà)，則D2比D1 滯后1/3 周期， D3 比D2 滯后1/3 個(gè)周期。

2.1　主程序設計

使各個(gè)LED循環(huán)點(diǎn)亮通過(guò)主程序循環(huán)實(shí)現，將表示三個(gè)LED亮度的三個(gè)數據放到連續的三個(gè)RAM單元30H、31H、32H中，主程序中循環(huán)讀取這三個(gè)單元的數據送到DAC0832 轉換，根據30H、31H、32H中數值的不同，轉換輸出的模擬電壓也不同，單片機控制多路電子開(kāi)關(guān)將不同的模擬電壓送給不同的LED,從而實(shí)現各個(gè)LED具有不同的亮度。由于本例中用P2口控制ADC0832的選通和電子開(kāi)關(guān)的選通，根據原理圖接線(xiàn)可知，點(diǎn)亮發(fā)光二極管D0、D1、D2對應的P2口數據分別為00H、01H、02H。

2.2　中斷程序設計

控制LED亮度變化通過(guò)定時(shí)器T0定時(shí)中斷程序實(shí)現， T0中斷改變30H、31H和32H的數值就可以改變LED 亮度了，若實(shí)現燈光旋轉的效果，則三個(gè)LED的亮度應按圖6曲線(xiàn)變化。

圖中橫坐標表示時(shí)間，在一個(gè)周期內發(fā)光二極管的亮度會(huì )按三角形規律變化，設每個(gè)變化周期為T(mén),第二個(gè)發(fā)光二極管D1的變化滯后第一個(gè)發(fā)光二極管D0三分之一周期，同樣D2滯后D1三分之一周期。

圖6中的橫坐標表示亮度，也就是對應的要轉換成模擬量的數字量的數值。在主程序中三個(gè)字節30H、31H、32H中數值對應三個(gè)發(fā)光二極管的亮度，設定三個(gè)字節33H、34H和35H 的值控制三個(gè)二極管亮度增加還是減弱（ 1 增強， 0 減弱）。假設開(kāi)始時(shí)D1對應亮度為0,D0、D2對應亮度均為170,則三個(gè)二極管的亮度變化應該是D0和D2亮度增加，D2亮度減弱，則三個(gè)亮度控制字節的值分別為33H、35H中為1, 35H中為0。
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采用T0中斷實(shí)現三個(gè)發(fā)光二極管亮度的改變，則每到一次定時(shí)中斷將完成如下功能：

1） 根據三個(gè)字節33H、34H和35H的值，分別對30H、31H和32H的值進(jìn)行增1或減1操作。

2） 當亮度字節的數值增加到255時(shí)對應控制字節數值清零，亮度字節數值減到0時(shí)，對應控制字節數值置1。

由于在主程序中和中斷子程序同時(shí)使用工作寄存器R0,所以在中斷程序的開(kāi)始和結束有一個(gè)保存和恢復R0中數值的過(guò)程。

中斷程序的程序框圖為：

即： TH0 = F0H, TL0 =BEH3

3 結語(yǔ)

文中設計了基于DAC0832實(shí)現對LED控制的系統，在單片機的控制下，利用多路開(kāi)關(guān)和電壓保持電路實(shí)現了對多個(gè)發(fā)光二極管亮度的變化控制，實(shí)現了LED燈的燈光旋轉的效果。如果將此電路擴展，接更多的模數轉換器和多路開(kāi)關(guān)，就可以實(shí)現各種復雜圖案的變化。采用電壓保持電路的辦法也可以應用到其它領(lǐng)域的模擬控制中。