LED强度可调驱动电路设计论文.doc

《LED强度可调驱动电路设计论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《LED强度可调驱动电路设计论文.doc（20页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流LED强度可调驱动电路设计论文.精品文档.编号： 专业工程设计说明书 题 目：LED强度可调驱动电路设计 院（系）： 电子工程与自动化学院 专 业： 光电信息科学与工程 学生姓名： 李朝庭 学 号： 1300820112 指导教师： 彭智勇 职 称： 高级实验师 2017年 1 月1日摘 要 随着科学技术的进步和生活品质的提高，人们对LED照明的控制水平要求越来越高。为了实现二次节能，人们希望能够实现亮度调节，自由调节灯光的明暗程度。为了营造出不同的气氛，人们希望能够实现色温调节，个性化设置灯光环境。相关研究表明，采用两个调光电源分别驱动高低

2、两种色温的白光LED阵列，通过调节两电源的驱动电流比例能够实现色温调节，但这种方法电源可靠性较低，并且无法实现独立调光。常规色温调节方法采用两个调光电源驱动高低两种色温白光LED阵列，通过调节两种LED的驱动电流比例实现色温调节。本论文在分析了LED调节的常规方法存在的问题的基础上，利用单片机结合数字旋转编码器编程，探讨了LED灯的色温调节和亮度调节方法。关键词：LED；色温；RGB；调光；旋转编码器；单片机目 录引言11 设计任务21.1 设计题目21.2 设计要求22 系统的组成32.1 系统的组成总体框图32.2 各部分系统的功能32.3 方案可行性分析论证与仿真调试32.3.1电源模块

3、32.3.2用户调节模块52.3.3控制及显示模块62.3.4 LED放大驱动模块92.3.5各系统的衔接与总原理图103 硬件设计113.1 各个模块的硬件设计113.2 元器件选择的依据以及元件参数的确定133.3 PCB原理图与电路图布线设计133.4 硬件制作134 软件设计144.1 PWM波产生144.2 旋转编码器编程144.3 亮度和色温交替的控制154.4 数码管亮度和色温交替显示154.5 软件总体设计155 系统调试165.1 电源模块的调试165.2 旋转编码器输入的调试165.3 数码管显示调试165.4 LED驱动放大模块的调试165.5 总体调试176 结论18谢

4、 辞20参考文献21附录一 元件清单22附录二 电路总原理图23附录三PCB图24附录四 单片机C语言源码25附录五 实物图27引言随节能减排已经成为当今世界重大战略性课题，LED因其节能、环保、光效高、寿命长等优点素有“绿色能源”之称，正逐步取代传统光源。随着科学技术的进步和生活品质的提高，人们对LED照明的控制水平要求越来越高。为了实现二次节能，人们希望能够实现亮度调节，自由调节灯光的明暗程度。为了营造出不同的气氛，人们希望能够实现色温调节，个性化设置灯光环境。相关研究表明，采用两个调光电源分别驱动高低两种色温的白光LED阵列，通过调节两电源的驱动电流比例能够实现色温调节，但这种方法电源可

5、靠性较低，并且无法实现独立调光。常规色温调节方法采用两个调光电源驱动高低两种色温白光LED阵列，通过调节两种LED的驱动电流比例实现色温调节。该方法只能实现色温调节，无法实现线性调光。为此，本文在分析了LED色温调节的常规方法存在的问题的基础上，提出一种LED色温调节的新方法，与大家探讨。新方法仅采用一个 LED调光电源，在LED调光电源后仅增添几个器件即可实现LED灯具的色温调节和亮度调节且互不干扰，有利于降低了成本，提高电源可靠性，对于LED的控制具有应用价值。1 设计任务1.1 设计题目设计LED强度可调驱动电路：1）单路LED光强独立可调，不影响其它2路LED工作。2）三路LED合成光

6、强可调和色温可调。1.2 设计要求1、了解应用背景，掌握原理；2、了解现有驱动设计方法，分析其优点和不足，并确定或设计自己方案；3、选择RGB三色LED和电子器件，依据方案完成驱动电路设计；4、调试好驱动电路，测试结果，并分析其特点与不足。2 系统的组成2.1 系统的组成总体框图根据题目要求，LED驱动电路的基本功能拟出方案的原理方框图如下图所示： 电源用户控制调节模块LED放大驱动单片机控制及显示图（2-1-1）方案原理方框图2.2 各部分系统的功能电源模块：控制电路的开关，为控制模块以及LED放大模块提供不同种类的电源。用户调节模块：接收用户的对系统的输入信号，并且将信号传输到控制中心。控

7、制及显示模块：根据用户输入类型向放大模块输出相应的亮度以及色温调节信号。LED放大模块：对控制中心的输出信号进行放大，实现LED的点亮。2.3 方案可行性分析论证与仿真调试此方案是否可行关键在于这四个部分的电路能否同时合理有效地工作，合理地设计各个模块是实行此方案的重要步骤。2.3.1电源模块根据整个驱动电路的总体要求，以及增强系统的健壮性，电路电源采用5V供电。且电源模块采用一键开关电路实现对整个电路电源的控制，其原理图如下： 图（2-3-1-1）一键开关电源控制原理这个电路的特点在于，当按下Key键时所有三极管全部截止，且几乎不耗电。它主要利用Q1的输出与输入状态相反（非门）特性和电容的电

8、流积累特性。刚上电时Q2和Q1的发射结均被10K电阻短路所以Q2和Q1均截止，此时实测电路耗电流仅为0.1uA，电平输出引脚输出低电平。此时C1通过R1缓慢充电最终等于VCC电压，当按下Key后C1通过R3给Q1基极放电，Q1迅速饱和，Q2也因此饱和，电平输出引脚变为高电平，当C1放电到Q1的be结压降0.7V左右时C1不再放电，此时若按键弹开C1将进一步放电到Q1的饱和压降0.3V左右，当再次按下S1，Q1即截止。这种三极管开关电路方案可以非常及时的解决传统开关电路中，按键抖动和长按按键跳档的问题。应用这个方案的电路，其开关状态翻转的情况只发生在按键接触的瞬间，之后即便按键存在抖动或长按按键

9、的情况开关状态不会受到影响。在这个方案的设计中，所选取的R1相对于R2、R3、R4来说，其本身的电阻很大，当C1电容的电压稳定后，R1远不足以改变Q1的开关状态，R1要能改变Q1的状态必须要等Key弹开后C1将流过R1的小电流累积存储，之后再通过Key的瞬间接触快速大电流释放从而改变Q1的状态。这也就是为什么这种开关电路设计能够有效防止长按按键跳档问题的根本所在。利用Mutisim进行调试结果如下：当第一次，再次，多次按下Key时，分别得到的波形图：图（2-3-1-2）各路光强可调的控制说明第一次按下Key时，电平引脚输出高电平；再次按下Key时，电平引脚输出高电平；多次按下Key时，电平引脚

10、周期性地输出高低电平，说明Key起到了开关的作用。通过multisim软件仿真以及调试可知，我们能够通过简单的一键开关电路控制电源的开关。2.3.2用户调节模块1、总体光强以及色温可调的控制为了实现总体亮度以及色温的方便输入控制，以及考虑到用户的操作习惯，总体亮度以及色温采用一个数字旋转编码开关控制。它具有左转、右转和按下三个功能，有五个脚，它的外形以及原理图如下图所示：图（2-3-2-1）数字旋转编码开关实物及原理图它有5只引脚分成两端：3只脚那端一般是中间2脚接地，1、3脚上拉电阻后，当左转、右转旋转时，在1、3脚就有脉冲信号输出了。另外2只脚为按压开关，按下时导通，放松时断开。用示波器观

11、察这种开关左转和右转时两个输出脚的信号有个相位差。如果输出1为高电平时，输出2出现一个高电平，这时开关就是向顺时针旋转；当输出1 为高电平，输出2出现一个低电平，这时就一定是逆时针方向旋转。其实它使用起来并不难，判断正转和反转的关键就是：当A为低电平时，B的跳变沿是怎样的上升沿表示正转，下降沿表示反转。所以，在单片机编程时只需要判断当输出1为高电平时，输出2当时的状态就可以判断出是左旋转或是右旋转：图（2-3-2-2）数字旋转编码开关输出信号判断由此可见，如果A下跳沿时，B为低则表示顺时针旋转；如果A下跳沿时，B为高电平则表示逆时针旋转。与单片机的连接方法：将A端口接CPU的外部中断管脚(下跳

12、沿触发)，将B端口接单片机的输入IO。除了旋转调节功能，它的旋转柱还有按压开关功能，按下时导通放松时断开，这与普通的矩阵按键没什么区别。利用旋转编码器这一特性，可以实现出色温亮度相互切换调节功能：当每次按下旋转柱按压开关时，可色温/度调节进行不断切换，切换后旋转旋钮即可对色温/度调进行调节，具体方式将在控制模块进行详细说明。2、各路光强可调的控制每路光强采用一个100K的滑动变阻器控制每路led的光强，电路原理图如下：图（2-3-2-3）各路光强可调的控制原理图采用滑动电阻器对每路进行分压，实现每路的光强可调，原理比较简单，不再赘述。2.3.3控制及显示模块控制中心模块主要由一个最小单片机系统

13、组成，输入输出处理部分分成数字编码开关，色温以及亮度的控制，数码管显示电路这几个部分。1、最小51单片机系统对51系列单片机来说,最小系统一般应该包括:单片机、晶振电路、复位电路。本设计的最小单片机系统分四部分组成：晶振：大小由单片机时钟周期要求而决定，用于产生单片机所需的脉冲，与两个电容并联使用，电容大小由晶振决定，本设计使用11.0592MbHz的晶振和30pF的电容。复位电路：用于复位单片机。当单片机系统在运行中，受到环境干扰出现程序跑飞的时候，按下复位按钮内部的程序自动从头开始执行。由电容串联电阻构成,根据电容电压不能突变的性质可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且这个高

14、电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位，本设计的电容C取10uF,下拉电阻R取10K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平。电源：用于供电，本方案用一键开关电路实现对单片机电源的控制。烧制程序口：可用串口配合MAX232配合使用，也可以做个并口输入，这个要根据你使用单片机的种类决定，比如ATC可用并口，STC一般只用串口输入等等。本方案选择STC单片机进行控制，所以采用烧写器能对单片机进行程序进行方便地烧录与调试。2、 数字旋转编码器此部分占

15、用单片机的P2.0,P2.1,P2.2这三个引脚。P2.0和P2.1为数字旋转编码开关的A端信号以及B端信号输出口，P2.2为数字旋转编码开关按下功能的输出口。编码器通常有A相、B相两路输出信号，信号包含了被测对象的旋转方向以及旋转角度等信息，通常需要由硬件电路或单片机程序进行鉴相处理。根据旋转编码器以及单片机的特点，利用单片机相应的鉴相算法对齐进行鉴相，即可判断它的旋转方向以及旋转的角度，那么就可以根据以及旋转的角度来对色温或者光强进行增减控制。旋转式编码器通过外部旋钮带动一定角度的转盘接触到盘内许多成圆形状的触点形成A、B两组相位相差90的方波。根据A、B之间的相位关系即可确定旋钮的正反转

16、。当A超前于B时为正转，而当B超前于A时为反转。旋转编码器的输出脉冲宽度随着旋转速度而变化，即转速越高其脉冲宽度越窄。由于编码器工作的环境可能比较恶劣，输出脉冲较易受干扰，产生毛刺。在编码器快速旋转时，由于采样速率不够，可能导致采样的脉冲有遗漏。这些都会导致鉴相得出错误的结果，需要在单片机程序实现中对这些情况进行优化纠正。图（2-3-3-1）编码器输出脉冲以及周期内输出波形的4种组合鉴相方法及相应算法：在一个脉冲周期时间T内，单片机应准确判断出A点相对于B点的相位情况。根据开始采样检测的时刻不同，在T内可以将采样的波形分为4种不同的组合情况。若两点产生波形的组合不在这4种情况中，则表明由于外部

17、干扰或抖动产生了异常的波形。单片机的P2.0和P2.1引脚直接连接A、B点，通过循环采样读取A、B点电平，来判断当前旋钮是否旋转以及旋转的方向。A点电平与B点电平有4种不同的组合：00、01、10、11，可以根据4种组合状态之间的变化进行鉴相。若正旋转，则可得到对应的序列00，10，11，01，00，反旋转则有对应的序列00，01，11，10，00。如下图所示的判断表中，行表示当前A、B点电平值组合，列表示上一次变化前A、B点电平值组合，检测到发生1次电平变化即可进行鉴相。需要指出的是，若A、B两点电平相比上次均发生了变化，则无法进行判断，这说明检测时遗漏了脉冲或产生了“毛刺”。图（2-3-3

18、-2）编码器输出脉冲AB相位判断表为了保证采样A、B电平时没有脉冲遗漏，对采样频率要求比较高。通常需要保证在编码器以最快速度旋转时，在A、B任一点2次电平变化之间有2次以上的采样，以便可以比较最近2次的电平，去除因为其他外界条件变化产生的抖动。如果A 引脚下跳沿时，B 引脚为低则表示顺时钟旋转；如果A 引脚下跳沿时，B 引脚为高电平则表示逆时钟旋转。因为本方案采用的是STC89C52型单片机，其本身具有按键去斗功能，所以按键去斗函数省略。方向判断算法：判断前首先对B输入端引脚的高低电平进行存储，利用一个更新的位标示旋转编码器是否发生旋转。若A或B任意输入端的电平发生变化（任意一位不为0），则表

19、示旋转编码器发生旋转，此时等待A输入端的电平由低变高，即可进行下一步判断。因为用户转动旋转编码器的旋钮存在一定的速度，A输入端的电平很快由低变高，此时必须记录下等待期间的B输入端信号并将信号更新标记位进行置1操作，到此完成旋转编码器是否发生旋转的判断。接下来判断旋转的方向，判断之前先将信号转动更新标记位置0，因为不位置0的话不发生旋转时单片机也执行判断语句，这是需要避免的。判断方法很简单，利用记录B输入端上次信号位跟当前B输入端信号信息位进行分析。根据编码器输出脉冲AB相位判断表很容易得出：B输入端信号信息位从0跳到1，表示编码器正转；B输入端信号信息位从1跳到0，表示编码器反转。根据B输入端

20、信号信息位的变化信息可返回相应的旋转方向，此时方向判断结束，本方法直接封装成一个函数，为下一步色温以及亮度的控制提供很好的编程提供便利。3、 色温以及亮度的控制PWM脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），是一种周期一定而高低电平可调的方波信号。当输出脉冲的频率一定时，输出脉冲的占空比越大，相对应的输出有效电压越大。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等：图（2-3-3-3）PWM波示意图如上图所示T1为脉冲宽度（就是导通时间），周期为T，则输出电压的平均值为U=VCC*T1/T=a*VCC，a是占空比，变化范围为0a1。VCC为电源电压。 所以当电源

21、电压不变的情况下，输出电压的平均值U取决于占空比a的大小，改变a的大小就可以改变输出电压的平均值，这就是PWM的工作原理。采用T2定时器产生PWM脉冲极其精确，误差只在几个us。单片机产生PWM波的方法：51系列单片机无PWM输出功能，可以采用定时器配合软件的方法输出, 一般可以使用两个定时器来实现，定时器在工作方式2的八位重装模式下定时比较准确，本方案使用T0和T1,.用T0定时器完成PWM输出，脉宽固定，T1来决定高平的宽带来进行PWM调制。若把PWM波的周期定为1ms，占空比分50级可调（即每级差2.0%），这样定时器T2每20us产生一个定时中断，每50次中断后进入下一个PWM波的周期

22、。在程序中，Set_PWM = 30，即占空比为50%，输出的平均电压为5*50%=2.5V。 PWM产生的过程是这样的：开始时PWM为1，当计时到达Set_PWM时（即到达了设定的脉宽宽度时间）PWM=0，随后到达PWM周期时间后PWM=1，此时下一个PWM周期重新开始。通过判断编码器的选择方向，即可对色温以及亮度进行增减控制。本方案的亮度以及色温控制方法采用单片机产生的PWM波进行统一控制。通过设置Set_PWM的值即可对输出的PWM波进行占空比调整，即可实现对单路输出进行控制。结合旋转编码器返回的值设定三路PWM波增减占空比输出，就能对LED的色温进行控制。设定PWM级Set_PWMle

23、vel即可实现同时对三路输出进行控制，总体效果是实现了亮度的控制，不过PWM级的设定有一定要求，太高的话人眼看上去会感觉到LED在闪烁。经过反复调试，本设计PWM级设定为150时人眼基本感觉不到LED闪烁。亮度及色温的显示：为了直观的显示当前设定的的亮度/色温等级，本方案采用数码管分别交替显示亮度以及色温信息。当用户切换到色温调节时，色温等级采用四位数码管显示；当用户切换到亮度调节时，亮度等级采用两位数码管显示。2.3.4 LED放大驱动模块三色LED采用共阳LED，它的封装以及引脚分布方式如下：图（2-3-4-1）LED封装以及引脚分布由于单片机IO口输出电流有限，难以对本方案的LED进行有

24、效的驱动。遂对三路的输出进行进一步的放大，放大方法是直接采用三只晶体管进行放大。为了防止LED管烧掉，每路需要添加一个1K的电阻来限流。结合各路光强可调的控制输入的要求，每路光强采用一个100K的滑动变阻器控制每路led的光强，得到的电路原理图有如下两个方案：方案（一）：放大后利用滑动变阻器与LED并联接地来分流，从而实现亮度控制。方案（二）：普遍用法，就是利用滑动变阻器控制三极管的基极的电流来实现。通过实际反复调试比较以上两个方案，得出方案（二）对LED的控制效果比方案一对的差，最后采用了方案（一）的原理。2.3.5各系统的衔接与总原理图此方案是否可行关键在于这四个部分的电路能否同时合理有效

25、地工作，合理地设计各个模块以及对各个模块的衔接是实行此方案的重要步骤。经过实际研究与调试，得到个系统的衔接方案如下：1.电源模块的输出直接连到单片机以及显示放大等模块的输入端；2.旋转编码器AB信号输入直接连接单片机的P2.0,P2.1口，按键功能连接P2.2口；3.数码管显示模块直接占用单片机的P1,P3口；4.三路输出为单片机的P2.5,P2.6,P2.7口。3 硬件设计3.1 各个模块的硬件设计1.单片机最小系统的硬件设计，其电路原理图如下所示：图（3-1-1）单片机最小系统原理图2. 各路光强放大以及可调的控制电路设计，其电路原理图如下所示：图（3-1-2）各路光强放大以及可调原理图3

26、. 旋转编码器与单片机连接控制电路设计，其电路原理图如下所示：图（3-1-3）各路光强放大以及可调原理图4. 数码管显示电路设计，其电路原理图如下所示：图（3-1-4）数码管显示原理图5. 电源电路设计，其电路原理图如下所示：图（3-1-5）电源电路原理图完成各系统的衔接后，经过计算机电路辅助设计，得到的总原理图参见附录二。3.2 元器件选择的依据以及元件参数的确定1.电阻：电阻的主要参数有阻值、功率、精度等。本系统555多谐振荡电路对于电阻器的精度一般无特别要求。为提高电路工作的稳定性,以选用金属膜电阻为宜。功率的选择又电路中消耗的功率大小来决定。功率选择太小,发热严重,甚至烧毁。所以单片机

27、复位电路的电阻选取金属膜电阻R1=10K。LED限流电阻R3,R4,R5取1K，各路调节滑动变阻器取100K。2.电容器：功率放大电路中用涤纶电容器和电解电容较多。涤纶电容器无极性电解电容有极性电容器的主要参数是容量和耐压值。在高保真功率放大电路中为达到良好的频响效果耦合退耦电容器以选用 损耗低漏电小的电容器如阻电容器聚苯乙烯电容器等更好。为确保音调电路提升和衰减的准确性有关电容器的误差应小于5%。所以复位电路选定电解电容C1=10uf,晶振电路电容C2,C3取30pf。3.开关：根据设计实际要求，复位电路采用触点键盘开关。4.电源：根据芯片的工作要求，电源一般用5V电源，可由usb电源提供。

28、5.旋转编码器：采用五脚梅花柄20mm旋转编码器EC11旋转编码器。6.数码管：应采用四个共阴7段数码管。7.单片机芯片：采用STC89C52RC芯片。3.3 PCB原理图与电路图布线设计应用计算机DXP2004软件设计印刷电路板,过程如下:准备上述电路原理图,根据设计要求设计电路原理图并绘制原理图,放置元件，对各部件进行封装,然后由该原理图文件生成相应的网络表，导入PCB图。元件的布局应合理，元件的布局应该采用手工布局，按键等原件应等该合理按顺序排好，各芯片对整齐等。布线方式采用自动布线加手动调整。根据设计，电路确定电路板的尺寸定义为10cm*10cm，PCB板应采用双面板。参数设置，设置电

29、路线宽：0.8mm；安全距离：0.4mm，其余参数应严格参照制作电路板的要求进行设置，最终得到的PCB图参见附录三。3.4 硬件制作电路板采用腐蚀覆铜PCB板的方法制作。将敷铜板裁成电路图所需尺寸,将电路图打印到蜡纸上，将双面的电路图对整齐，利用热转印把蜡纸上的电路图再印到覆铜的PCB板上，然后进行腐蚀，打磨，钻孔等。需注意的是打印电路图时应采用反面印刷，这样转印到铜板的电路图才是正确的，双面板亦如此。元件的焊接。因条件和时间限制的原因，板子采用手工电烙铁焊接。为了调试方便与芯片的便捷更换，所有芯片管脚先采用圆孔插针代替焊接到电路板上，其余元件按照原理图一一焊接到PCB板上。先放置与结构有关的

30、固定位置的元器件，如电源插座、开关、连接件之类，这些器件放置好后再放置线路上的特殊元件和大的元器件， IC等，最后放置小器件等。4 软件设计4.1 PWM波产生单片机产生PWM波的方法：51系列单片机无PWM输出功能，可以采用定时器配合软件的方法输出, 一般可以使用两个定时器来实现，定时器在工作方式2的八位重装模式下定时比较准确，本方案使用T0和T1,.用T0定时器完成PWM输出，脉宽固定，T1来决定高平的宽带来进行PWM调制。单片机产生单路PWM波程序主要C语言代码：void Timer0(void) interrupt 1 / 定时器0 PWM 控制TH0 = (65536 - 1) /

31、256; / 定时时间 可以修改TL0 = (65536 - 1) % 256;counter+;if (counter = Set_PWMlevel) counter = 0; / PWM级if (counter = Set_PWM) out0 = 0;else out0 = 1;在中断子程序内，设置一个变量,如counter,在中断子程序内应有3条重要的语句:1：当counter = Set_PWMlevel时，counter清零(此语句保证频率)。2：当counter Set_PWM 时(Set_PWM可通过旋转编码器控制)，让单片相应的I/O口输出高电平，当time0;m-)for(n

32、=90;n0;n-);根据flag的值，结合先前旋转编码器方向判断方法，即可得到亮度/色温的判断与调节方法：(Last_signal=0)&(Current_signal=1)&(flag=1)/表示编码器正转，flag=1调节色温+ (Last_signal=0)&(Current_signal=1)&(flag=-1)/表示编码器正转，flag=-1调节亮度+(Last_signal=1)&(Current_signal=0)&(flag=1)/表示编码器反转，flag=1调节色温-(Last_signal=1)&(Current_signal=0)&(flag=-1)/表示编码器反转，f

33、lag=1调节亮度-4.4 数码管亮度和色温交替显示在单片机程序设计里定义两个全局变量num和ligthlevel。num标示色温的数值，其值范围在010000之间，色温的显示单位为100，即其中有两只数码管负责显示两个“0”。ligthlevel标示亮度的数值，其值范围在0100之间。在每次循环后，采用单片机的P0和P3口对两个数码管进行静态的方式显示。若显示色温时将后面两只数码管点亮，若显示亮度时将后面两只数码管熄灭，这个操作由单片机的P0.1口输出控制三极管来驱动七段数码管完成：if(flag=1)/此时显示色温等级s=num/10;g=num%10;P1=tableg;P3=table

34、s;P0.1=0;if(flag=-1) /此时显示亮度等级4.5 软件总体设计经过以上对各个模块进行软件设计，对各个模块进行封装与调用，得到的单片机C语言源码见附录四。5 系统调试5.1 电源模块的调试把做好的板子加上电源，其余模块皆断开连接。通过按键检测输出是否合理。经过实际调试，当按下键盘时输出波形会有抖动，这是按键抖动产生的放大效果，为了消除这一效果，可以通过并联一个电容来解决。严格来说，这并不会影响到其他模块所需的高低电平信号，因此可认为电源开关模块系统正常工作。但是，在最后的调试时，发现一键开关电路的功能有点复杂，调试时候无意中得到同学的建议，发现这个模块完全可以用一个锁键开关来代

35、替它的功能。锁键开关是一个有留个引脚的开关，结构简单，允许大电流通过，广泛用于电源的控制上。这种自锁开关是一种常见的按钮开关，在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。早期的直接完全断电的电视机、显示器就是使用的这种开关。本方案最后替换的自锁开关引用了开关这个功能使得制作成本大大减小。5.2 旋转编码器输入的调试经过检测单片机芯片各个引脚的输出高低电平正常后，把旋转编码器接到单片机对应的引脚上，其它模块位置留空。接上电源，利用串口助手软件观察单片机接收到P2.0以及P2.1引脚的高低电平情况。当旋钮沿着顺时针旋转时，单片机接收到P2.0口

36、的电平上升沿比P2.1口的稍稍落后。当旋钮沿着逆时针旋转时，单片机接收到P2.0口的电平上升沿比P2.1口的稍稍超前，这说明单片机接收到P2.0以及P2.1引脚的高低电平与预期的一样，所以单片机能正常地接收到旋转编码器的正反旋转不同相位的电平，这样就可以认为单片机可以通过旋转编码器来实现增减控制。检测到引脚的电平变化符合判断函数的要求，所以认为旋转编码器正常工作。5.3 数码管显示调试经过检测单片机芯片各个引脚的输出高低电平正常后，把数码管接到单片机对应的引脚上，其它模块位置留空。接上电源，结果数码管不亮。检查数码管得知，该数码管是共阳数码管，所以不能点亮，这是由于元件采购出错照成的。由于电路

37、需要的是共阴数码管，重新购置四个共阴数码管重新接上后数码管才亮，但是并没有正常的数字数显示。通过查询数码管芯片资料以及检查数码管得知，这是在程序设计上出现疏忽。原来程序采用了共阳数码管的字码表，由于七段数码管共阴和共阳的字码表不一样造成显示混乱。最后实际调试表明数码管收到单片机引脚输出信号后发出显示必须与其字码表相对应才能正常显示。最后数码管显示模块得以正常工作。5.4 LED驱动放大模块的调试对单片机的P2.5,P2.6,P2.7三路输出的PWM波进行检测。在检测同时不断改变占空比，发现波形与实际要求的占空比相近。然后对三极管放大电路进行调试，因为本方案采用放大后利用滑动变阻器与LED并联接

38、地来分流，从而实现亮度控制。而滑动变阻器不同的规格有不同的电流限制大小，如果电流太大可能会使得滑动变阻器工作不正常。经过测试，本方案的工作电流均符合滑动变阻器规定的限流范围内，因此不需要考虑采用大功率的滑动变阻器。三路输出正常后，随后对三极管放大功能进行调试。因为三极管8050是非常常见的NPN型晶体三极管，在各种放大电路中经常看到它，每只管子最大集电极电流0.5 A，应用范围很广，主要用于高频放大。实际测试表明这种型号的管子符合PWM波的放大然后驱动三色LED的需求，而且在调节滑动变阻器时，每路LED的颜色亮度随着滑动变阻器的旋转而改变。5.5 总体调试经过上述几个步骤的调试，在保证各个模块

39、的正常工作后，把各个模块统一衔接起来一起进行最后的总体调试，其过程遇到了不少问题。最开始的时候发现一上电数码管就全亮，这属于不正常现象，而且旋转旋钮时LED也没有反应。利用万用表检测单片机各个引脚的电平输出情况，发现单片芯片不工作。然后仔细排查电路板的连接情况，发现了单片机最小系统里与晶振相连的两个30pF的电容断路了。按照设计要求，这两个电容应该是连接在一起的。发现了这个问题后，将这两个断开的电容重新焊接在一起，然后再上电。这时LED灯随着旋转编码器的控制而改变了色温，但是数码管显示亮度不正常。再次排查板子的焊接情况，发现电路板上有两只数码管的共阴极部分存在虚焊现象，把虚焊部分重新补焊后，发

40、现数码管显示正常。这说明了之前数码管显示亮度不足是由于引脚虚焊造成的。经过这几步调试，最终板子的功能基本得以实现。6 结论经过这十几天的设计制作以及调试，有以下几点总结：设计总结：在画原理图时为了避免电路走线的混乱，应该善于利用总线跟网络标号这两个工具，这样能使电路原理更加清晰明了。了便于调试，各模块应该合理分开摆放在合适的位置。为了便于人工焊接，应把尽量保证板子上层的焊接点尽量少。该电路没有涉及到高频模块，因此没有考虑到干扰这方面。但是有以下几点是要注意的：电路原理的正确性。这是制作电路板最基本、最重要的要求，准确实现电原理图的连接关系，避免出现“短路”和“断路”这两个简单而致命的错误。这一

41、基本要求在手工设计和用简单CAD软件设计的PCB中并不容易做到，一般的作品都要经过两轮以上试制修改，功能较强的CAD软件则有检验功能，可以保证电气连接的正确性。电路的可靠性。连接正确的电路板不一定可靠性好，例如模块选择不合理，元件及安装固定不正确，元器件布局布线不当等都可能导致PCB不能可靠地工作。再如多层板和单、双面板相比，设计时要容易得多，但就可靠而言却不如单、双面板。从可靠性的角度讲，结构越简单，使用面越小，板子层数越少，可靠性越高。两面板布线时，两面的导线宜相互垂直、斜交、或弯曲走线，避免相互平行，以减小寄生耦合。电路的合理性。这是PCB设计中更深一层，更不容易达到的要求。一个印制板组

42、件，从印制板的设计、制作、装配、调试，无不与印制板的合理与否息息相关，例如板子形状选得不好加工困难，引线孔太小装配困难，没留试点高度困难，板外连接选择不当维修困难等等。每一个困难都可能导致成本增加，工时延长。而每一个造成困难的原因都源于设计者的失误。没有绝对合理的设计，只有不断合理化的过程。它需要设计者的责任心和严谨的作风，以及实践中为断总结、提高的经验。制作总结：在转印电路时，应先用订书机将蜡纸上的电路图对齐好，再讲覆铜板插入中间进行热转印，这样能够较好地保证转印出来的PCB板的电路以及通孔对称上。转印有时会将蜡纸上的一层薄膜同时附到板子上，附有薄膜的地方会腐蚀不到，影响了腐蚀效果。为了较好

43、的进行腐蚀，转印后应先检查板子表面是否有一层氧化薄膜，如果有应先将此层膜小心刮掉再进行腐蚀。腐蚀的时候，应把握好时间，不让板子腐蚀过度或者腐蚀未完全。腐蚀过程中应尽量避免吸入反应产生的有毒气体。钻孔时应从板子的正面钻入，这会有利于元件的插入以及焊接。焊接元件时，先放置与结构有关的固定位置的元器件，如电源插座、开关、连接件之类，这些器件放置好后再放置线路上的特殊元件和大的元器件， IC等，最后放置小器件等。调试总结：调试应该分模块进行，类似状态变量法，各模块调试先后按照信号流动的顺序进行，最后一起调试，遵循先部分后整体的原则。调试时应严格对照芯片的功能表进行一一检测各芯片元件的功能，若发现问题，要把问题一点一点缩小，这才能找到问题所在。硬件电路焊完之后，在上电之前一定要先用万用表检测电源和地之间是否短路。上电之后要用示波器观察信号的在电路中变化的情况，与设计当初的情况相比较，找出差别，并进行分析。在系统各个部分都调试完毕之后，即可以进行整个系统的调试。由于前面各个部分的调试做的都比较充分，所以在实际调试过程中，能够较顺利的实现整个系统预期的功能。系统的性能分析：经调试分析，此系统的单片机与LED色温，亮度模块，数码管显示等均能稳定正常工作。当旋转滑动变阻器时，每