基于單片機的LED調光臺燈電路的設計

張彪

摘要：本文介紹了一種使用單片機進行控制的LED調光臺燈電路的設計，設計中采用STC15W401AS低成本單片機作為控制器，選用GS6200驅動芯片工作于降壓模式驅動LED燈珠；單片機內置的AD轉換器采集調光旋鈕的模擬量并轉換為數字量，用于控制PWM輸出信號的占空比，實現對LED的平滑調光，該電路結構簡單、成本低，可有效避免調光過程中的閃爍現象，通過更改電源模塊，可驅動高達10W的LED燈。

關鍵詞：單片機 LED調光 PWM

中圖分類號：TP272 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0129-01

1 引言

LED被稱為第四代照明光源或綠色光源，具有節能、環保、壽命長、體積小等優勢，已受到國家和各級政府的重視。在當前低碳經濟形勢下，LED照明產業市場不斷升溫，目前，LED照明技術已應用到各個領域當中，在日常生活照明中LED照明得到了廣泛的應用，很多廠商都推出了LED照明燈具；但在日常照明中有時需要對亮度進行調節，這就需要對LED進行調光控制，如果調光過程不平滑就會出現LED閃爍現象，會使人眼感覺不適，甚至對人眼造成傷害；本文針對這一問題，利用單片機輸出PWM波，配合LED驅動電路實現平滑調光，避免了LED閃爍。

2 硬件電路設計

2.1 控制器

設計中選用國產的STC15W401AS（SOP16封裝）單片機作為控制器，該控制器是宏晶公司生產的低成本單時鐘周期（1T）單片機，內含1K字節Flash，512字節SRAM和4K字節的EEPROM，其優點是工作電壓范圍寬（2.5V-5.5V），速度快（相同時鐘頻率時比普通8051單片機速度快8-12倍），可靠性高，功耗低，抗干擾能力強，且支持ISP編程，指令代碼完全兼容傳統8051單片機。

單片機內部集成了高精度R/C時鐘電路，高可靠復位電路，3路CCP/PWM/PCA，比較器，10位高速A/D轉換器（30萬次/秒），高速UART和SPI接口等豐富的外設資源，降低了設計成本及設計的復雜性，縮短產品的開發周期。單片機引腳如圖1所示，最多可提供14個I/O，滿足本設計的要求。

2.2 LED驅動電路

LED驅動電路主要由GS6200驅動芯片及外圍的二極管、電容、電感、電阻等元件組成。GS6200是一款高效率、恒流、恒壓充電芯片，可靠性高，輸入電壓范圍可由4.5V到40V，輸出電壓1.3V到37V可調整，輸出電流可達2A，固定52KHz的開關頻率，其應用電路非常簡單，外圍器件極少，并具有過壓保護，開關控制功能。圖1中LED驅動電路部分VIN+與VIN-為直流電壓輸入；LED+與LED-為電壓輸出連接LED燈珠；EN為開關控制引腳，低電平有效，單片機輸出的PWM信號由該引腳輸入，實現PWM調光。電路工作于降壓模式，電壓的輸入范圍5V-35V，輸出電流在350mA左右，可驅動1-10顆1W LED燈珠。

2.3 LED燈珠

根據電源電路的設計，LED選用3顆1W大功率LED燈珠，燈珠的工作電流為350mA，光通量約為120流明，正向電壓3.2V，功率1W，發光角度為140度。經測試3W的LED臺燈完全能滿足照明要求，設計中LED燈珠必須安裝鋁基散熱裝置，以防止LED燈珠過熱損壞。

2.4 電源及控制器電路

市電經變壓、整流輸出15V左右的直流電壓，后經7809和1117-5電源芯片分別輸出9V和5V的直流電壓，分別為LED及單片機供電；圖1中LED0為工作指示燈，單片機通過P1.2引腳采集調光旋鈕的模擬電壓信號，經內部AD轉換器，轉換為數字信號，將該數字信號轉換為PWM信號的占空比，對PWM模塊進行配置，達到實時調光的目的。為避免LED閃爍，PWM輸出信號的頻率為5KHz。

3 軟件設計

電路上電LED0指示燈亮，系統進行初始化配；單片機采集P1.2引腳模擬電壓值（參考電壓為5V），進行AD轉換，設計中設置AD轉換器工作于8位模式，模擬電壓信號被轉換為8位數字量，該數字量用于控制PWM信號的占空比的變化（理論可達到256級調光）。PWM信號由P3.7引腳輸出，該引腳需配置為強推挽輸出模式，在與GS6200的EN引腳連接前需串接限流電阻。

4 結語

本文使用單片機輸出PWM波對LED驅動芯片進行開關控制，實現對3W LED臺燈的平滑調光，實際中可根據需求調整電源電路，提高輸出電壓，以驅動更高功率的LED燈；同時可將AD配置成10位精度，增大調光級數，使調光更加平滑。

參考文獻

[1]徐愛鈞.編著.STC15增強型8051單片機C語言編程與應用[M].電子工業出版社，2014.

[2]來清民.編著.高亮度LED照明及驅動電路設計[M].北京航空航天大學出版社，2012.