基于单片机的LED调光台灯电路的设计

张彪

摘要：本文介绍了一种使用单片机进行控制的LED调光台灯电路的设计，设计中采用STC15W401AS低成本单片机作为控制器，选用GS6200驱动芯片工作于降压模式驱动LED灯珠；单片机内置的AD转换器采集调光旋钮的模拟量并转换为数字量，用于控制PWM输出信号的占空比，实现对LED的平滑调光，该电路结构简单、成本低，可有效避免调光过程中的闪烁现象，通过更改电源模块，可驱动高达10W的LED灯。

关键词：单片机 LED调光 PWM

中图分类号：TP272 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）07-0129-01

1 引言

LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等优势，已受到国家和各级政府的重视。在当前低碳经济形势下，LED照明产业市场不断升温，目前，LED照明技术已应用到各个领域当中，在日常生活照明中LED照明得到了广泛的应用，很多厂商都推出了LED照明灯具；但在日常照明中有时需要对亮度进行调节，这就需要对LED进行调光控制，如果调光过程不平滑就会出现LED闪烁现象，会使人眼感觉不适，甚至对人眼造成伤害；本文针对这一问题，利用单片机输出PWM波，配合LED驱动电路实现平滑调光，避免了LED闪烁。

2 硬件电路设计

2.1 控制器

设计中选用国产的STC15W401AS（SOP16封装）单片机作为控制器，该控制器是宏晶公司生产的低成本单时钟周期（1T）单片机，内含1K字节Flash，512字节SRAM和4K字节的EEPROM，其优点是工作电压范围宽（2.5V-5.5V），速度快（相同时钟频率时比普通8051单片机速度快8-12倍），可靠性高，功耗低，抗干扰能力强，且支持ISP编程，指令代码完全兼容传统8051单片机。

单片机内部集成了高精度R/C时钟电路，高可靠复位电路，3路CCP/PWM/PCA，比较器，10位高速A/D转换器（30万次/秒），高速UART和SPI接口等丰富的外设资源，降低了设计成本及设计的复杂性，缩短产品的开发周期。单片机引脚如图1所示，最多可提供14个I/O，满足本设计的要求。

2.2 LED驱动电路

LED驱动电路主要由GS6200驱动芯片及外围的二极管、电容、电感、电阻等元件组成。GS6200是一款高效率、恒流、恒压充电芯片，可靠性高，输入电压范围可由4.5V到40V，输出电压1.3V到37V可调整，输出电流可达2A，固定52KHz的开关频率，其应用电路非常简单，外围器件极少，并具有过压保护，开关控制功能。图1中LED驱动电路部分VIN+与VIN-为直流电压输入；LED+与LED-为电压输出连接LED灯珠；EN为开关控制引脚，低电平有效，单片机输出的PWM信号由该引脚输入，实现PWM调光。电路工作于降压模式，电压的输入范围5V-35V，输出电流在350mA左右，可驱动1-10颗1W LED灯珠。

2.3 LED灯珠

根据电源电路的设计，LED选用3颗1W大功率LED灯珠，灯珠的工作电流为350mA，光通量约为120流明，正向电压3.2V，功率1W，发光角度为140度。经测试3W的LED台灯完全能满足照明要求，设计中LED灯珠必须安装铝基散热装置，以防止LED灯珠过热损坏。

2.4 电源及控制器电路

市电经变压、整流输出15V左右的直流电压，后经7809和1117-5电源芯片分别输出9V和5V的直流电压，分别为LED及单片机供电；图1中LED0为工作指示灯，单片机通过P1.2引脚采集调光旋钮的模拟电压信号，经内部AD转换器，转换为数字信号，将该数字信号转换为PWM信号的占空比，对PWM模块进行配置，达到实时调光的目的。为避免LED闪烁，PWM输出信号的频率为5KHz。

3 软件设计

电路上电LED0指示灯亮，系统进行初始化配；单片机采集P1.2引脚模拟电压值（参考电压为5V），进行AD转换，设计中设置AD转换器工作于8位模式，模拟电压信号被转换为8位数字量，该数字量用于控制PWM信号的占空比的变化（理论可达到256级调光）。PWM信号由P3.7引脚输出，该引脚需配置为强推挽输出模式，在与GS6200的EN引脚连接前需串接限流电阻。

4 结语

本文使用单片机输出PWM波对LED驱动芯片进行开关控制，实现对3W LED台灯的平滑调光，实际中可根据需求调整电源电路，提高输出电压，以驱动更高功率的LED灯；同时可将AD配置成10位精度，增大调光级数，使调光更加平滑。

参考文献

[1]徐爱钧.编著.STC15增强型8051单片机C语言编程与应用[M].电子工业出版社，2014.

[2]来清民.编著.高亮度LED照明及驱动电路设计[M].北京航空航天大学出版社，2012.