一種多功能LED臺燈設計方案

　　1.7 按鍵系統(tǒng)

　　按鍵控制系統(tǒng)由S2~S5 五個按鍵組成，分別為S2 時間設置鍵、S3 數(shù)值增大鍵、S4 數(shù)值減小鍵、S5 鬧鐘設置鍵以及S6 亮度調節(jié)鍵。S2 用于選擇需要調整的時間日歷以及鬧鐘參數(shù)，并作為時間日歷參數(shù)的存儲確認鍵。S3 與S4 用于調整被選參數(shù)值的大小。S5 用于鬧鐘查看與存儲確認鍵。S6 用于LED 燈光10 級亮度的調節(jié)鍵。

　　1.8 電源系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)設計最大功率約1.6W,可采用電池或穩(wěn)壓電源多種方式供電。由于系統(tǒng)光源采用20 只LED 燈珠并聯(lián)組成，所以LED 恒流驅動芯片PT4115 供電電源在6~30V 電壓范圍內均可使LED 燈正常使用。但單片機供電系統(tǒng)采用三端穩(wěn)壓芯片7805,該線性穩(wěn)壓芯片正常工作輸入電壓與輸出電壓差值應至少高于2V,若差值過大會增加額外功耗。因此，本系統(tǒng)宜選用2 節(jié)4.2V 鋰電池或9V 的穩(wěn)壓電源方式供電。同時，本文LED 恒流驅動系統(tǒng)設計簡潔靈活，可根據用戶需求適當調整驅動電路參數(shù)，即可擴展LED 照明功率，最大可至10W左右。

2 系統(tǒng)軟件設計

　　該系統(tǒng)控制程序主要包含系統(tǒng)初始化程序、實時時鐘芯片處理程序、溫度傳感器芯片處理程序、液晶顯示程序、鍵盤檢測與處理程序、鬧鐘中斷以及定時器產生PWM 程序構成。

　　2.1 系統(tǒng)主程序

　　系統(tǒng)主程序主要包括系統(tǒng)初始化程序(包括I/O 口初始化、DS12C887 時鐘芯片初始化、液晶1602 的初始化、外部中斷0 與定時器T0 設置)、按鍵檢測和處理程序、時鐘數(shù)據的讀取與處理程序、溫度數(shù)據的讀取與處理程序、液晶顯示程序、鬧鐘報警的判斷和處理程序、PWM 調光處理程序等。程序中設置鬧鐘標志位Flag_ri,一旦鬧鐘時間到達，時鐘芯片IRQ引腳觸發(fā)外部中斷0,進入中斷程序則置Flag_ri=1,用于主程序中鬧鐘報警的判斷與處理。

　　系統(tǒng)主程序流程圖如圖10 所示。

　　圖10 主程序流程圖

　　2.2 按鍵檢測和處理程序

　　按鍵控制系統(tǒng)由S2~S6五個按鍵組成，分別為S2時間設置鍵、S3數(shù)值增大鍵、S4數(shù)值減小鍵、S5鬧鐘設置鍵以及S6亮度調節(jié)鍵。S2用于選擇需要調整的時鐘以及鬧鐘參數(shù)，根據S2按下次數(shù)，依次選擇秒、分、時、星期、日、月、年，液晶屏上被選參數(shù)下方以光標閃爍狀態(tài)提示，再通過按下S3或S4調整被選參數(shù)值的大小，S2按下累積8次時，則退出選擇功能并保存當前數(shù)據至時鐘芯片。S5用于鬧鐘時間的查看與設置;首次按下S5,1602液晶屏第二行顯示已設置的鬧鐘時間;可通過S2、S3與S4重新設置鬧鐘時間;再次按下，則退出鬧鐘查看功能并保存當前設置的鬧鐘參數(shù)至時鐘芯片。同時，S3與S4還可獨立作為鬧鐘產生時的取消鍵與LED燈光的關閉鍵。S6實現(xiàn)LED燈光亮度的10級調節(jié)，每按一次，LED亮度增大一級;當達到亮度最大時，再次按下則關閉LED燈光。每次有按鍵按下，蜂鳴器都以短'滴'聲提示。按鍵檢測與處理流程圖如圖11所示。

　　圖11 按鍵檢測與處理流程圖

　　2.3 鬧鐘中斷程序

　　系統(tǒng)到達設置的鬧鐘時間，DS12C887 時鐘芯片IRQ 引腳輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?，作為單片機P3.2 口INT0 中斷的申請輸入，并可通過讀取DS12C887 芯片的C 寄存器來清除IRQ 引腳輸出。因此，將外部中斷INT0 設置為負跳變沿觸發(fā)中斷，并設置鬧鐘標志位Flag_ri,鬧鐘時刻到達時設置Flag_ri=1,用于主程序中的鬧鐘報警處理。鬧鐘中斷程序如圖12 所示。

　　圖12 鬧鐘中斷流程圖

2.4 定時器中斷程序

　　為產生調節(jié) LED 燈光亮度的PWM 信號，定時器T0 設置為工作方式0,即13 位計數(shù)器定時，最多裝載數(shù)值為213=8192 個。因為系統(tǒng)晶振采用12MHz,賦值使TH0=(8192-400)/ 32 與 TL0=(8192-400)%32,即可實現(xiàn)400μ S 的定時中斷。10 次中斷(即4mS)作為一個周期，通過調節(jié)每個周期內單片機P1.1(該控制口名稱定義為LED_PWM)輸出的占空比來產生PWM 脈沖信號，以控制PT4115 恒流驅動芯片實現(xiàn)LED 燈的10 級亮度調節(jié)。

　　程序設置對T0 中斷次數(shù)(即定義為T0_num)進行計數(shù)，以便判斷一個周期到否;同時判斷比較高電平脈沖個數(shù)(即定義為scale 值，由調光鍵S6 按下次數(shù)設置)用于實現(xiàn)不同亮度等級的調節(jié)。在定時器T0 中斷服務程序中，首先T0 重新裝入定時為400μ S 的初值;定時器中斷次數(shù)T0_num 加1,判斷一個方波周期到否，若到達，令T0_num 歸零，并將P1.1口輸出電平置高(即LED_PWM=1);如果一個方波周期還沒到，則與亮度等級scale 值作比較，判斷高電平脈沖個數(shù)scale 到否，若到達，令P1.1 口輸出電平置低(即LED_PWM=0)，否則繼續(xù)保持P1.1 口輸出高電平(即LED_PWM=1);而后中斷返回，等待下一次定時中斷。

　　這樣，P1.1 口就產生了所需的PWM 調光信號。定時器生成PWM 流程圖如圖13所示。

　　圖13 定時器生成PWM流程圖

　　3 實驗結果

　　根據以上設計方案，本文制作了該款基于PWM 調光的多功能LED 臺燈。經調試后系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，基本可以滿足家庭生活的使用要求。系統(tǒng)工作時，最低功率(即LED 熄滅狀態(tài))為0.28W;最大功率(即LED 最高亮度狀態(tài))約為1.52W;同時，液晶顯示時間、日歷與溫度數(shù)據準確，鬧鐘功能穩(wěn)定。實物照片如圖14 所示。

　　圖 14 實物照片