基于PWM控制的LED亮度调节方法

基于PWM控制的LED亮度调节方法

作者：王雁 杜贵府 呼小亮

来源：《科学与财富》2011年第05期

[摘 要] 随着LED在照明领域的发展，其控制方法也在逐步提高。而PWM技术利用数字输出来对模拟电路进行控制的优点被应用于众多领域。该文简述了利用单片机产生PWM波来控制LED亮度的方法，同时介绍了硬件电路和软件设计的要点。 [关键词] LED PWM 单片机 0、引言

当前社会能源短缺的忧虑再度升高，节约能源成为经济发展面临的重要问题。LED是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射。LED具有环保、节能、寿命长、体积小等特点，广泛应用于普通照明和各种指示、显示等领域。作为一种新型绿色光源产品，LED将成为未来照明领域的发展趋势。LED的亮度调节有多种方法。可以模拟电压和电流可直接用来进行控制。尽管模拟控制看起来可能直观而简单，但模拟电路容易随时间漂移，因而难以调节。此外，利用模拟电路调节还有可能严重发热。

PWM即脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种技术，广泛应用在测量、通信和功率变换的领域中。PWM控制信号从处理器到被控系统都是数字形式的，而无需进行数模转换，可以有效的降低噪声的影响。在电力电子技术中，PWM脉宽调制的方法有很多，比如：相电压控制PWM、电流控制PWM和矢量控制PWM等。在简单的系统中可以利用单片微机通过程序产生PWM波形来实现控制作用。该电路利用单片微机产生PWM波，并驱动开关器件的动作，利用脉冲占空比实现LED的亮度调节。 1、单片机产生PWM波的分析

PWM控制技术主要应用在电力电子技术等相关行业。由于其四象限变流的特点，可以反馈再生制动的能量，对于节能技术的发展起到积极意义。目前电力电子行业中应用的PWM波频率一般从几十千赫兹到上百千赫兹。这样，在开关电源和运动控制中才能有效的提高系统的精度。在较为简单的、对控制精度要求不是太高的场合下，开关器件所需要的PWM波可以利用单片微机来产生。

MCS51单片机的晶振频率一般为12MHz，且内部含有两个16位可编程定时器/计数器，计数器的位数可设置为16位，13位，8位。计数器位数16，振荡周期12分频后脉冲计数，则计数一次为1us，每个PWM周期为65536us，频率为1*1000000/65536=15Hz。频率太低，导

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致开关电源严格的电惯性。计数器位数13，振荡周期12分频后脉冲计数，则计数一次为1us，每个PWM周期为8192us，频率为1*1000000/8192=122Hz。音频范围之内，不可忍受。计数器位数8，振荡周期12分频后脉冲计数，则计数一次为1us，每个PWM周期为256us，频率为1*1000000/256=3906Hz，基本可以符合简单系统的设计要求。

在单片机产生PWM波的电路中通过设置按键来实现占空比的调节。当检测到“提高占空比”按键出现高电平时，系统通过中断程序，重新装入定时器/计数器的初值，执行完中断程序后就可以以新的占空比产生PWM波。以此来实现利用PWM占空比控制LED的亮度。 2、电路组成

该电路主要包括PWM产生部分和LED亮度调节部分。PWM波产生部分主要是利用MCS51单片机，通过程序设计来实现。单片机电路设计两路按键，来实现控制PWM波占空比的升高和降低。PWM波经单片机的I0.0引脚输出后驱动开关器件，控制开关器件的通断。大电感主要是用来减小波形的脉动，时输出波形平稳，从而提高输出电流质量。电解电容C1起稳定电压的作用。该电路如下图所示： 图1整体电路组成 3、软件设计

软件设计主要是通过设计程序使单片机可以产生PWM波，并可以通过按键来升高和降低输出波形的占空比。PWM波的产生程序主要是利用MCS51单片机的定时器/计数器来实现。首先，对系统进行初始化。初始化程序中需要对定时器T0设置初值。主程序程序执行后，定时器T0进入定时工作状态。当定时时间到达设定值时，I0.0输出电平翻转，并进入中断程序，重新装入定时器初值。当检测到按键出现高电平时，表示有“升高”或“降低”占空比的信号出现，系统进入中断程序，执行中断程序，改变定时器的初值并重新装入。

在PWM占空比调节过程中，由于简单的MCS51单片机没有硬件的PWM功能，为了保证改变占空比时频率不变，必须要通过软件进行计算重新装入的初值。一种方法可以设置两个定时器T0、T1，T0装入输出高电平的时间，T1装入输出低电平的时间。当改变占空比时，同时改变T0、T1的初值，在T0初始值增加n的同时，使T2的初始值减小n。这样T0和T1中的定时时间总和不变，就可以保证在改变占空比时输出波形频率不变。 4、结语

利用PWM控制LED亮度的方法中，PWM控制信号是数字形式的，可以有效的降低干扰和噪声。由于单片机一般的工作频率较低，因此产生的PWM波的频率有限，只能使用较为简单且要求较低的电路中。但是PWM作为大功率的调节手段，相对于发热严重的模拟电路有很大的优势。因此，该方法有进一步提高的必要。

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参 考 文 献

［1］王效华，牛思先.基于单片机PWM控制技术的实现［J].武汉理工大学学报，2010,(1):94-96.

［2］耿宝林.LED照明系统的分析与设计［J］.科技创新导报,2010,（08）：83-83. ［3］涂冰峰.绿色光源——LED光源的发展前景［J］.内江科技，2010，（6）：46-186.■ 注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文