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中心議題：

• 基于DAC0832的LED亮度控制系統設計
• 硬件電路設計

解決方案：

• 用單緩沖方式輸入數據
• 選用LM336—5型隱埋式齊納二極管

• 利用多路開關和電壓保持電路實現變化控制

引言

LED在城市化的過程中功不可沒，各種夜景燈牌和廣告顯示屏，都在日益充斥人們新奇的眼球。以往霓虹燈的發光體只有亮和滅兩種狀態，亮度都是突然變化的，往往給人一種圖案變化生硬的感覺；而現在很多霓虹燈已經實現了發光體亮度逐漸變化，這樣形成的各種變化的霓虹燈圖案更加柔和、流暢。控制發光體亮度變化總體上可以分為模擬方法和數字方法，其中通過單片機控制D/A轉換器實現發光體亮度控制的方法具有電路簡單、維護和調整方便的特點，是當前霓虹燈控制的發展方向。霓虹燈的發光體以氣體放電燈管為主，現在隨著高亮度發光二極管的產生，壽命長、能耗低的LED燈牌應用越來越廣泛。這里討論應用DAC0832在單片機控制下如何控制多個發光二極管的亮度變化。

1　硬件電路設計

通過單片機和D/A轉換芯片DAC0832控制三個發光二極管亮度按順序逐漸變化，實現一種燈管旋轉的效果。設計中主要考慮下面三個問題：

（1） DAC0832與單片機的接口電路設計。

（2） 基準電壓源的設計。

（3） 同時控制多個LED按不同規律改變亮度的電路設計。

1.1　DAC0832與單片機的接口電路

啟動ADC0832實現模數轉換有單緩沖和雙緩沖兩種方式。多緩沖方式是在多片ADC0832配合時采用；本設計中只須一片ADC0832就可完成工作，所以采用單緩沖方式，向其8位數據輸入口輸入數據，然后在其寫觸發管腳WR1發送一低電平脈沖，該芯片就會將收到的數字量轉換成模擬量輸出。其輸出為電流輸信號，而控制發光二極管亮度需要用電壓實現，所以需要外接由運算放大器構成的電流電壓轉換電路， ADC0832與單片機的接口電路如圖1:

圖中，由于選片端CS接到了P217,所以啟動DAC0832開始轉換時，需要將單片機的P217 腳設置為低電平。

輸出的電流經過運算放大器轉換成電壓，如果需轉換的數字量為B, 則對應輸出電壓值為：

其中VREF是外接的基準電壓，輸出電壓最高為0 V,最低為- VREF ,如果基準電壓取5 V,則最低輸出電壓為- 5 V,為了滿足負電壓輸出的要求，運算放大器的電源電壓VCC要高于5 V,VEE要低于- 5 V,本設計中運算放大器采用LM324芯片，電源電壓VCC取10 V,VEE取- 10 V。

1.2　基準電壓的設計

要保證DAC0832數模轉換的精度和準確度，必須提供一個高度穩定的基準電壓。在數模轉換器中一般選用帶隙基準電壓源或隱埋式齊納穩壓管。

設計中選用了LM336—5型隱埋式齊納二極管，它具有價格低、使用方便的特點，其接線如圖2:

1.3　如何同時控制多個LED的亮度

設計中需要控制三個發光二極管，每個發光二極管的亮度和變化規律都不一樣，而ADC0832只有一路模擬量輸出，為了控制三個發光二極管的亮度，需要加一個多路電子開關，本例中選用的是CD4051,該芯片的引腳圖如下：

該芯片是一個常用的8路到1路的多路電子開關，工作電壓最高為32 V,通過ABC三個地址管腳確定選通哪個通道。
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因為前面轉換出的電壓為負值最低為- 5 V,所以CD4051 的工作電壓取VDD = 10 V, VEE =- 10 V, 地址控制端A、B、C分解接到單片機的P210、P211、P212 口，用來選通某個通道通， D/A轉換后的模擬量接到多路開關的電壓輸入端3引腳，輸出引腳13、14、15分別控制發光二極管D1、D2、D3。

DAC0832只有1路模擬輸出，必須采用分時控制的方式循環控制三個發光二極管的亮度，實現接通某一個LED 時，其它LED 保持要原有亮度不能熄滅，為了達到這個目的，這里采用了運算放大器接成電壓跟隨器的形式控制LED的亮度，即多路電子開關的每個輸出與發光二極管間都接一個電壓跟隨器，而且在運算放大器的正向輸入端接了一個保持電容，使輸入電壓能夠保持一段時間，其接線如下：

由于運算放大器的輸入阻抗很大，所以Ch2上的電壓能夠保持一段時間，在數模轉換器輸出電壓控制其它發光二極管期間，該運算放大器的輸出電壓能夠保持不變。

裝置硬件原理圖如圖5。

2　軟件設計

軟件主要完成兩個功能， 第一， 完成各個LED的循環點亮；第二，通過程序控制各個LED亮度的變化。本例中要實現燈光旋轉的效果，所以每個LED都按三角波的型式亮度變化，先逐漸變亮，達到最亮時再由最亮逐漸變暗，如此反復進行；三個LED的亮度變化要有一個時差，如果一個LED從暗到亮再到暗作為一個周期的話，則D2比D1 滯后1/3 周期， D3 比D2 滯后1/3 個周期。

2.1　主程序設計

使各個LED循環點亮通過主程序循環實現，將表示三個LED亮度的三個數據放到連續的三個RAM單元30H、31H、32H中，主程序中循環讀取這三個單元的數據送到DAC0832 轉換，根據30H、31H、32H中數值的不同，轉換輸出的模擬電壓也不同，單片機控制多路電子開關將不同的模擬電壓送給不同的LED,從而實現各個LED具有不同的亮度。由于本例中用P2口控制ADC0832的選通和電子開關的選通，根據原理圖接線可知，點亮發光二極管D0、D1、D2對應的P2口數據分別為00H、01H、02H。

2.2　中斷程序設計

控制LED亮度變化通過定時器T0定時中斷程序實現， T0中斷改變30H、31H和32H的數值就可以改變LED 亮度了，若實現燈光旋轉的效果，則三個LED的亮度應按圖6曲線變化。

圖中橫坐標表示時間，在一個周期內發光二極管的亮度會按三角形規律變化，設每個變化周期為T,第二個發光二極管D1的變化滯后第一個發光二極管D0三分之一周期，同樣D2滯后D1三分之一周期。

圖6中的橫坐標表示亮度，也就是對應的要轉換成模擬量的數字量的數值。在主程序中三個字節30H、31H、32H中數值對應三個發光二極管的亮度，設定三個字節33H、34H和35H 的值控制三個二極管亮度增加還是減弱（ 1 增強， 0 減弱）。假設開始時D1對應亮度為0,D0、D2對應亮度均為170,則三個二極管的亮度變化應該是D0和D2亮度增加，D2亮度減弱，則三個亮度控制字節的值分別為33H、35H中為1, 35H中為0。
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采用T0中斷實現三個發光二極管亮度的改變，則每到一次定時中斷將完成如下功能：

1） 根據三個字節33H、34H和35H的值，分別對30H、31H和32H的值進行增1或減1操作。

2） 當亮度字節的數值增加到255時對應控制字節數值清零，亮度字節數值減到0時，對應控制字節數值置1。

由于在主程序中和中斷子程序同時使用工作寄存器R0,所以在中斷程序的開始和結束有一個保存和恢復R0中數值的過程。

中斷程序的程序框圖為：

即： TH0 = F0H, TL0 =BEH3

3 結語

文中設計了基于DAC0832實現對LED控制的系統，在單片機的控制下，利用多路開關和電壓保持電路實現了對多個發光二極管亮度的變化控制，實現了LED燈的燈光旋轉的效果。如果將此電路擴展，接更多的模數轉換器和多路開關，就可以實現各種復雜圖案的變化。采用電壓保持電路的辦法也可以應用到其它領域的模擬控制中。