基于Cortex-M3單片機(jī)的高效智能調(diào)光臺(tái)燈設(shè)計(jì)

1、    基于cortexm3單片機(jī)的高效智能調(diào)光臺(tái)燈設(shè)計(jì)    從永正+汪陳松+劉永健+宇俊摘 要：文章簡(jiǎn)要說(shuō)明一種基于cortex-m3的32位單片機(jī)高效智能調(diào)光臺(tái)燈的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)采用以cortex-m3為內(nèi)核的單片機(jī)作為主控單元，通過(guò)單片機(jī)自帶的高效內(nèi)部adc單元調(diào)制輸出pwm波形占空比，通過(guò)數(shù)字器件處理信號(hào)，最終通過(guò)降壓型電源管理芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電壓的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整，并可通過(guò)液晶顯示屏顯示當(dāng)前環(huán)境溫度、臺(tái)燈亮度以及使用時(shí)間計(jì)時(shí)等，并有多種調(diào)光模式。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；高效能；無(wú)級(jí)調(diào)整前言現(xiàn)在市場(chǎng)主要銷售的調(diào)光臺(tái)燈在調(diào)光方面基本上以分檔調(diào)節(jié)為主，在

2、對(duì)電力資源的利用效率方面，大部分產(chǎn)品使用效率并不理想，在提倡低碳環(huán)保的今天，顯然是不提倡的。本設(shè)計(jì)著重人性化設(shè)計(jì)，在調(diào)級(jí)方面采用兩種調(diào)級(jí)方式，即真無(wú)級(jí)調(diào)光與近無(wú)級(jí)調(diào)光，并且增加了成本低廉但又很實(shí)用的溫度顯示、級(jí)數(shù)顯示、使用時(shí)間計(jì)時(shí)等功能，這對(duì)使用者是有極大幫助的。1 整體設(shè)計(jì)方案1.1 調(diào)級(jí)設(shè)計(jì)在調(diào)級(jí)方面，本設(shè)計(jì)采用兩種方案。（1）真無(wú)級(jí)調(diào)光。該部分采用03.3v電壓信號(hào)作為信號(hào)源，單片機(jī)通過(guò)內(nèi)部高速高精度adc讀取該電壓值，并以3.3v為電壓基準(zhǔn)，可以精確地?fù)Q算出相應(yīng)的百分比，而此時(shí)輸出的pwm波形的占空比應(yīng)等于該百分比與100%的差值，通過(guò)旋轉(zhuǎn)型電位器的旋鈕，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)輸出pwm波形的占

3、空比從0%調(diào)整到100%，這就是真無(wú)級(jí)調(diào)光。這樣的無(wú)級(jí)調(diào)光非常精確，可以將滿級(jí)基數(shù)增加到1000或更高，遠(yuǎn)多于市場(chǎng)上同類產(chǎn)品。（2）近無(wú)級(jí)調(diào)光。該部分采用按鍵調(diào)級(jí)方式，既可以通過(guò)加減按鍵改變級(jí)數(shù)，也可以采用輸入數(shù)據(jù)的形式達(dá)到自己理想亮度級(jí)數(shù)，為了有利于調(diào)整，該方式的滿級(jí)數(shù)設(shè)置為100，通過(guò)加減或者直接輸入的方式得到的數(shù)字，以100為基數(shù)得到相應(yīng)的百分比，同樣此時(shí)輸出的pwm波形的占空比就是該百分比與100%的差值。在主控芯片選用為內(nèi)核的以cortex-m3為內(nèi)核的stm32f103c8t6，該種型號(hào)單片機(jī)具有明顯優(yōu)勢(shì)，與8位、16位傳統(tǒng)單片機(jī)相比，該單片機(jī)具有體積小、性能穩(wěn)定、功耗低、運(yùn)算速度

4、快、adc轉(zhuǎn)化速度快、精準(zhǔn)度高、軟件編寫方便等特點(diǎn)。性價(jià)比遠(yuǎn)高于其他類型單片機(jī)。1.2 電壓調(diào)整輸出設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)電壓輸出調(diào)整主要采用降壓型電源管理芯片lm2596開(kāi)關(guān)電源調(diào)節(jié)器，以輸出在024v為例，通過(guò)設(shè)計(jì)電路，調(diào)整部分元器件即可實(shí)現(xiàn)，在該芯片輸入vcc為24v時(shí)，其控制端輸入-1.37-1.37v電壓，即可使其輸出端輸出024v電壓，并且控制電壓與輸出電壓直接呈負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系。該芯片具有輸出功率大，帶載能力強(qiáng)，電源管理效率高等特點(diǎn)。1.3 數(shù)字信號(hào)處理設(shè)計(jì)數(shù)字信號(hào)處理電路主要以lm324n集成運(yùn)算放大器為主，通過(guò)阻容高低通濾波，把主控芯片輸出的具有一定占空比的pwm信號(hào)濾波為在03.3v之

5、間變化的電壓信號(hào)，該電壓值隨著pwm占空比變化，該運(yùn)放芯片主要實(shí)現(xiàn)對(duì)該信號(hào)的處理，使該電壓信號(hào)輸出范圍調(diào)整為-1.371.37v，這樣就可以使lm2596正常工作，并且該運(yùn)放芯片也起到了作為該電壓信號(hào)的緩沖器的作用。1.4 溫度以及調(diào)級(jí)顯示設(shè)計(jì)在溫度檢測(cè)采用單總線溫度傳感器bs18b20，該傳感器使用方便，單總線，體積小，價(jià)格低，抗干擾能力強(qiáng)，測(cè)量精度高等特點(diǎn)。顯示采用0.96寸oled液晶顯示屏，該顯示屏體積小，總線少，能耗低，顯示信息量大且清晰等特點(diǎn)，適合在本設(shè)計(jì)中使用。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2.1 調(diào)級(jí)電路（1）真無(wú)級(jí)調(diào)光電路。信號(hào)來(lái)源是3.3v電源通過(guò)3.3k旋轉(zhuǎn)變阻器接地，旋轉(zhuǎn)旋鈕，分壓得

6、到03.3v電壓值，通過(guò)1k限流串聯(lián)至單片機(jī)io口，并聯(lián)瓷片電容和電解電容起高低通濾波作用，對(duì)輸入電壓信號(hào)進(jìn)行濾波，防止紋波干擾。（2）近無(wú)級(jí)調(diào)光。使用普通按鍵，按照矩陣鍵盤方式進(jìn)行排布，使得在不占用過(guò)多引腳的情況下可以產(chǎn)生一定數(shù)量的按鍵供使用者進(jìn)行加減鍵入以及直接輸入的方式調(diào)整級(jí)數(shù)。兩種調(diào)光方式通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)進(jìn)行模式選擇，并在液晶屏顯示模式以及當(dāng)前級(jí)數(shù)。2.2 電壓調(diào)整輸出電路lm2596調(diào)壓輸出電路如圖1所示，由lm2596芯片特性知v（fb）=1.23v。對(duì)該電路進(jìn)行分析，可知：v（fb）=r1*v（out）/（r1+r2+r3）+（r2+r3）*u（in）/（r1+r2+r3）經(jīng)過(guò)計(jì)算，

7、當(dāng)輸入u（in）在-1.37-1.37v之間變化時(shí)，該調(diào)壓電路輸出電壓值v（out）為0-24v，并呈負(fù)相關(guān)線性變化，無(wú)論是輸出電壓還是輸出電流，都符合本設(shè)計(jì)要求。2.3 數(shù)字信號(hào)處理電路該電路主要由lm324n集成運(yùn)算放大器構(gòu)成，此芯片為14p型芯片，每片芯片含有四組運(yùn)放器，以及公用的工作電壓輸入端，即正負(fù)電源。其中先通過(guò)電阻電容組成的濾波電路將pwm波轉(zhuǎn)成電壓信號(hào)，變化范圍為03.3v。經(jīng)過(guò)由lm324n組成的差分放大電路，使得電壓信號(hào)變化為-1.371.37v，其中單片機(jī)與處理電路輸入間、處理電路輸出與電壓調(diào)整電路之間與經(jīng)過(guò)由lm324n組成的緩沖電路，目的是匹配前后的不同時(shí)間常數(shù)的電路。2.4 軟件程序設(shè)計(jì)初始外部信號(hào)采集adc轉(zhuǎn)換、測(cè)溫和oled顯示具體程序在各類電子信息論壇上均有，本文也不進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。在pwm波形輸出方面，使用單片機(jī)內(nèi)部專門pwm波的定時(shí)器編寫程序，這樣定時(shí)準(zhǔn)確，且易于操作。在工作模式切換以及按鍵改變級(jí)數(shù)方面，采用外部中斷掃描方式，這樣不僅提高對(duì)數(shù)字鍵入讀取的準(zhǔn)確度，還提高主控芯片的工作效率。3 設(shè)計(jì)總結(jié)無(wú)論是在真無(wú)級(jí)情況下還是近無(wú)級(jí)情況下，經(jīng)測(cè)定，燈泡兩端電壓均滿足設(shè)計(jì)需求，按鍵值讀入無(wú)誤，按鍵輸入級(jí)數(shù)可以準(zhǔn)確達(dá)到設(shè)定亮度，旋鈕開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)整，溫度讀取準(zhǔn)確，級(jí)數(shù)顯示準(zhǔn)確，使用時(shí)間