項目2
熒光燈驅動電路系統設計

設計任務

設計一個簡單的熒光燈驅動電路，利用8個發光二極管（LED）模擬熒光燈，通過單片機同時點亮8個LED。

基本要求

本設計要求采用8個LED模擬熒光燈，通過單片機同時點亮8個LED，所以必須滿足以下條件。

? LED的工作電流在3~20mA之間；必須給LED加上正向電壓才可以使其導通；要通過限流電阻防止燒毀LED。

? 單片機使用5V供電電壓。

? 單片機I/O接口輸出低電平信號，并將該低電平信號加在LED的負極端。

總體思路

熒光燈驅動電路是驅動熒光燈發光的電路。結合LED導通條件及單片機電路的工作特點,設計一個運用單片機驅動8個LED的電路。

系統組成

整個熒光燈驅動電路系統主要分為以下4個模塊。

? 電源模塊。

? 串口下載模塊：將在計算機上編寫好的程序下載到單片機中。

? 單片機模塊：將單片機I/O接口輸出的低電平提供給LED負端。

? LED模塊：利用8個LED來模擬熒光燈。

熒光燈驅動電路系統框圖如圖2-1所示。

電路原理圖（見圖2-2）

模塊詳解

1. 電源模塊

由于要給整個系統供電，所以必須設計一個直流穩壓電源。這里為了設計方便，直接通過一個兩引腳排針，外接5V電源對整個系統進行供電，并通過LED指示電源是否供電正常，如圖2-3所示。

在圖2-3中，J2外接5V電源和地，B2是開關，D1是LED。當電源模塊外接5V電源后，閉合開關B2，如果D1亮了，就說明外接5V電源供電正常。

2. 串口下載模塊

要把在計算機上編寫好的程序下載到PCB上的單片機內，就必須設計串口下載模塊。串口下載模塊如圖2-4所示。

在圖2-4中，串口采用的是D9串口母座，與MAX232芯片共同構成串口下載模塊。其中，MAX232芯片的12引腳和11引腳接AT89C52單片機的P3.0引腳和P3.1引腳，這樣程序就可以被下載到AT89C52單片機內。

AT89C52單片機的引腳電平與RS-232標準的不一樣，必須對AT89C52單片機的引腳電平進行電平轉換后才能使AT89C52單片機與計算機進行通信。本設計采用MAX232芯片進行這個電平轉換。

MAX232芯片是具有RS-232標準串口的單電源電平轉換芯片，使用正5V單電源供電。MAX232芯片主要特點如下。

? 符合RS-232標準。

? 只需正5V單電源供電。

? 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉能力，能夠產生正、負10V電壓。

? 功耗低，典型供電電流為5mA。

? 內部集成兩個RS-232C驅動器。

? 高集成度，片外只需4個電容即可工作。

? 內部集成2個RS-232C接收器。

3. 單片機模塊

單片機模塊采用AT89C52單片機，如圖2-5所示。

在圖2-5中，電容C7、電阻R1及開關B1構成復位電路；X1、C5、C6構成時鐘電路；AT89C52單片機的P2.0~P2.7引腳控制8個LED。

4. LED模塊

本設計利用8個黃色LED模擬熒光燈。LED的工作電壓一般為3~3.4V，工作電流一般為10mA左右。由于這里所采用的供電電壓為5V，所以在每個LED負端都接了560Ω電阻，起到限流的作用。LED模塊如圖2-6所示。

在圖2-6中，LED的工作電壓為3.3V，工作電流為10mA，即給8個D2~D9負端都接了560Ω電阻后，再接到AT89C52單片機的P2.0~P2.7引腳。LED必須加上正向電壓才能發光。由于8個LED的正端都接上了5V電壓，所以當AT89C52單片機的P2.0~P2.7引腳為高電平時，LED不亮，而當AT89C52單片機的P2.0~P2.7引腳為低電平時，LED亮。對LED模塊進行仿真，如圖2-7所示。

軟件設計

根據系統設計要求，首先畫出程序流程圖，如圖2-8所示。

按照程序流程圖，編寫程序如下：

調試與仿真

將程序下載到AT89C52單片機內，對熒光燈驅動電路系統進行仿真，如圖2-9所示。從仿真的結果來看，該系統滿足設計要求。

電路板布線圖（見圖2-10）

實物照片（見圖2-11）

思考與練習

（1）LED的工作電流和工作電壓一般為多少？當使用5V電源供電時，一般限流電阻為多大？

答：LED的工作電流一般為10mA左右，工作電壓一般為3.3V。當使用5V電源供電時，為保險起見，為LED配置560Ω的限流電阻。

（2）簡述單片機時鐘電路的作用。

答：單片機內部是由觸發器等構成的時序電路組成的。只有通過時鐘電路，才能使單片機一步步地工作。在具體工作時，單片機外部接上振蕩器（也可以使用內部振蕩器）。該振蕩器提供的高頻脈沖信號被分頻處理后成為單片機內部時鐘信號，作為片內各部件協調工作的控制信號。如果沒有時鐘信號，觸發器的狀態就不能發生改變，單片機內部的所有電路在完成一個任務后也不能繼續進行其他任何工作了。

（3）如何讓LED模塊中的LED發光？

答：每個LED的正端接5V電壓，負端通過一個560Ω的限流電阻接到單片機的I/O接口。由LED工作原理可知，如果單片機I/O接口輸出低電平，則LED發光。

特別提醒

（1）當完成熒光燈驅動電路系統各模塊設計后，必須對各模塊進行適當連接，并考慮元器件之間的相互影響。

（2）當完成熒光燈驅動電路系統設計后，要對熒光燈驅動電路進行測試，看接線、供電是否正常。