华理工大学毕业设计（论文） 绪论
第2章 方案论证
2.1 开关电源供电方式
开关电源一般由开关元件、控制电路和滤波电路三部分组成。开关串联在电源的输入和负载之间，构成串联型的电源电路。实际的开关元件常常是功率开关晶体管或MOS场效应管。开关电源是一种电压转换电路，它通过用电子线路组成开关式（方波）震荡电路来达到对电能的转换。开关电源的应用现在非常广泛，不仅应用在电源电路上，在其它的电路上也应用，如我们用的电视和电脑等都用到了开关电源。开关电源的框图如图2-1所示。
图2-1 开关电源的框图
开关电源和线性电源相比，体积小、重量轻（体积和重量只有线性电源的20～30%）、效率高（一般为60～70%，而线性电源只有30～40%）、自身抗干扰性强、输出电压范围宽、模块化。通过开关电源与线性电源相比较，可以看出开关电源更适合，所以在系统设计中选用开关电源供电的方式。
2.2 PWM(脉宽调制)调光技术
2.2.1 PWM的原理
2 东华理工大学毕业设计（论文） 第2章 方案论证
图2-2 PWM 工作原理
脉宽调制（PWM）基本原理：它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制电流的目的[2]。PWM 是一种周期恒定而高低电平的占空比可以调制的方波信号，当输出脉冲周期一定时，占空比越大，输出的有效电压就越大，所驱动负载的平均功率就越大。如图2-2 所示，当电源电压VCC 不变时，改变占空比即T1/ (T1+ T 2)的值，就可以改变输出电压的平均值，这就是PWM 的工作原理。 2.2.2 PWM调光与模拟调光
许多便携式LED应用需要调光。现在常用的两种调光方法：模拟方式与PWM调制方式。模拟调光是调节LED串的DC电流，达到改变LED的亮度，而PWM调光则通过改变LED串恒定电流的占空比，实现改变LED串的平均电流，从而实现调光。尽管模拟调光简单，但这种方式对很多应用场合都不适合，因为模拟调光仅在10:1的亮度调节时，就损失超过25%的准确度，而且这种调光方式会产生色彩失真。相比之下，PWM调光可以在准确度没有任何损失的情况下，产生3000:1以及更高的调光比，而LED色彩没有改变。
通过PWM调光与模拟调光的比较，PWM调光明显比模拟调光更加有优势，所在系统设计中选择PWM调光的方式以便实现颜色的多样化。
2.3 驱动电路方式
熟悉LED灯的都知道，LED灯是不能直接供电的，所以必须用专门的电路来驱动，而驱动电路的方式分为：恒流式和恒压式。
恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；恒压驱动电路输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化。
恒压式驱动在允许的负载情况下，输出的电压是恒定的，不会随负载的变化而变化。主要应用于小功率LED模块，小功率LED灯用的比较多。而恒流源在允许的负载情况下，输出的电流是恒定的，不会随着负载的变化而变化，通常应用在大功率LED和高档小功率产品上。LED是恒流工作的电子元器件，如果采用恒压式驱动，电压稍加偏移，就会使电流有很大的变化，很容易使得LED灯
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东华理工大学毕业设计（论文） 第2章 方案论证
烧坏，只有采用恒流的方式，才能保证亮度的一致和寿命长。所以在系统中驱动电路采用恒流式。
第3章 系统硬件电路设计
3.1 系统框图及工作原理简介
市电输入 交流抗干扰 直流变换 控制系统 红光驱动 蓝光驱动 绿光驱动 白光驱动 输出保护单元 图3-1 系统框图
如图3-1所示，本系统主要由四部分组成：交流抗干扰电路、直流电压变换电路、控制系统、四路驱动电路。交流电源输入经差模干扰信号抑制电路和共模干扰信号抑制电路再经整流滤波后成直流电，再经过电压变换电路和三端稳压器电路得到两个较小的直流电压，分别给PIC16F684微控制器和四路驱动电路供电。LED节能灯的颜色选择和亮度的调节由微控制器来控制；四路驱动电路都采用单级PFC技术，通过专用的PFC芯片L6562D输出PWM信号来控制开关管来控制直流电压，从而控制LED的亮度；将直流电加到开关变压器的初级上，开关变压器的次级端感应出高频电压，经整流滤波后供给负载，输出部分还有保护电路[3]。系统电路原理图见附录一。
本设计主要创新点： (1)采用开关电源供电方式；
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东华理工大学毕业设计（论文） 第3章 系统硬件电路设计
(2) 输入电压范围广； (3) 抗干扰性好； (4) 驱动效率为80%。
3.2 系统所用主要芯片介绍
电路中需要的主要芯片及器件：驱动器芯片HV9922、单片机PIC16F684、
电压调节器MC78L05ACDR2G、LED灯插座RJ45 8*8、功率因数校正控制芯片L6562D。
3.2.1 PIC16F684功能介绍[4,5]
控制系统电路中的微控制器选用了PIC系列单片机PIC16F684。8位CMOS的 PIC系列单片机具有易学、实用、低价、高速、省电和体积小等特点，特别是其独特的精简指令集结构，和独立分开的指令总线和数据总线的哈佛总线结构，使指令具有单字长的特性，而且允许指令码的位数可以多于8位数据的位数，这与传统采用微处理器结构和冯诺依曼结构的8位单片机相比，可以达到4:1的速度提高和2:1的代码压缩。
PIC16F684单片机仅需学习35条指令就可以了，除了跳转指令外其它所有指令都是单周期的。
图3-2 PIC16F684引脚图
系统设计用到的引脚介绍： 引脚1：正电源端
引脚3：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O 引脚5：PORTC I/O 引脚6：PORTC I/O 引脚7：PORTC I/O
引脚11：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O 引脚12：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O 引脚13：具有可编程上拉和电平变化中断的PORTA I/O 引脚14：接地参考端
由于单片机PIC16F684的功能强大，在本系统中只使用其中的部分功能。
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东华理工大学毕业设计（论文） 第3章 系统硬件电路设计
下面介绍PIC16F684的部分片内外设：
1、振荡器模块，PIC16F684内部振荡器有多种选择功能和时钟源，所以应用非常广泛。
2、PIC16F684的I/O，PIC16F684有2个双向 I/O 端口：PORTC和PORTA，PORTC是一个8位的双向端口，PORTA端口是一个只有6根引脚的双向I/O端口。由于PIC16F68X属于8位单片机，所以每个端口都由数量不超过8个的引脚构成。每个端口中的每个引脚都可以用软件的方式单独编程，设定输入引脚或者输出引脚。其中有些I/O引脚和单片机内部的某些功能部件或其它外围模块的外界信号线进行了复用，也就是说，既可以作为普通I/O引脚，又可以作为某些功能部件或外围模块的外接引脚。
3、定时器/计数器，定时器是单片机的重要组成部分，使用它可以产生很多不同的定时时间，而满足程序设计的不同需求。PIC16F684有三个定时器，分别是Timer0、Timer1、Timer2。它们的用法不是很相同。Timer0是一个八位的计数器，它有一个八位的计数寄存器TMR0，八位的预分频器与看门狗共用，可以选择内部或者是外部时钟源，有计数器溢出中断的功能； Timer1是一个十六位的计数器。它有一个计数寄存器对（TMR1H：TMR1L），时钟源也是内外可选的，具有一个2bit的预分频器，可以同步或者异步操作,具有中断功能，但是溢出中断只能在外部时钟、异步的模式才能将单片机从SLEEP中唤醒，Timer1具有捕获/比较功能，还有被一些特殊事件触发功能，比较器的输出可以与Timer1的时钟同步；Timer2的功能与Timer1有一些不同，Timer2是一个八位的计数器，有一个八位的计数寄存器TMR2，Timer2具有两个分频器：一个是前分频器，一个是后分频器。
4、捕捉/脉宽调制(CCP) ，CCP(捕捉/ 比较/ 脉宽调制)模块有一个16位寄存器，它可以用作16位捕捉寄存器、16位比较寄存器、10位PWM主/从占空比寄存器。除了特殊事件触发器之外，各CCP模块的操作都是相同的。
每个CCP模块含有3个寄存器。一个器件中可能有多个CCP模块。下表列出了各种模式下CCP模块的定时器资源。
表3-1 CCP模式与定时器
CCP模式 捕捉 比较 PWM 定时器 Timer1 Timer1 Timer2 本系统用到的是CCP模块的脉宽调制模式（PWM）的作用，在脉冲宽度调制(PWM)模式下，CCPx引脚可输出分辨率高达10 位的PWM 输出。因为CCPx引脚与端口数据锁存器是复用的，所以相应的TRIS位必须清零以使CCPx引脚
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LED节能灯驱动电路
