基于单片机PWM调光控制理论的RGB灯配光应用
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  摘 要
本论文介绍了Microchip公司的PIC单片机PIC16F1827的结构特点和工作原理，以及XLAMP MC-E LED的功能特性。给出了利用PIC MCU的CCP模块输出PWM从而对XLAMP MC-E LED进行配光的硬件系统电路和系统软件的设计方法。实验方法采用Altium 软件绘制LED驱动电路原理图，利用MPLAB X IDE软件来编写C语言程序，然后制作PCB电路板，最后进行软硬件的调试。论文的主要意义在于通过实现PIC16F1827对RGB灯的调光控制，得到单一和混合的颜，实现实际需求。进一步对C语言设计程序、电子电路设计原理、单片机编程原理等知识的综合运用，提高自己的理论知识水平、动手实践能力和科学研究精神。
引言
  目前，社会上有很多种单片机，比如51单片机、AVR单片机、ARM单片机、PIC单片机等等。
不同的单片机类型应用于不同的场合。在我国，使用得比较广泛的是传统的8位的51单片机。由于信息时代的发展，Mirochip的PIC单片机在市场上占据着越来越多的份额，目前，PIC单片机的种类已经发展到10000多种，有高档、中档、低档等类型，在农业、工业上得到普遍的使用，在项目开发中可以根据实际需求进行PIC MCU选型。在我们实际生活中，PWM有着很广泛的用途，可以用步进电机、LED灯、开关电源等等。单片机输出PWM波形的方法有很多，比如利用内置的定时器模块、ADC模块、CCP模块、等等。相比于前两种模块，定时器模块过于占用CPU资源，且不停的进行计数；ADC精确度如果不够，则会产生较大的误差，且操作起来不是很方便；而利用PIC单片机独有的CCP模块，寄存器控制简单，并且便于程序修改，是输出PWM的最优选择。
在21世纪，LED灯在我们生活中扮演着越来越重要的角。虽然LED灯相比于其他照明灯具，价格比较贵，但是以自身节能、无污染、寿命长、体积小的优势在市场上赢得了大家的认同，前景充满阳光，被称为第四代绿光源，广泛应用于家居装饰、城市夜景、电脑背光源、显示屏和普通照明等领域。在我国十二五规划中，LED产业受到了大力的政策和资金支持，通过国家补贴推动LED灯的普及和加速，增大企业的竞争力，这对未来更好的推广和使用LED灯，淘汰白炽灯有着很重要的意义。
本论文根据PIC16F1827和XLAMP MC-E LED的datasheet，理解PIC16F1827的工作原理后，设计MCU与XLAMP MC-E LED彩灯进行引脚的接线控制和芯片的编程，通过使用PIC单片机的CCP模块输出PWM进行RGB灯配光，实现RGB三种颜的256级灰度任意混合，产生256*256*256=1677216种颜，形成不同光的组合，满足生活的实际需求。
LED发光原理及其特点
发光原理
LED是一种能直接把电能转换成光能的半导体发光二极管，并且具有正向导通，反向截止的特点。LED主要是由P型半导体和N型半导体两部分所组成，P区的多数载流子是空穴，N区的多数载流子是电子。在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层叫做PN结。在PN结当中，在外加电场的作用下，P区的空穴流向N区，N区的电子流向P区，在PN结处电子和空穴出发生复合，多余的能量则以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
的特点
首先，LED发出光的与自然光是截然不同的，普通的白炽灯的频谱是连续的，所产生的热量
通过辐射的方式散出，而LED的频谱是不连续的，其中没有包括红外和紫外部分，因此它的光线没办法带走热量，只能通过传导方式来散出。由于LED通过使用冷发光技术，相比普通照明灯具，在发光的过程中发热量低很多。其次，LED由Ga与As、P的化合物制成，这种材料是不含毒性的，不会像荧光灯含水银会造成污染，同时LED也可以进行回收和二次利用。并且LED的温度不高，可以直接用手去安全触摸，是一种典型的新一代绿照明光源。LED被完全封装在环氧树脂里面，比起高压钠灯、金卤灯和荧光灯都更加牢固，不容易发生损坏现象。LED耗电相当低，利用直流驱动，不会产生频闪，而普通灯都是采用交流驱动，必定会产生频闪，长时间使用会对人眼产生一定的伤害。LED的电光功率转换接近30%，即相当于1W的电能，LED用到来发光，剩下的以热的形式消耗掉。
MC-E LED的特点
XLamp MC-E LED 是一种采用多芯片封装技术的LED，由红、绿、蓝、白四个正方形的LED芯片封装在一起。这种多芯片LED的优点在于：减少四个LED相互之间的距离，增加各芯片发出的红光、绿光、蓝光和白光的混合区域，进而提高红光、绿光、蓝光和白光混合的均匀度，使其出光效果更好。由于各个LED是独立于整个封装，所以能够防止在某一
点集中发热，进而很好的控制LED的温度不会过高。这里需要注意的是，MC-E LED封装由于封装的芯片多，发热量大，采用铝基编写c语言的软件PCB电路板或铜基PCB电路板，芯片直接固定在金属基板上，因为使用金属基板可以方便外接散热器散热。MC-E LED消耗的总功率，是各芯片消耗功率的总和，总光通量也是各芯片发光通量的和，用总光通量除以总消耗功率，即可得出该器件的发光效率。
 
单片机编程理论
PIC单片机工作原理
的主要结构
  PIC16F1827主要由CPU、振荡器模块、参考时钟模块、比较器模块、ADC模块、IO端口、Timer2/4/6模块、捕捉/比较/PWM模块所构成。PIC16F1827包含了一个增强型中档8 位CPU 内核。该CPU 具有49 条指令，提供了直接寻址、间接寻址和相对寻址模式。中断功能包括定时器中断、ADC中断、外部中断、外设中断、比较器中断、电平变化中断和自动现场
保护。PIC16F1827 器件中有三种类型的存储器：数据存储器RAM、程序存储器ROM和数据EEPROM 存储器。下图为PIC16F1827主要结构：
  PIC16F1827的引脚功能介绍
  PIC16F1827引脚图
  PIC16F1827引脚功能图
  PIC16F1827的RA端口和RB端口具有很丰富的复用功能，根据芯片datasheet，配置引脚复用寄存器，设置相应的引脚功能。其中每个端口有3个寄存器与其操作有关系，包括：TRISx寄存器，是一个数据方向寄存器；PORTx寄存器，用来读取器件引脚上的电平；LATx寄存器，作用是输出锁存器。有些端口还包括其他寄存器，如：ANSELx寄存器，用来做模拟选择，WPUx寄存器，是用来设置弱上拉。

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