单片机开发系统学习LED亮度控制原理

早期控制LED亮度的方法一般是采用模拟电路来调节LED的工作电流来实现，这种方式灵活性较差，很难达到智能控制的效果。本文将介绍如何通过一个普通MCS51单片机来产生PWM信号，达到调节LED的亮度的目的。

一、硬件的简单介绍：

该实验在“ME300B型51/AVR单片机学习开发系统”上完成（本刊2005年第11期和2006年第1期上分别有ME300B的功能与使用介绍），实验中用到了开发系统上的8个发光二极管、独立按键和蜂鸣器，现将这三部分的电路工作原理进行简单的介绍：

ME300B上的8个发光二极管接在单片机的P0端口上。由于51系列单片机的P0端口输出高电平时的推电流能力弱，而输出低电平时的灌电流能力强，所以ME300B开发板上的8个发光二极管设计成输出低电平时点亮，输出高电平时熄灭，如图1所示。

图1 发光二极管驱动电路

独立键盘是直接用I/O口线构成的单个按键电路。每个独立键盘单独占有一根I/O口线。

开发板设有4个独立按键，分别对应接于P1.4-P1.7端口上，如图2所示。

图2 独立键盘电路

在正常状况下，与键盘所连接的单片机I/O端口先被置为高电平，即“1”状态（输入状态）。当有键按下时，与之相连的单片机I/O端口将被拉成低电平，即“0”状态。所以直接依据每个I/O口线的状态来判断按键是否按下。

图3 蜂鸣器驱动电路

由于ME300B开发系统使用的是交流蜂鸣器，不能使用直流电平控制方式，必须使用交变脉冲控制方式来驱动，这一点请大家注意。

二、PWM的工作原理

PWM 是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的简称，PWM是一种周期一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，输出脉冲的占空比越大，相对应的输出有效电压越大。

图4 PWM波形图

在一个周期内的脉冲宽度（导通时间）为T1，周期为T，波形如图4所示。

则输出电压的平均值为： U=Vcc×T1/ T=αVcc

其中，α=T1/T（正脉冲的持续时间与脉冲周期的比值）称为占空比，α的变化范围为0≤α≤1，Vcc为电源电压。

当电源电压Vcc不变的情况下，输出电压的平均值U取决于占空比α的大小，改变α的大小就可以改变输出电压的平均值，这就是PWM的工作原理。

发光二极管的亮度与加在发光二极管两端的电压成比例，而发光二极管两端的电压与PWM信号的占空比成正比。因此，占空比越大，发光二极管越亮，当占空比α＝1时，发光二极管的亮度最高。

三、 演示软件的编程方法

由于大多数51系列单片机没有PWM信号输出功能，所以我们在这里采用单片机定时器配合软件的方法来实现PWM信号的输出。

有几种方法都可以改变占空比的值。

保持T1不变，只改变T2，这样使周期（或频率）也随之改变。

保持T2不变，而改变T1，这样使周期（或频率）也随之改变。

1.3 定频调宽法

周期T（或频率）保持不变，而同时改变T1和T2。

我们选用定频调宽的方法来改变占空比的值。

2、确定PWM的占空比输出方式

图5 P0口输出波形

由于P0所接的8个发光二极管是用低电平驱动，所以要将PWM的实际输出波形按图5所示的P0口输出波形进行编程，即PWM的占空比输出方式为反向。

用T0定时器设置PWM输出的周期（或频率），T0定时器设置成工作方式1，16位定时器。

T0中断服务子程序主要任务是确定PWM输出的周期（或频率）和控制定时器1中断。

T0定时器的定时常数是一个固定值，这样就确定PWM输出的周期（或频率）。

用T1定时器设置PWM输出的占空比，T1定时器设置成工作方式2， 8位定时器，自动载入设定值。

T1中断服务子程序主要任务是调节PWM输出的占空比（或脉宽）

T1定时器的定时常数是一个变化值，用K1键或K2键来设定。

T0、T1中断服务子程序如下：

;====================================================

;T0中断服务子程序 周期（或频率）

;控制定时器1中断

;====================================================

INTT0:

CLR TR1

MOV TH0,#0FCH ;1ms延时常数

MOV TL0,#066H ;周期调节

MOV TH1,PWM_NUM

SETB TR1

MOV PWM_OUT,#00H ;输出低电平

RETI

;====================================================

;T1中断服务子程序 脉宽（或占空比）

;控制PWM脉冲宽度

;====================================================

INTT1:

CLR TR1

MOV PWM_OUT,#0FFH ;输出高电平

RETI

PWM_OUT 为外接LED的控制端口，PWM_NUM为按键设置的T1定时器定时值的存放单元。

4、演示软件的功能

由两个按键K1、K2来调节P0口输出脉冲的占空比，该脉冲直接驱动P0口所接的8个发光二极管，随着占空比的不同发光二极管的亮度不同，当按下K1键（不要松手）发光二极管逐渐变暗，当有蜂鸣器响时，说明输出脉冲的占空比已经达到最小值，发光二极管的亮度已处在最暗的状态。

当按下K2键（不要松手）发光二极管逐渐变亮，当有蜂鸣器响时，说明输出脉冲的占空比已经达到最大值，发光二极管的亮度已处在最亮的状态。

作者： 山西太原 贵国庆

51单片机PWM控制LED的亮度仿真程序图谱 （附仿真文件+源代码）

51单片机PWM控制LED的亮度仿真程序图谱

因为项目比较简单，我就没有做实物，只是用了仿真来实现，大家最重要的是要弄懂原理。

原理：单片机输出PWM斩波，控制LED的亮度并在图谱上面显示出来

仿真开启

参考代码：

#include "reg51.h"

unsigned int cd,dd;

unsigned char cc,ee;

sbit LED=P2^0;

void led_int() interrupt 1 using 0

{

TH0=0xf1;

TL0=0xf1;

TR0=1;

dd++;

if(dd==11)

{

if((cc==0x50)&&(ee==0)){cd=0;}

if((cc==0)&&(ee==0x50)){cd=1;}

if(cd){cc++;ee--;}

else {cc--;ee++;}

dd=0;

}

}

void delay(unsigned int i)

{

unsigned int j;

while(i--)

{

for(j=0;j<0x20;j++);

}

}

void main()

{

cc=0;

ee=0x50;

TMOD=0x01;

TH0=0xf0;

TL0=0xf0 ;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

while(1)

{

LED=0;

delay(ee);

LED=1;

delay(cc);

}

}

最后，如果有什么意见或者建议欢迎您留言给我，让我们共同学习一起进步，

如果需要 程序完整源代码和 设计文件，请在下方留言或者私信我，看到后会第一时间回复。

谢谢！

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