毕业设计（论文）基于51单片机的室内LED彩色背景灯的智能化控制设计.doc

本科毕业设计（论文） 室内LED彩色背景灯的智能化控制设计学 院 物理与光电工学院 专 业 电子科学与技术 （应用电子方向） 年级班别 2006级（2班） 学 号 姓 名 指导教师 2010 年 6 月 室内LED彩色背景灯的智能化控制设计黄贤有物理与光电工程学院摘 要发光二极管（Light emitting diode，LED）作为一种新型光源，具有体积小，效率高，寿命长，环保，节能等特点，从一问世起，就引起了世界的广泛关注。随着LED技术的不断提高，用普通LED组成的彩色LED灯广泛应用于各种领域，并很快在各领域占有一席之地。由于彩色LED灯具有如此多的优点，并且集观赏性、实用性于一身，在日常生活中很受欢迎。所以本文主要研究用大功率彩色LED作为室内的背景灯，并通过传感器和STC89C52单片机的控制，达到智能化的效果。以满足人们对现代家居智能化的追求。关键词：发光二极管,控制，智能化AbstractAs a novel light source , light emitting diode have many characteristic, for example , little volume, effectivity , long-life , green , energy-saving and so on. LED attracting everybodys eyes when it come out in the word .With the technology of LED development , multi-colored LED has applied in all kinds of filed .LED has so many merits that it is very popular at our daily life , and I will make a color LED system with singlechip, transducer , I think it will be popular in the future because this system is so intelligent .Key words: LED , control , intelligentize 目 录1 绪论11.1 LED的发展史12 LED的特性32.1 LED的发光原理32.2 LED的分类42.2.1 常见LED的分类42.2.2 白光LED介绍52.2.3 原色和基色62.2.4 大功率LED封装结构62.3 LED光源的优点72.4 LED的应用领域82.5 课题研究的内容和目的93 智能彩色LED的设计方案113.1 驱动电路的设计113.2 单片机最小系统的设计123.21 单片机复位电路123.22 外部时钟电路133.23 外部计时模块133.24 时钟显示模块143.25 传感器153.3 整体设计方案163.4 LED彩灯的排列163.5 整体电路的设计174 印制电路板的制作与电子元器件的焊接194.1 印制电路板的制作194.2 电子元器件的焊接245 程序代码的编写255.1 LED显示流程255.2 主程序27结论29参考文献30致谢31附录321 绪 论1.1 LED的发展史 1907年Henry Joseph Round 第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。由于其发出的黄光太暗，不适合实际应用；更难处在于碳化硅与电致发光不能很好的适应，研究被摒弃了。二十年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard 在德国使用从锌硫化物与铜中提炼的的黄磷发光。再一次因发光暗淡而停止。 1936年,George Destiau出版了一个关于硫化锌粉末发射光的报告。随着电流的应用和广泛的认识，最终出现了“电致发光”这个术语。 二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED,并于60年代面世。据说在早期的试验中，LED需要放置在液化氮里，更需要进一步的操作与突破以便能高效率的在室温下工作。第一个商用LED仅仅只能发出不可视的红外光，但迅速应用于感应与光电领域。 60年代末，在砷化镓基体上使用磷化物发明了第一个可见的红光LED。磷化镓的改变使得LED更高效、发出的红光更亮，甚至产生出橙色的光。 到70年代中期，磷化镓被使用作为发光光源，随后就发出灰白绿光。LED采用双层磷化镓蕊片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光。就在此时，俄国科学家利用金刚砂制造出发出黄光的LED。尽管它不如欧洲的LED高效。但在70年代末，它能发出纯绿色的光。80年代早期到中期对砷化镓磷化铝的使用使得第一代高亮度的LED的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。到20世纪90年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的LED。第一个有历史意义的蓝光LED也出现在90年代早期，再一次利用金钢砂早期的半导体光源的障碍物。依当今的技术标准去衡量，它与俄国以前的黄光LED一样光源暗淡。90年代中期，出现了超亮度的氮化镓LED，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓Led。超亮度蓝光蕊片是白光LED的核心，在这个发光蕊片上抹上荧光磷，然后荧光磷通过吸收来自蕊片上的蓝色光源再转化为白光。就是利用这种技术制造出任何可见颜色的光。今天在LED市场上就能看到生产出来的新奇颜色，如浅绿色和粉红色。有科学思想的读者到现在可能会意识到LED的发展经历了一个漫长而曲折的历史过程。事实上，最近开发的LED不仅能发射出纯紫外光而且能发射出真实的“黑色”紫外光。那么LED发展史到低能走多远，不得而知。也许某天就能开发出能发X射线的LED。早期的LED只能应用于指示灯、早期的计算器显示屏和数码手表。而现在开始出现在超亮度的领域。将会在接下的一段时间继续下去1。2 LED的特性2.1 LED的发光原理LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。它是基于半导体PN结而形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏置电压和注入电流下，注入P区的空穴和注入N区的电子在扩散至有源区后经辐射复合而发出光子，将电能直接转化为光能2, 1-1 图2.1。 图2.1 PN结发光原理 采用不同的材料，可制成不同颜色有发光二极管。单芯片白色LED是一种含InGaN活性层的CaN发光二极管，它主要有两种发光机理：一种是结合蓝光LED和黄磷荧光粉，通过蓝光和磷发射的黄光的混合产生白光；另一种是通过紫外光LED和红、蓝、绿磷的组合产生白光。白色LED在照明市场上的应用前景诱人，为此，世界各国LED厂商加紧开发大功率白色LED，如Nichia公司开发出大功率InGaN LED，功率达1 W2 W，是现有LED的10倍。美国加州大学固态发光及显示中心计划在2009年开发出发光效率为200lm/W的白色LED。2.2 LED的分类2.2.1 常见LED的分类 1. 按发光管发光颜色分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等。另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管不适合做指示灯用。 2. 按发光管出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作T-1；把5mm的记作T-1（3/4）；把4.4mm的记作T-1（1/4）6-8。由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。 从发光强度角分布图来分有三类： 1)高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为5°20°或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 2)标准型。通常作指示灯用，其半值角为20°45°。 3)散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为45°90°或更大，散射剂的量较大。 3. 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 4. 按发光强度和工作电流分有普通亮度的LED（发光强度小于10mcd）；超高亮度的LED（发光强度大于100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般LED的工作电流在十几mA至几十mA，而低电流LED的工作电流在2mA以下（亮度与普通发光管相同）3。 2.2.2 白光LED介绍白光LED的合成途径大体上有2条路可以走，第一条是RGB，也就是红光LED+绿光LED+蓝光LED，LED走RGB合成白光的这种办法主要的问题是绿光的转换效率底，现在红绿蓝LED转换效率分别达到30%，10%和25%，白光流明效率可以达到60lm/w4。 通过进一步提高蓝绿光LED的流明效率，则白光流明效率可达到200lm/w。由于合成白光所要求的色温和显色指数不同，对合成白光的各色LED流明效率有不同的。随着白光LED的深入发展，人们希望用作照明光源的白光LED的光谱、色品坐标、显色性及相关色温等均能满足国际CIE和我国的有关标准，否则应认为不合格。我们对相关色温8000 4000K白光LED的光色特性及其与正向电流的关系进行了总结。长期以来，低色温(<4000K)、高显色性的白光LE D按照当前主流方案InGaN蓝色LED芯片和ce“激活的稀土石榴石黄色荧光体组合的方案实现难度大，成为人们攻关的难题。因为黄色荧光体的发射光谱中缺少红成份。故目前大多数报告限于有关5000K以上的高色温白光LED的工作。 尽管白光LED已有商品，但缺少低色温白光LED。5000K以上的高色温商品，显色性差，难以满足市场，目前，由蓝色芯片和荧光体组合的低色温白光LED的报告极少。因此，无论从学术上研究，还是应用需要，发展低色温(<4000K)高显色性白光LED具有重要意义。 第二条路是LED+不同色光荧光粉：第一个方法是用紫外或紫光LED+RGB荧光粉来合成LED，这种工作原理和日光灯是类似的，但是比日光灯的性能要优越，其中紫光LED的转换系数可达80%，各色荧光粉的量子转换效率可以达到90%，还有一个办法是用蓝光LED+红绿荧光粉，蓝光LED效率60%，荧光粉效率70%；还有是蓝光LED+黄色荧光粉来构成白光。 两种途径相比较之下，RGB三色LED合成白光综合性能好，在高显色指数下，流明效率有可能高到200lm/w，要解决的主要技术难题是提高绿光LED的电光转换效率，目前只有13%左右，同时成本高。 R、G、B三基色组成 白色是红绿蓝三基色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21，蓝色的亮度为10时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED 红绿蓝三色的色品坐标因工艺过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。当为全彩色LED 显示屏进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1 比例的LED 器件组成像素。白平衡要求三种原色在相同的调配值下合成的仍旧为纯正的白色。 2.2.3 原色和基色 原色指能合成各种颜色的基本颜色。色光中的原色为红、绿、蓝，色度图中的三个顶点为理想的原色波长。如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少，见下图。 LED 发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性可大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。三个原色中绿色最为重要，因为绿色占据了白色中69的亮度，且处于色彩横向排列表的中心。因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的关系时，绿色是着重考虑的对象。 2.2.4 大功率LED封装结构 随着半导体材料和封装工艺的提高,LED的光通量和出光效率逐渐提高, 从而使固体光源成为可能, 已广泛应用于交通灯、汽车照明、广告牌等特殊照明领域, 并且逐渐向普通照明领域过渡, 被公认为有望取代白炽灯、荧光灯的第四代光源4。 不同应用领域对LED光源提出更高要求, 除了对LED出光效率、光色有不同的要求, 而且对出光角度、光强分布有不同的要求。这不但需要上游芯片厂开发新半导体材料, 提高芯片制作工艺, 设计出满足要求的芯片, 而且对下游封装厂提出更高要求, 设计出满足一定光强分布的封装结构, 提高LED外部的光利用率。 目前封装多种多样，封装将随着今后的发展，不断改进和迎合实际需要，为LED今后在各个领域应用奠定基础5。2.3 LED光源的优点主要有以下优点：寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 体积小：LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常的小，非常的轻。小巧的体积使得DLP拼接墙体的厚度更加可控，未来可以超薄方向发展。耗电量低：LED耗电非常低，一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说：它消耗的电不超过0.1W。LED是一种绿色的照明技术，低能耗体现了未来电子产品绿色环保的发展方向。低电压和低电流也是产品的供电部分设计更为简单和可靠，并节约大量的成本。高亮度、低热量：LED比HID或白炽灯更少的热辐射。同时，与传统投影光源比较热辐射水平更低。这样不仅可以为工程师提供更加灵活的散热设计余地，同时也体现了产品环保的特性。环保：LED的环保不仅体现在其高效的能源利用率上，更体现在它的原材料和工艺上。LED是由无毒的材料做成，不像荧光灯等其他光源含水银会造成污染，同时LED也可以回收再利用。坚固耐用：LED是被完全的封装在环氧树脂里面，它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，这些特点使得LED可以说是不易损坏的。这符合工程应用和移动应用对产品稳固性的高性能要求。可控性强：LED是典型的数字化光源，可以进行任意亮度水平的调整。同时，这种调整不会改变光源的任何色温表现，提供高色彩稳定性的可控的光输出性能。价格：LED的优势这么多，因此有人会怀疑他是不是会价格和昂贵，其实不然。LED技术正在飞快的进步，价格也在迅速的下滑。有人分析认为，三年后的产品价格可能只有现在的五分之一到十分之一。因此，LED目前的价格问题只是产业初期的局部现象，长远来看，其单位亮度成本不会高于普通光源产品，甚至更低4。2.4 LED的应用领域由于LED拥有众多优良的特性，所以LED的应用领域非常广。在LED可见光应用方面，现在主要包括以下的七大类6： （1） LED显示屏。早在20世纪80年代中期，就有单色和多色的显示屏问世，那时还是以文字和动画屏为主。蓝光和绿色高亮度LED研制成功后，在计算机技术和集成电路技术的带动下，LED显示屏的视频技术得以实现，可以全彩显示，使室外屏的应用大大扩展。目前LED全彩色大屏幕显示屏在金融、证券、交通、机场、邮电等领域倍受青睐，甚至街道、商场都已广泛使用，全球各大型体育场馆几乎已成为标准配备。（2） 交通信号灯。交通信号灯是高亮度LED的第一种大规模应用，LED交通信号灯的主要优点是低功耗、长寿命。传统的交通灯配备135W或75W的白炽灯，而LED交通信号灯的功耗在10W左右。因此，其节电的经济效益是显而易见的。并且，由于传统的白炽灯寿命短，为了防止传统的信号灯突然失效引起的交通不安全，灯泡需要每年更换两三次，尽管LED信号灯初期投入相对贵得多，但由于其寿命长，可工作10年以上，这就有效地降低了维护的紧急更换的费用，使得采用LED管比采用传统灯泡更加经济。（3） 景观照明。景观照明市场近几年一直是LED照明的最大市场之一，主要原因是来自政府的推动。LED功耗低，在用电量巨大的景观照明市场中具有很强的市场竞争力，因此LED照明已经越来越多地应用到景观照明市场中。目前景观照明市场主要以街道、广场等公共场所装饰照明为主。另外，由于LED可以通过电流的控制，实现几百种甚至上千种颜色的变化。在现阶段追求个性化的时代中，LED颜色多样化有助于LED装饰灯市场的发展。LED已经开始做成小型装饰灯、装饰幕墙，应用在酒店、居室中。（4）手机应用。LED背光源主要还是用在手机方面，手机背光源是SMD型产品应用的最大市场。虽然近两年手机的增长速度已明显趋缓，但全年仍有4亿支水准，以1支手机要LED背光源2颗、按键6颗SMD LED计算，一年4亿支手机需求约32亿颗 LED。（5） 汽车用灯。LED被广泛使用在车外的信号灯，车内照明和仪表照明。LED的响应时间比传统的光源短得多， LED刹车灯的响应时间为60ns，而白炽灯为160ms，这意味着在高速行驶遇到紧急情况时，能提前56m刹车，可减少车祸的发生。而且，单颗LED尺寸很小，设计师可以自由设计LED点阵，以得到不同的灯具造型和风格。（6） 背光源。LED作为背光源已普遍运用于手机、电脑、手持掌上电子产品等众多领域。笔记本液晶屏采用LED背光源比采用CCFL背光源节省约20%到30%的电力。另外，LED用比较低的电压就可以工作，比需要高电压才能工作的CCFL更安全可靠。使用寿命长是LED背光光源的另外一个优点，LED背光光源使用寿命可达10万小时，如果按每天开机10小时计算，一台采用LED背光光源的笔记本液晶屏可以使用将近27年。著名的索尼VAIO TX系列笔记本采用了LED屏幕，和T系列的CCFL LCD屏幕相比，TX的LED屏幕不仅在重量上降低了26%，而且，延长了一个小时的电池续航时间，增加了一倍以上的屏幕抗压能力。（7）.通用照明。由于LED光源具有抗震性、耐候性、密封性好，以及热辐射低、体积小、便于携带等特点，可广泛应用于防爆、野外作业、矿山、军事行动。LED还可用于玩具、礼品、手电筒、圣诞灯等轻工产品之中。2.5 课题研究的内容和目的内容：设计LED彩色背景灯照明装置，利用传感器及单片机实现LED背景灯的智能化控制，利用光敏电阻来控制灯具的开关和明暗变化，做到光强较强时灯具不会自动开启，而光线较弱时随传感器的作用自动开启，并在系统中嵌入时钟控制。目的： LED光源具有如此多的优点，大力发展LED照明已经成为了一种趋势，所以，此次制作彩色LED背景灯，加之以传感器与时钟的控制，达到智能的效果，以满足现代人对智能的追求，方便日常家居生活。3 智能彩色LED的设计方案3.1 驱动电路的设计彩色LED的工作电压范围在2到3伏之间，而工作电流为10到30豪安，考虑到这次的设计所用的LED灯比较多，单片机的控制管脚有限，所以我采用串联的方式。这样，可使设计的电路图结构简单，而且对软件的设计也变得更加的随心所欲了。考虑到51单片机I/O口的输出不足已驱动那么多的负载，所以，不可直接把LED灯直接接到单片机的I/O口上。这次设计，我选择了74HC07芯片作为驱动，电源为15V的直流稳压电源7，连接如图3.1所示： 图3.1 LED驱动电路我将每一个发光二极管的工作电压估算为2.5V左右，而工作电流为20毫安，则当单片机I/O口输出为低电平时，7407的输输出大概为0.2V，根据以上数据，可以估算出电阻R的大小，见式（3.1） (3.1)当单片机的I/O口输出为高电平时，7407的输出达到5到7伏，则发光二极管两端的电压不足以驱动LED工作。从而达到了利用单片机控制LED的亮和灭。3.2 单片机最小系统的设计3.2.1 单片机复位电路由于在MCS-51的复位信号输入端（RESET）上加上持续时间超过24个时钟周期的高电平，即可使单片机复位，所以设置了复位电路，见图3.2。该图可实现上电复位和手动复位7, 2-7。 图3.2 单片机复位电路3.2.2 外部时钟电路单片机正常工作，必须要有时钟电路，所以设计了外部时钟7, 2-6，见图3.3。时钟的振荡频率即为晶振的振荡频率11.0592Hz。 图3.3 单片机外部时钟电路3.2.3 外部计时模块由于我的设计思想是在控制单元中内嵌一个计时模块，用以设置彩灯的工作时间，可人为的控制，以更合理的使用该设备。该模块选用DS1302时钟芯片作为计时芯片，加之32.768KHz的晶振产生振荡频率，而DS1302芯片是串行输入输出的，所以该芯片的I/O引脚与单片机的I/O口的某个引脚交互，以达到计时的效果7。电路见图3.4。 图3.4 DS1302时钟芯片实际电路3.2.4 时钟显示模块主要用于显示彩灯的工作时间，该单元选用1602液晶显示屏，1602是并口通信的，输入输出引脚可与单片机的I/O口直接交互，因而DS1302的时间可通过单片机I/O口传输到1602液晶上显示7。电路设计见图3.5。 图3.5 LCD显示电路3.2.5 传感器传感器的使用是最能体现智能化控制思想的，对于这部分，我选用光敏电阻作为控制开关，电路设计8见图3.6。图3.6 传感器电路很简单的方案，却很实用。由于光敏电阻的亮阻仅为5到10K,但其暗阻可达上兆。所以由上图可知，光强较强时，光敏电阻的阻值远小于比较电阻R3，故光敏电阻分压的数值不足以让三极管导通，所以单片机的P1.3引脚此时为高电平；而光强较弱时，光敏电阻的阻值会逐渐增大，所以其分压的数值也会逐渐增大，当其两端电压值足以使三极管导通时，P1.3脚检测到的电平即为变为低电平。根据从P1.3引脚检测到的电平变化，当CPU检测到P1.3脚的信号为低电平，即可通过控制信号将LED彩灯点亮；当CPU检测到P1.3脚的信号为高电平，即可通过控制信号将LED彩灯熄灭。从而达到智能控制的效果。3.3 整体设计方案通过光敏电阻在不同光照强度的环境下阻值的变化去改变单片机某引脚的电平，让CPU不断检测该引脚的电平变化，然后根据电平的高低来决定是否点亮LED彩灯。但环境的变化不是唯一的决定因素，因为在此设计中，我还有意的嵌入了时钟模块，可以人为地去调节彩灯工作的时间段。这样，通过时钟与光敏电阻的双重控制，则不会出现室内无人时，自动的将LED背景灯点亮，造成资源的浪费。在整个系统的设计中，我在电源入口处还窜接了一个拨动开关，这个开关作为整个设计的总开关，可以起到人为地随时对装置进行开启和关闭，满足实际生活的需要。3.4 LED彩灯的排列这是一个非常关键的步骤，因为LED彩色背景灯的制作成功与否主要取决于三个要素，即：（1） 传感器是否灵敏，是否达到智能的效果。（2） 系统在正常工作环境中是否能稳定的工作。（3） 美不美观，即能否达到让人赏心悦目的效果。其中，美不美观尤为重要，因为LED彩光背景灯的设计是为了娱乐和观赏，并非是日常生活中不可缺少的设备。所以能否给人以享受的效果很重要。所以，考虑到美观与易于操控，我决定将多个彩色LED灯排列成矩阵形状，见图3.7。 图3.7 LED的排列即每个单片机I/O引脚串接5个发光二极管，而由于各种颜色的发光二极管的工作电压与工作电流相差不大，所以颜色可随意搭配，而具体到怎样亮和灭，就要依据编写的程序代码去完成了，这部分在下面的叙述中会详细讲到。3.5 整体电路的设计见图3.8图3.8 整体电路4 印制电路板的制作与电子元器件的焊接4.1 印制电路板的制作第一步：准备PCB原稿图 首先要在电脑中设计好电路板图9 ，如下：图4.1 PCB设计第二步：打印菲林 最好是选择透明的菲林用激光打印机来打印，这样打印出来的效果较好,完全胜任一般的电路板制作要求.如果是喷墨式打印机就要用硫酸纸,但是效果差。图4.2 用硫酸纸打印的PCB图下面就要开始整个制作环节中比较重要的工作:曝光.没使用过的感光板铜皮面会有一层白色不透明的保护膜.用刀子将曝光板裁成所需要的大小,并把毛边刮掉,然后将保护膜撕掉。去掉保护膜的感光板铜皮面被一层绿色的化学物质所覆盖,这层绿色的东西就是感光膜.先将其中一块玻璃放在较平的台面上,然后把感光板放在玻璃上,绿色曝光面朝上将打印好的菲林轻轻铺在感光板上,并对好位置.将另外一块玻璃压上,利用上面那块玻璃本身的自重使曝光板和菲林紧贴在一起.图4.3 图纸与感光板的放置第三步：曝光确定两块玻璃已经准确无误地将电路板和菲林压好后,接下来就要开始曝光了.曝光的方法有几种:太阳照射曝光、日光灯曝光、专用的曝光机曝光，可以根据情况灵活选择.这里采用的是日光台灯来曝光,台灯和感光板的距离大概是5cm左右.图4.4 开始曝光曝光的时间要根据曝光光源的照射强度,以及不同厂家生产的感光板可能对曝光时间要求的不同,具体时间请参考厂家的说明.在这里这次曝光用了大约12分钟.曝光时间的要求并不是很严格,但时间不要太短,那样会导致曝光不充分,曝多几分钟无所谓.第四步:显像在曝光的的这个空挡时间里还有一件事要做, 就是调制显像剂,曝光后的板子要尽快进行显像工作当然也可以事先调好.用一个塑料盆将显像剂和水按1:20的比例调好.加入水后轻轻摇晃,使显影剂充分溶解于水中.注意:不要用金属材料的盆,不要用纯净水,用一般的自来水即可.将曝光后的感光板放入调制好显像剂的盆中,绿色感光膜面要向上并且不停的晃动盆子,此时会有绿色雾状冒起,线路也会慢慢显露出来.图4.5 显像 直到铜箔清晰且不再有绿色雾状冒起时即显像完成,此时需再静待几秒钟以确认显像百分百完成。显像完成后用水稍微冲洗,吹风机吹干,检查磨面线路是否有短路或开路的地方,短路的地方用小刀刮掉,断路的地方用油笔修补.图4.6 显像完成第五步:蚀刻电路板将三氯化铁放入塑料盆中(注:不能用金属盆),按250g三氯化铁配1500cc-2000cc的水进行调配,用热水可加快蚀刻速度,节约时间.待三氯化铁充分溶于水中后即可将已显影的电路板放入盆中进行蚀刻,蚀刻的过程当中不停晃动盆子,使蚀刻均匀并可加快蚀刻速度. 图4.7 腐蚀大约十几分钟即可完成蚀刻过程,蚀刻完成后将电路板取出用水轻轻冲洗即可. 图4.8 蚀刻好的板子最后一步:钻孔用小手电钻对零件孔或需要钻孔的地方进行钻孔,钻孔后的电路板就可以进行零件装配焊接了.感光板可以直接焊接,绿色的感光膜不必去除,如需去除可用酒精或天那水等进行擦洗。 图4.9 进行钻孔工作至此全部的工作均已完成。 4.2 电子元器件的焊接根据印制电路板的排版，将所需要的电子元件焊接上去。每一个即将要焊接到印制电路板上的元件，都要经过万用表的测试，确认各元件没有被损坏、能正常工作。在焊接过程中，不断的用万用表检测线路之间的连接是否出现开路，器件间的引脚是否短路，器件的焊接是否坚固 ，同时注意焊接的美观性。以上工作一定要细致的完成，否则将会给后面的调试造成极大地麻烦。接下来就是检测电路板的整体性能。这个过程需要比较长的时间，通过不断地测试，不断的改进，使电路板达到设计的要求。5 程序代码的编写5.1 LED显示流程发光二极管的阵列为五行六列，我将用程序来设计各个LED灯的亮灭情况。主要是通过P2口对应引脚的电平变化来控制其工作的流程。LED连接图见图5.1 图5.1 LED连接方式其中，L0到L5接74HC07后分别接单片机I/O口的P2.0至P2.5引脚。我的设计是：（1） L0、L5所在的支路亮1秒钟，之后L0、L5灭；同时，L1、L4被点亮，1秒钟后，L1、L4灭；同时L2、L3被点亮，1秒钟后，L2、L3以0.1秒的间隔相继亮灭10次。（2） 之后，L2、L3灭，同时，L1、L4被点亮，1秒钟后，L1、L4熄灭；同时L0、L5被点亮，1秒钟之后，L0、L5熄灭。（3） 之后，所有的发光二极管以0.5秒钟的间隔同时被点亮和熄灭10次。（4） 不断循环以上流程。例程： void LED() uchar i; if(k=0) while(1) donetime(); l0=0; l5=0; delay(1000); l0=1; l5=1; delay(1000); l1=0; l4=0; delay(1000); l1=1; l4=1; delay(1000); l2=0; l3=0; delay(1000); for(i=0;i<10;i+) l3=1; delay(100); l2=1; l3=0; delay(100); l2=0; l2=1; l3=1; delay(1000); l1=0; l4=0; delay(1000); l1=1; l4=1; delay(1000); l0=0; l5=0; delay(1000); l0=1; l5=1; delay(1000); for(i=0;i<10;i+) P2=0xc0; delay(500); P2=0xff; delay(500); else P2=0xff;5.2 主程序void main()/主程序 uchar i; init();/初始化lcd SetTime();/写初值进1302 while(1) keyscan();/设置时间 if(!s1num)/判断是否设置时间 donetime();/从1302读时间 if(shi>=18&&shi<=24) /在18点到24点才允许LED被点亮 void LED(); 由上述的主程序的编写可知，我的设计思路是：（1） 上电之后，初始化1602液晶。（2） CPU不断从1302时钟芯片读取实时时间，并把读取的时间显示在1602液晶上；同时，不断扫描键盘电路，判断是否需要设置时间，若是，则跳到键盘设置程序执行，并把设置后的时间写入1302时钟芯片的年、月、日星期、时、分、秒存储器中，且显示在1602液晶。（3） 若设置时间的按钮没有按下，则CPU在(shi>=18&&shi<=24)的条件下跳去执行点亮发光二极管的程序，若此时，光敏电阻的暗阻使K=0,则发光二极管将被点亮，且点亮的方式按所设定的程序执行，当然，这部分可根据个人的爱好随意更改。亦可以通过键盘电路来选择不同的执行模式，以满足不同品味的人的需求。（4） 其他情况下，发光二极管不被点亮，达到了时钟与光敏电阻双重控制的效果。 其它程序见附录。结 论本课题主要研究的是智能化大功率彩色LED背景灯的设计与制作，重点是控制方面，即如何能做到智能的效果。考虑到LED彩色背景灯应用的时间和场合，此系统选用光敏电阻作为控制开关，因为光敏电阻的亮阻与暗阻的阻值存在着巨大的差异，利用其在白天和夜晚阻值的不同，去改变电路的输出电平。再用单片机的引脚去检测这个电平信号，继而判断是点亮发光二极管还是熄灭发光二极管。从而很简单的做到了在光强较强时熄灭发光二极管，光强较弱时点亮发光二极管。做到智能控制的效果。在系统中，我还嵌入了时钟，可以人为的调节彩色背景灯工作的时间，自由掌控，灵活使用，真正做到节能环保的效果。在制作过程中，我学到了许多以前没有掌握或不太熟练地知识，如C语言程序的编写、印制电路板的制作等，还有，巩固了数电与模电的知识。可以说，此次设计，是对我大学四年所学知识的一次系统查阅。参 考 文 献1 杨阳. LED的发展J.现代经济信息，2009，（20）:437-441.2 姚凯. 第四代新光源LEDJ. 现代经济信息, 2007, (22) :206-207.3 杜瓦尓.LED characterization for production quality controlJ.LED的发展, 2006,(12):124-131. 4 张继辉. 浅谈半导体发光二极管（LED）及其应用J. 现代经济信息, 2008 ,(16): 263-