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摘要随着社会的发展,人们对能源需求的急剧增加,节能意识日渐受到重视。高亮度LED灯以其功耗低、亮度高、寿命长等特点被广泛使用。本作品为简易稳定光源的设计与制作，采用德州仪器的LaunchPad(msp430g2553)单片机为控制核心，DAC(TLV5618)输出电压信号转换为电流来调节LED灯的亮度。本作品还带有其他功能，如：LED灯的亮度随着外界光强的变化而自动变化，以维持总光强不变；实时显示外界光照强度的变化；周围2米内无人时，LED灯延时3~5秒自动熄灭。整个系统稳定度高、制作成本低，具有很好的实用性。
关键字节能简易稳定光源msp430g2553TLV5618OPA2333亮度可调
一、方案比较
方案一：将滑动变阻器与定值电阻串联，利用滑动变阻器的分压来直接调节LED的亮度。此方案简单，但调节的精度太差，且无法保证输出电流恒定不变。
方案二：采用LED电源芯片LM3405A,改变PWM波的占空比来控制LED的亮度。此方案的优点是PWM波调节简单并且准确，输出电流稳定，纹波小。缺点是电源芯片造价昂贵，所需元器件精度要求高。
方案三：由单片机控制DAC输出电压信号，由电压信号控制U/I转换器转换成电流，并联两个三极管来驱动LED灯。此方案简单可行，控制精度高，输出电流稳定性好。
根据实验室实际条件，作品制作成本，实现难易程度等因素，我们选择方案三。
二、系统设计
1、系统总体描述：
本作品为简易稳定光源，系统控制原理为:由按键(光敏电阻或热释电模块)产生驱动信号,驱动单片机产生对应的控制信号(一系列数字), 控制信号(一系列数字)按照确定的对应公式控制DAC(TLV5618)产生相应的电压信号（一系列电压值）。DAC(TLV5618)的2.5V基准电压由芯片MC1403提供。DAC(TLV5618)的电压信号通过U/I转换器转换成电流，用NPN型三极管8050驱动LED灯发光。用诺基亚5110液晶屏实时显示电流值和外界光强值。本作品具有三个工作模式。
（1）普通模式：LED灯的亮度由按键来控制，按键加（按键减）每按一次输出电流步进（退）5mA，液晶屏显示输出电流值和外界光强值。
（2）光敏模式：LED灯的亮度随外界光强的变化而变化，从而维持总的光照强度不变，液晶屏显示输出电流值、外界光强值和设定光强值。
（3）热释电模式：LED灯周围2米内无人时,延时3~5秒后自动熄灭(我们为了使LED具有指示功能,LED并没有完全熄灭,而是具有微弱的亮度) 。当检测到运动的人时，LED灯再次点亮。液晶屏显示外界光强值。
2、系统框图
图1系统框图
3、系统具体构成
（1）控制核心部分
我们的作品采用德州仪器生产的LaunchPad(msp430g2553)单片机。该型单片机自带ADC转换功能，将光敏电阻的电压信号转换为对应的数字。LaunchPad
具有两组I/O接口，对于我们的作品来说已经足够了。
（2）键盘及显示部分
我们采用独立键盘，并焊接在电路板上，VSS接单片机的+3.3V电源。按键有3个，2个控制步进加减，1个选择工作模式。显示器件采用诺基亚5110液晶屏，分辨率48×84。屏幕小巧，分辨率高。
（3）DAC转换部分
DAC采用12位的TLV5618，它的DIN、SCLK、CS三个端子接受来自单片机的控制信号，OUT输出端输出电压信号控制下一级的U/I转换器。REF接2.5V基准电压，基准电压由芯片MC1403产生。
TLV5618电压转换公式为：
其中 为单片机输出的数字， 为基准电压。
（4）U/I转换器及LED灯部分
U/I转换器的运算放大器采用高精度低温飘轨道轨双运放OPA2333。运放A连成闭环负反馈电路，运放B构成放大倍数为4的同相放大器，用于提高电压的采集精度。输出电压通过并联的电阻R13、R14、R15转换成电流，此时电流很微弱，通过并联的三极管放大电流，从而驱动LED灯。
公式为： 其中 为三极管总的放大倍数， 为三极管基极电流。
三、测试环境及数据记录
2、开发软件
IAR Embedded workbench 5.4 Code Composer Studio 5.3.0
3、测量工具
UT33B 三位半数字万用表
4、数据记录
理论值/mA 实测值/mA 理论值/mA 实测值/mA 理论值/mA 实测值/mA
10 10.2 125 125.2 240 239.9
15 15.0 130 130.5 245 249.8
20 20.2 135 135.4 250 250.2
25 25.1 140 140.3 255 255.0
30 29.9 145 145.5 260 260.1
35 35.1 150 150.3 265 265.3
40 40.5 155 155.2 270 270.2
45 45.1 160 160.4 275 274.9
50 49.9 165 165.2 280 280.4
55 55.2 170 170.5 285 285.1
60 59.9 175 175.3 290 290.0
65 65.2 180 180.1 295 295.1
70 70.1 185 185.3 300 299.8
75 75.4 190 190.1 305 305.2
80 80.1 195 194.9 310 310.2
85 85.1 200 200.1 315 315.5
90 90.2 205 205.4 320 320.4
95 95.0 210 210.2 325 325.1
100 100.2 215 215.0 330 330.0
105 105.0 220 220.1 335 335.2
110 110.5 225 225.2 340 339.9
115 115.1 230 230.5 345 345.2
120 120.4 235 230.1 350 350.1
5、数据总结
从测试的数据看，实测值与理论值符合的很好，输出电流呈现出线性关系。由于万用表自身精度的原因，所测数据难免存在误差。由数据知，LED电流在10mA~350 mA可调。纹波电流小于1mA，超出题目要求的2 mA。LED电流调节步长为5mA，满足题目要求。
参考文献
[1] 康华光，电子技术基础 模拟部分(第五版)，高等教育出版社，2006
[2] 洪利 章扬 李世宝，MSP430单片机原理与应用实例，北京航空航天大学出版社，2010
关键字节能简易稳定光源msp430g2553TLV5618OPA2333亮度可调
一、方案比较
方案一：将滑动变阻器与定值电阻串联，利用滑动变阻器的分压来直接调节LED的亮度。此方案简单，但调节的精度太差，且无法保证输出电流恒定不变。
方案二：采用LED电源芯片LM3405A,改变PWM波的占空比来控制LED的亮度。此方案的优点是PWM波调节简单并且准确，输出电流稳定，纹波小。缺点是电源芯片造价昂贵，所需元器件精度要求高。
方案三：由单片机控制DAC输出电压信号，由电压信号控制U/I转换器转换成电流，并联两个三极管来驱动LED灯。此方案简单可行，控制精度高，输出电流稳定性好。
根据实验室实际条件，作品制作成本，实现难易程度等因素，我们选择方案三。
二、系统设计
1、系统总体描述：
本作品为简易稳定光源，系统控制原理为:由按键(光敏电阻或热释电模块)产生驱动信号,驱动单片机产生对应的控制信号(一系列数字), 控制信号(一系列数字)按照确定的对应公式控制DAC(TLV5618)产生相应的电压信号（一系列电压值）。DAC(TLV5618)的2.5V基准电压由芯片MC1403提供。DAC(TLV5618)的电压信号通过U/I转换器转换成电流，用NPN型三极管8050驱动LED灯发光。用诺基亚5110液晶屏实时显示电流值和外界光强值。本作品具有三个工作模式。
（1）普通模式：LED灯的亮度由按键来控制，按键加（按键减）每按一次输出电流步进（退）5mA，液晶屏显示输出电流值和外界光强值。
（2）光敏模式：LED灯的亮度随外界光强的变化而变化，从而维持总的光照强度不变，液晶屏显示输出电流值、外界光强值和设定光强值。
（3）热释电模式：LED灯周围2米内无人时,延时3~5秒后自动熄灭(我们为了使LED具有指示功能,LED并没有完全熄灭,而是具有微弱的亮度) 。当检测到运动的人时，LED灯再次点亮。液晶屏显示外界光强值。
2、系统框图
图1系统框图
3、系统具体构成
（1）控制核心部分
我们的作品采用德州仪器生产的LaunchPad(msp430g2553)单片机。该型单片机自带ADC转换功能，将光敏电阻的电压信号转换为对应的数字。LaunchPad
具有两组I/O接口，对于我们的作品来说已经足够了。
（2）键盘及显示部分
我们采用独立键盘，并焊接在电路板上，VSS接单片机的+3.3V电源。按键有3个，2个控制步进加减，1个选择工作模式。显示器件采用诺基亚5110液晶屏，分辨率48×84。屏幕小巧，分辨率高。
（3）DAC转换部分
DAC采用12位的TLV5618，它的DIN、SCLK、CS三个端子接受来自单片机的控制信号，OUT输出端输出电压信号控制下一级的U/I转换器。REF接2.5V基准电压，基准电压由芯片MC1403产生。
TLV5618电压转换公式为：
其中 为单片机输出的数字， 为基准电压。
（4）U/I转换器及LED灯部分
U/I转换器的运算放大器采用高精度低温飘轨道轨双运放OPA2333。运放A连成闭环负反馈电路，运放B构成放大倍数为4的同相放大器，用于提高电压的采集精度。输出电压通过并联的电阻R13、R14、R15转换成电流，此时电流很微弱，通过并联的三极管放大电流，从而驱动LED灯。
公式为： 其中 为三极管总的放大倍数， 为三极管基极电流。
三、测试环境及数据记录
2、开发软件
IAR Embedded workbench 5.4 Code Composer Studio 5.3.0
3、测量工具
UT33B 三位半数字万用表
4、数据记录
理论值/mA 实测值/mA 理论值/mA 实测值/mA 理论值/mA 实测值/mA
10 10.2 125 125.2 240 239.9
15 15.0 130 130.5 245 249.8
20 20.2 135 135.4 250 250.2
25 25.1 140 140.3 255 255.0
30 29.9 145 145.5 260 260.1
35 35.1 150 150.3 265 265.3
40 40.5 155 155.2 270 270.2
45 45.1 160 160.4 275 274.9
50 49.9 165 165.2 280 280.4
55 55.2 170 170.5 285 285.1
60 59.9 175 175.3 290 290.0
65 65.2 180 180.1 295 295.1
70 70.1 185 185.3 300 299.8
75 75.4 190 190.1 305 305.2
80 80.1 195 194.9 310 310.2
85 85.1 200 200.1 315 315.5
90 90.2 205 205.4 320 320.4
95 95.0 210 210.2 325 325.1
100 100.2 215 215.0 330 330.0
105 105.0 220 220.1 335 335.2
110 110.5 225 225.2 340 339.9
115 115.1 230 230.5 345 345.2
120 120.4 235 230.1 350 350.1
5、数据总结
从测试的数据看，实测值与理论值符合的很好，输出电流呈现出线性关系。由于万用表自身精度的原因，所测数据难免存在误差。由数据知，LED电流在10mA~350 mA可调。纹波电流小于1mA，超出题目要求的2 mA。LED电流调节步长为5mA，满足题目要求。
参考文献
[1] 康华光，电子技术基础 模拟部分(第五版)，高等教育出版社，2006
[2] 洪利 章扬 李世宝，MSP430单片机原理与应用实例，北京航空航天大学出版社，2010