项目2
荧光灯驱动电路系统设计

设计任务

设计一个简单的荧光灯驱动电路，利用8个发光二极管（LED）模拟荧光灯，通过单片机同时点亮8个LED。

基本要求

本设计要求采用8个LED模拟荧光灯，通过单片机同时点亮8个LED，所以必须满足以下条件。

☺ LED的工作电流在3~20mA之间；必须给LED加上正向电压才可以使其导通；要通过限流电阻防止烧毁LED。

☺ 单片机使用5V供电电压。

☺ 单片机I/O接口输出低电平信号，并将该低电平信号加在LED的负极端。

总体思路

荧光灯驱动电路是驱动荧光灯发光的电路。结合LED导通条件及单片机电路的工作特点,设计一个运用单片机驱动8个LED的电路。

系统组成

整个荧光灯驱动电路系统主要分为以下4个模块。

☺ 电源模块。

☺ 串口下载模块：将在计算机上编写好的程序下载到单片机中。

☺ 单片机模块：将单片机I/O接口输出的低电平提供给LED负端。

☺ LED模块：利用8个LED来模拟荧光灯。

荧光灯驱动电路系统框图如图2-1所示。

电路原理图（见图2-2）

模块详解

1. 电源模块

由于要给整个系统供电，所以必须设计一个直流稳压电源。这里为了设计方便，直接通过一个两引脚排针，外接5V电源对整个系统进行供电，并通过LED指示电源是否供电正常，如图2-3所示。

在图2-3中，J2外接5V电源和地，B2是开关，D1是LED。当电源模块外接5V电源后，闭合开关B2，如果D1亮了，就说明外接5V电源供电正常。

2. 串口下载模块

要把在计算机上编写好的程序下载到PCB上的单片机内，就必须设计串口下载模块。串口下载模块如图2-4所示。

在图2-4中，串口采用的是D9串口母座，与MAX232芯片共同构成串口下载模块。其中，MAX232芯片的12引脚和11引脚接AT89C52单片机的P3.0引脚和P3.1引脚，这样程序就可以被下载到AT89C52单片机内。

AT89C52单片机的引脚电平与RS-232标准的不一样，必须对AT89C52单片机的引脚电平进行电平转换后才能使AT89C52单片机与计算机进行通信。本设计采用MAX232芯片进行这个电平转换。

MAX232芯片是具有RS-232标准串口的单电源电平转换芯片，使用正5V单电源供电。MAX232芯片主要特点如下。

☺ 符合RS-232标准。

☺ 只需正5V单电源供电。

☺ 片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生正、负10V电压。

☺ 功耗低，典型供电电流为5mA。

☺ 内部集成两个RS-232C驱动器。

☺ 高集成度，片外只需4个电容即可工作。

☺ 内部集成2个RS-232C接收器。

3. 单片机模块

单片机模块采用AT89C52单片机，如图2-5所示。

在图2-5中，电容C7、电阻R1及开关B1构成复位电路；X1、C5、C6构成时钟电路；AT89C52单片机的P2.0~P2.7引脚控制8个LED。

4. LED模块

本设计利用8个黄色LED模拟荧光灯。LED的工作电压一般为3~3.4V，工作电流一般为10mA左右。由于这里所采用的供电电压为5V，所以在每个LED负端都接了560Ω电阻，起到限流的作用。LED模块如图2-6所示。

在图2-6中，LED的工作电压为3.3V，工作电流为10mA，即给8个D2~D9负端都接了560Ω电阻后，再接到AT89C52单片机的P2.0~P2.7引脚。LED必须加上正向电压才能发光。由于8个LED的正端都接上了5V电压，所以当AT89C52单片机的P2.0~P2.7引脚为高电平时，LED不亮，而当AT89C52单片机的P2.0~P2.7引脚为低电平时，LED亮。对LED模块进行仿真，如图2-7所示。

软件设计

根据系统设计要求，首先画出程序流程图，如图2-8所示。

按照程序流程图，编写程序如下：

调试与仿真

将程序下载到AT89C52单片机内，对荧光灯驱动电路系统进行仿真，如图2-9所示。从仿真的结果来看，该系统满足设计要求。

电路板布线图（见图2-10）

实物照片（见图2-11）

思考与练习

（1）LED的工作电流和工作电压一般为多少？当使用5V电源供电时，一般限流电阻为多大？

答：LED的工作电流一般为10mA左右，工作电压一般为3.3V。当使用5V电源供电时，为保险起见，为LED配置560Ω的限流电阻。

（2）简述单片机时钟电路的作用。

答：单片机内部是由触发器等构成的时序电路组成的。只有通过时钟电路，才能使单片机一步步地工作。在具体工作时，单片机外部接上振荡器（也可以使用内部振荡器）。该振荡器提供的高频脉冲信号被分频处理后成为单片机内部时钟信号，作为片内各部件协调工作的控制信号。如果没有时钟信号，触发器的状态就不能发生改变，单片机内部的所有电路在完成一个任务后也不能继续进行其他任何工作了。

（3）如何让LED模块中的LED发光？

答：每个LED的正端接5V电压，负端通过一个560Ω的限流电阻接到单片机的I/O接口。由LED工作原理可知，如果单片机I/O接口输出低电平，则LED发光。

特别提醒

（1）当完成荧光灯驱动电路系统各模块设计后，必须对各模块进行适当连接，并考虑元器件之间的相互影响。

（2）当完成荧光灯驱动电路系统设计后，要对荧光灯驱动电路进行测试，看接线、供电是否正常。