论文导读:：全色谱彩灯的设计原理。利用红绿蓝三色灯和色彩的三原色原理。全色谱彩灯显示系统的研究与设计。
论文关键词：全色谱彩灯，三色灯，PWM信号
0 引言
近年来,随着LED(Light Emitting Diode)技术的发展,LED已被越来越多的应用于显示屏、背光源、汽车车灯、室内装饰、景观照明、通用照明、交通指示灯、道路指示和信号显示等领域。目前，LED显示屏凭借其高亮度、高可靠性、低使用成本、寿命长、环境适应能力强等特点,在短短的时间内,迅速成长为平板显示的主流产品,并且广泛的应用于车站、银行、证券、医院 、体育场馆、市政广场、演唱会、车站、机场等场所。与此同时，伴随红、绿、蓝色三色发光管亮度的不断提升，色谱彩屏正以一种前所未有的速度在普及和推广。
1 全色谱彩灯的设计原理
日常生活中，颜色的种类五花八门、变化万千。但是，几乎所有的颜色都可以通过三基色混合的方法来得到，当不同像素比例的三基色光，同时照射在一起时，就能够产生另外一种新的色光。并且，随着不同色彩混合量的增加，混色光的明度会逐渐提高。
将红、绿、蓝三色光分别按照适当比例混合，可以得到其他不同的色光；反之，其他颜色的光线却无法混出红、绿、蓝这三种颜色。因此，人们通常将红、绿、蓝三种颜色称为色光的三基色。红、绿、蓝三色加色混合的效果是由人的视觉器官来完成的PWM信号，它是一种视觉的混合。加色混合法的结果是色相的改变、明度的提高、而纯度并不下降。
2 全色谱彩灯的硬件设计
2.1 芯片简介
AT89C51单片机是ATMEL公司生产的8位高性能单片机，它具有比MCS-51系列单片机更强大的功能，同时它也完全兼容MCS-51系列单片机的引脚和指令系统。它的全静态工作范围是0Hz～24MHz，在单片机内部有4KB支持反复擦写的程序存储器，128*8位内部RAM，两个16位定时/计数器，4个并行 I/O口 P0～P4, 32位双向输入输出线，有一个UART异步串行口的通信方式为全双工，工作方式可以是间歇模式或着掉电模式。
2.2三色led的发光原理：
Led 是由P型和N 型半导体组成的固态半导体器件，在Led的P-N结上加正向偏压时可以直接将电能转化为光能。通常可以采用紫外线等单色光，激发以稀土为主要元素的荧光粉发出不同颜色的光,混合各色光产生白光，也可以采用将几种发不同色光的芯片封装在一起,构成发白光的LED,即多芯片型。本文应用具有4引脚共阴极三色Led，其具有极低的耗电量，较低的工作电压和极高的可靠性。
本文以AT89C51单片机为核心，其P1口的各个引脚分别接共阴极三色Led的红、绿、蓝三色的控制引脚；如P1.0接Led的红色控制引脚，P1.1接Led的绿色控制引脚，P1.2接Led的蓝色控制引脚中国论文下载中心。单片机输出不同脉冲宽度的PWM控制信号到三色led的三色控制引脚，使得Led依据相应的电压值，变化红、绿、蓝三种颜色的亮度值，从而可以通过不同亮度的红、绿、蓝三种颜色的混合达到显示多种颜色的目的。此外，三色LED的阴极接地。全彩灯的硬件电路图，如图1所示。
图1 全彩灯硬件原理框图
3全色谱彩灯的软件设计
3.1数学模型
PWM脉宽调制，是利用微处理器的数字输出实现对模拟电路进行控制的技术，即是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，其具有无需进行数模转换，就可以将控制信号从处理器输出到被控对象的优点。
通常在单色光激发荧光粉的状态下，以窄带宽激发红粉和绿粉，宽带宽激发蓝粉。由于LED的工作电压较低，一般不会超过5VPWM信号，所以红、绿、蓝三种颜色都可以通过较低的电压激发。因此，三色LED的亮度值可以近似看做是线性变化如图2所示。
图2 三色LED亮度与电压关系数学模型图
设Va和Vb为亮度线性区域的下限电压与上限电压；Vx为亮度线性区域上的任意电压x%为亮度值的百分比；Vx为亮度线性区域上的任意电压；Kx为PWM的占空比。亮度任意值Vx、占空比以及阀值电压Va和Vb之间的关系如公式1所示。
公式1
3.2软件实现原理
本系统是以软件编程来控制AT89C51单片机输出信号的脉冲宽度， 通过响应中断程序，选择点亮一盏三色LED灯或者全部，调用PWM调制程序，输出红、绿、蓝三色的激发电压到三色LED,完成LED的全彩色点亮，软件流程图如图3所示
  图3 软件流程图
4结果及讨论
文章以AT89C51单片机为主控核心，利用红绿蓝三色灯和色彩的三原色原理，设计一种全色谱彩灯控制系统。
从设计的容易实施角度出发，本系统的颜色变化是从预设值开始到单片机的最大输出范围。本系统还可以通过连接键盘等方式，输入颜色分量的起始值，设定颜色的显示时间。因此，本系统的功能还有很大的提高空间。
5 结束语
本系统具有较强的研究性，并且面向应用，具有良好的实用性。经多次实验验证，该系统具有结构简单、成本低、系统可靠性高等优点。适合广泛的应用于车站、证券、体育场馆、演唱会、机场等场所，为各场所提供照明及各种灯光效果。
参考文献
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