51系列单片机在矩阵灯光控制器中的应用

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1、51系列单片机在矩阵灯光控制器中的应用一、引言近年来，随着文化事业的发展，灯光在大型剧院、舞台、演播厅、体育场馆等场合得到广泛的应用，灯光通过专用控制器的控制变幻出各种效果，营造出许多优美的艺术氛围，在舞美艺术中扮演着不可或缺的角色。灯光控制不仅包括对发光体进行简单的电气通断控制，同时还包括对发光体亮度的动态、静态控制和大规模灯光场景的调度及总体控制。灯光控制器一般有两种，既手动调光台与电脑调光台。手动调光台多数为模拟调光，一般应用于小规模的灯光控制场合，而电脑调光台则可以同时管理着几百个回路的灯光，包括亮度调节与多种管理功能。本文主要阐述利用51系列

2、单片机自身的各种资源，如何实现在64路矩阵灯光控制器中完成多种灯光控制功能。二、基本功能矩阵灯光控制器由控制与功率两部分组成，即可独立使用，亦可连接硅箱增大功率输出。单独使用时，通过控制纵横各8个共16只硅块实现对64路灯光的控制给，即矩阵控制。其功能主要有：1.走灯效果调用编辑控制器内固化有100个走灯花样效果程序，可由用户编辑调用。2.走灯速度控制可由用户设定走灯速度，走灯效果程序可自动或由用户手动运行，通过音频接驳口接入声音信号亦可声控走灯速度。3.灯光亮度调节利用数字调光方法通过对可控硅的控制实现对灯光亮度调节。4.通讯功能拷贝功能，一个控制器

3、得运行控制参数（如灯光效果编组情况，走灯速度，亮度等）可通过串口传送到其他控制器中，使其他控制器具有相同的运行控制参数；将64路灯光亮度值以DMX标准信号形式送出，用来连接大功率硅箱以增大功率输出。U1三、控制原理1.调光控制部分对于亮度的调节，主要是通过改变发光wt体的电压来调节灯光亮度，目前调压方法主U2要采用可控硅控制方式，即通过改变可控硅Uk的触发角来改变其导通相位与时间，从而改变作用于发光体的电压有效值，完成调压过wt程。一般的灯光控制器主要是采用调整控制UOUT电压方式改变触发角，即模拟调光，其原理如图1，图2所示，由于调光器采用双向可控硅

4、，则控制以半波为周期，首先工频正弦波wt电压信号经同步采样电路产生同步电压U1，图11然后经锯齿波发生电路转换成同步锯齿波信号U2，锯齿波信号同控制电压信号Uk经比较器产生用于触发可控硅的触发脉冲Uout，改变控制电压UK也就是改变它与同步电压锯齿波的交点即可实现触发脉冲的相移，从而改变发光体两端的电压，调节灯光亮度。这种方式触发电路简单可靠，但缺点是同步电压易受电网电压的影响，造成触发精度差，另外，不同的触发电路由于同步取样与锯齿波产生电路的差异（虽然控制电压相同）造成调光器输出电压的不同，从而造成调光的不一致性。VCC模拟触发电路U1同步U2~锯齿

5、波+UOUT发生器比较器触发信号-VCCUK图2为解决上述问题，采用数字触发调光方式，这种方式可较好地提高触发精度，其原理是利用单片机时钟基准，将每个正弦半波周期均分为N等U份，即分为N级调光，每一级对应的时间间隔Δt是10/N毫秒。如图3所示，M的数值不同，则触发的时间不同，也就是触发角改变，触发脉冲得以移相。用模拟调光，灯光的变化是连续的，数字调光的亮度变化则是跳跃的。如何避免这种现象，与N的取值有一定关系。01M-1MNwt2.调光曲线N-1调光曲线是指调光过程中灯光亮度变化与控制电压的N-2ФN-2关系曲线，这里指灯光亮度与时间间隔Δt变化的关

6、系曲ФN-1ФN线，如图4所示的各种曲线。首先分析N的取值对调光的影响。正弦半波被N等分图3以后，即Δt为一定值，设定每一级对应的电压光通比值变化量为ΔU，ΔU是一个与N有关的函数，N1S形值越大，ΔU越小，即级与级之间的电压变化量越小，灯光亮度变化趋势越接近线性，但在实际1次中，由于人眼的视觉残留及大功率舞台光源有较大的热惯性，实践证明，当N值趋于一定数值时，2次人眼对灯光亮度的跳跃变化已分辨不出。由上图还可以看出，当M近似为N/2时，ΔU最大，也3次就是在半波的中部，灯光亮度变化量较大，而两端较小。由上分析可以看出，当Δt为定值时，图4N2对应的调

7、光曲线是一个“S”形，当按照某一规律调整Δt时，则可以得到线性的1次调光曲线，而且还可以得到2次曲线，3次曲线，2次和3次曲线更适合人眼的要求。考虑单片机的处理能力，这里以最简单的编码方式为例，即Δt为定值，只要恰当选择N值，人眼就可以分辨不出灯光亮度的跳跃现象。试验得知，当N取值为200时，Δt=50us，调光效果已经满足要求。3、DMX信号调光台将多路灯光亮度数据通过DMX信号发送到接收装置（解码器），然后解码器将其还原成相应的控制触发角以完成多路调光功能。解码器有模拟式和数字式两种。DMX是用于调光台与硅箱之间的一种数据通讯协议，其物理层为RS4

8、22，采用单工11位异步通讯方式。协议规定，通讯的波特率为250Kbps，每一个数据采用11位