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LED显示实验指导书
目录
实验二市电指示及阻容降压LED警示灯驱动实验5
实验三LED电压驱动实验7
实验四LED恒流驱动实验8
实验五LED恒流源+PWM驱动实验10
实验六三基色LED驱动实验11
实验七红外线无线通信实验13
实验十三自动控制照明CDS/PIR实验25
实验十四LED照明实验26
实验二十二MINI-STM32显示认识实验82
实验二市电指示及阻容降压LED警示灯驱动实验
一、实验目的
1、熟悉市电指示及阻容降压LED警示灯驱动实验现象。
2、熟悉市电指示以及阻容降压LED警示灯的显示原理。
二、实验设备
LED综合实验仪市电指示及阻容降压LED警示灯驱动模块
三、实验原理
1、市电指示原理
我国和日美等世界许多国家都制定了禁用白炽灯及广泛使用LED半导体照明的时间表。
目前的照明系统把照明灯具直接接入220V交流电路中,而LED工作电压为直流4V以下,LED无法直接使用现有的照明供电系统,而且LED与现有照明灯具的接口也完全不一样。
用节能长寿的LED照明取代传统的照明要解决供电系统与接口匹配的问题,设计出直接使用220V交流电路与原有灯泡接口的LED球灯泡是以LED半导体照明取代传统照明的又快又省的办法。
高压LED,是相对于传统低压LED而言。
低压LED的电压都在4V以内,高压LED的电压在4V以上。
功率低的低压LED一般采用大工作电流(如350mA)来实现。
而高压LED为大电压和小电流(如20mA)的驱动模式,所以高压LED发热量小,效率跟高。
通俗说,高压LED是小功率LED的集成。
它可以分为高压直流LED和高压交流LED。
习惯认为高压LED是指高压直流LED。
2、阻容降压原理
电容降压式电源将交流式电转换为低压直流。
电容降压的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。
例如,在50Hz的工作频率条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。
当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的最大电流约为70mA。
虽然流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗,因为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。
根据这个特点,我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功率完全取决于这个阻性元件的特性。
例如,我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联,再接到220V/50Hz的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。
因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA,它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。
同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF的电容串联接到220V/50Hz的交流电上,灯泡同样被点亮,而不会被烧毁。
因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。
因此,电容降压实际上是利用容抗限流。
而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。
3、主要电路
图1市电整流LED驱动电路
IN4007:
整流管耐压1000V电流1A
四、实验步骤
1、打开电源开关。
2、打开市电指示灯模块的开关,观察现象。
实验三LED电压驱动实验
一、实验目的
1、熟悉LED电压驱动现象。
2、掌握LED电压驱动的原理。
三、实验原理
图2LED电压驱动电路
电压驱动电路主要采用双运放LM358芯片来制作一个数控电压源来是实现。
利用LM358双运放芯片制作的数控电压源可以稳定的调节电压的输出,可通过设置的两个按键来调节电压输出,即按键每按一下电压步进多少或减少多少来调节电压的输出,从而来观察出并联的三个不同颜色LED在相同电压下的变化情况。
四、实验步骤
1、打开电源总开关。
2、分别连接LED电压驱动模块的红、绿、蓝LED指示灯的跳线,观察在相同电压下不同颜色发光的强度的大小。
3、通过调节LED电压驱动模块的电压+、电压-按钮,分别观察红、绿、蓝LED指示灯变化的现象。
4、测量在不同电压下红、绿、蓝LED指示灯的电流大小。
实验四LED恒流驱动实验
一、实验目的
1、熟悉LED恒流驱动现象。
2、掌握LED恒流驱动的原理。
三、实验原理
由于LED是特性敏感的半导体器件,又具有负温度特性,因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态和保护,从而产生了驱动的概念。
LED器件对驱动电源的要求近乎于苛刻,LED不像普通的白炽灯泡,可以直接连接220V的交流市电。
LED是2~3伏的低电压驱动,必须要设计复杂的变换电路,不同用途的LED灯,要配备不同的电源适配器。
国际市场上国外客户对LED驱动电源的效率转换、有效功率、恒流精度、电源寿命、电磁兼容的要求都非常高,设计一款好的电源必须要综合考虑这些因数,因为电源在整个灯具中的作用就好比像人的心脏一样重要。
用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时,需要对其进行恒流驱动,主要原因是:
1.避免驱动电流超出最大额定值,影响其可靠性。
2.获得预期的亮度要求,并保证各个LED亮度、色度的一致性。
图3LED恒流源驱动电路
如图3所示,本电路采用双运放LM358芯片来制作一个数控电流源实现。
利用LM358双运放芯片制作的数控电流源可以稳定的调节电流的输出,可通过设置的两个按键来调节电流输出,即按键每按一下电流步进多少或减少多少来调节电流的输出,从而来观察出串联的四个不同颜色LED在相同电流下的变化情况。
四、实验步骤
1、打开总开关电源。
2、分别连接LED恒流驱动模块的红、绿、蓝、黄LED指示灯的跳线,观察在相同电流下不同颜色发光的强度的大小。
3、通过调节LED恒流驱动模块的电流+、电流-按钮,分别观察红、绿、蓝、黄LED指示灯的现象。
4、测量在不同电流下红、绿、蓝、黄LED指示灯的电压大小。
实验五LED恒流源+PWM驱动实验
一、实验目的
1、熟悉LED恒流源+PWM驱动现象。
2、掌握LED恒流源+PWM驱动的原理。
三、实验原理
PWM(脉宽调制)技术是一种传统的调光方式,它利用简单的数位脉冲,反覆开关LED驱动器,系统只需要提供宽、窄不同的数位式脉冲,即可简单地实现改变输出电流,从而调节LED的亮度。
该技术的优点在于能够提供高品质的白光,以及应用简单,效率高,但一个致命的缺点是容易产生电磁干扰,有时甚至会产生人耳能听见的杂讯。
驱动电路如下图4所示:
图4LED恒流源+PWM驱动电路
四、实验步骤
1、打开电源总开关。
2、调整亮度调节旋钮观察亮度变化情况。
3、在一定的电流情况下,分别调节占空比+、占空比-观察亮度情况,并且用示波器观察并记录占空比大小。
实验六三基色LED驱动实验
一、实验目的
1、认知颜色合成的原理。
。
2、掌握三基色LED驱动原理。
二、实验设备
LED综合实验仪
三、实验原理
LED的光学效应我们今天以三原色原理来说明,白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱,颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,这就是可见光谱。
其中人眼对红、绿、蓝最为敏感,人的眼睛就像一个三色接收器的体系,大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。
同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。
这是色度学的最基本原理,即三原色原理。
三种原色是相互独立的,任何一种原色都不能有其它两种颜色合成。
红绿蓝是三原色,这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。
红绿蓝三原色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。
三原色是这样的三种颜色,它们相互独立,其中任一色均不能由其它二色混合产生。
它们又是完备的,即所有其它颜色都可以由三原色按不同的比例组合而得到。
有两种原色系统,一种是加色系统,其原色是红、绿、蓝;另一种是减色系统,其三原色是黄、青、紫(或品红)。
不同比例的三原色光相加得到彩色称为相加混色。
其规律为:
红+绿=黄
红+蓝=紫
蓝+绿=青
红+蓝+绿=白
彩色还可由混合各种比例的绘画颜料或染料来配出,这就是相减混色。
因为颜料能吸收入射光光谱中的某些成分,未吸收的部分被反射,从而形成了该颜料特有的彩色。
当不同比例的颜料混合在一起的时候,它们吸收光谱的成分也随之改变,从而得到不同的彩色。
其规律为:
黄=白-蓝
紫=白-绿
青=白-红
黄+紫=白-蓝-绿=红
黄+青=白-蓝-红=绿
紫+青=白-绿-红=蓝
黄+紫+青=白-蓝-绿-红=黑
相减混色主要用于美术、印刷、纺织等,我们讨论的图像系统用的是相加混色,注意个要将二者混淆。
用以上的相加混色三原色所表示的颜色模式称为RGB模式,而用相减混色三原色原理所表示的颜色模式称为CMYK模式,它们广泛运用于绘画和印刷领域。
RGB模式是绘图软件最常用的一种颜色模式,在这种模式下,处理图像比较方便,而且,RGB存储的图像要比CMYK图像要小,可以节省内存和空间。
CMYK模式是一种颜料模式,所以它属于印刷模式,但本质上与RGB模式没有区别,只是产生颜色的方式不同。
RGB为相加混色模式,CMYK为相减混色模式。
三基色LED驱动电路如下图5所示:
图5三基色驱动电路
四、实验步骤
1、打开电源总开关。
2、调节红占空比+、红占空比-观察三基色中红色发光管亮度变化情况;
3、调节绿占空比+、绿占空比-观察三基色中绿色发光管亮度变化情况;
4、调节蓝占空比+、蓝占空比-观察三基色中蓝色发光管亮度变化情况;
5、调节颜色切换按钮观察颜色变化情况并用示波器测量并记录占空比。
实验七红外线无线通信实验
一、实验目的
1、认知红外线无线通信实验现象。
2、掌握红外线无线通信原理。
三、实验原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体,即通信信道。
发送端将基带二进制信号调制为一系列的脉冲串信号,通过红外发射管发射红外信号。
接收端将接收到的光脉转换成电信号,再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调,还原为二进制数字信号后输出。
常用的有通过脉冲宽度来实现信号调制的脉宽调制(PWM)和通过脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制的脉时调制(PPM)两种方法。
简而言之,红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调,以便利用红外信道进行传输;红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。
红外无线驱动电路如下图6所示:
四、实验步骤
1、打开电源总开关。
2、用示波器测量38kHz测量点的发射波形。
3、如果用金属物体挡住红外发射和接收部分,在IrRX测量点观察接收信号情况。
实验十三自动控制照明CDS/PIR实验
一、实验目的
1、熟悉点阵LED动态扫描控制现象。
2、掌握点阵LED动态扫描原理。
二、实验设备
LED综合实验仪
三、实验原理
光敏电阻器又称光导管,特性是在特定光的照射下,其阻值迅速减小,可用于检测可见光。
光敏电阻器是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器;入射光强,电阻减小,入射光弱,电阻增大。
光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换(将光的变化转换为电的变化)。
通常,光敏电阻器都制成薄片结构,以便吸收更多的光能。
当它受到光的照射时,半导体片(光敏层)内就激发出电子—空穴对,参与导电,使电路中电流增强。
光敏电阻器广泛应用于各种自动控制电路(如自动照明灯控制电路、自动报警电路等)、家用电器(如电视机中的亮度自动调节,照相机中的自动曝光控制等)及各种测量仪器中。
四、实验步骤
1、打开电源总开关。
2、打开CDS/PIRLED照明模块开关,用手挡住光敏电阻,模拟光线变化情况不同场景下,LEDLAMP照明现象。
实验十四LED照明实验
一、实验目的
1、熟悉点阵LED动态扫描控制现象。
2、掌握点阵LED动态扫描原理。
二、实验设备
LED综合实验仪
三、实验原理
LED(LightingEmittingDiode)照明即是发光二极管照明,是一种半导体固体发光器件。
它是利用固体半导体芯片作为发光材料,在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射,直接发出红、黄、蓝、绿色的光,在此基础上,利用三基色原理,添加荧光粉,可以发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色等任意颜色的光。
LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。
四、实验步骤
1、打开电源总开关。
2、打开LED照明模块开关,调节亮度旋钮观察,使LED,LAMP出现微弱照明情况下,再调节占空比+改变发光强度并测量不同亮度变化情况下占空比大小。
3、打开LED照明模块开关,调节亮度旋钮观察,使LED,LAMP出现微弱照明情况下,再调节占空比-改变发光强度并测量不同亮度变化情况下占空比大小。
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