蓝牙调光台灯（降压型）
电子技术课程设计报告

西南交通大学　2026 年短学期　组号 12

目录

一、绪论

1.1 设计目的

本课程设计以"降压型蓝牙调光台灯"为课题，目的是综合运用模拟电子、数字电子、单片机与电源变换的知识，完成一个从电源变换、恒流驱动、PWM 调光到蓝牙人机交互的完整嵌入式硬件系统。通过本设计，掌握以下能力：开关电源（同步降压 DC-DC）的选型与恒流化改造；LED 的恒流驱动与调光原理；低功耗蓝牙（BLE 5.0）主从通信与自定义 GATT 服务的实现；旋转编码器正交解码、按键消抖、软件定时等单片机常用外设编程；以及原理图/PCB 的工程化绘制、打样、焊接与实测调试的完整工程流程。

1.2 设计要求

课题的基本与提高要求整理如下表。本设计以基本要求为主，并实现了若干提高项。

二、方案设计

2.1 总体设计

2.1.1 方案论证

主控芯片。选用沁恒 CH582F。它是一款 RISC-V 内核、集成 BLE 5.0 射频的低功耗蓝牙 MCU，自带定时器 PWM、GPIO 中断、ADC、UART 等外设，官方 SDK（openwch/ch583）提供现成的 BLE Peripheral 例程与 SimpleProfile 自定义服务，非常适合"单芯片同时做蓝牙从机与灯控"的场合，省去了外挂蓝牙模块，成本与体积都占优。设计中把 CH582F 做成核心板（自带晶振、下载电路），以母排座插到主板上，既满足"核心板以排座安装"的要求，也便于烧录调试。

电源与恒流。负载是 8 并白光 LED、总电流约 1A，输入 5V、LED 正向压降约 3V，属于降压场合，故选德州仪器 TLV62569 同步降压 DC-DC（2A 额定、输入 2.5~5.5V、FB 基准 0.6V、开关频率 1.5MHz、SOT-23 封装易焊）。LED 的 V-I 特性呈指数关系，微小的电压变化会引起电流剧烈变化，必须恒流驱动。TLV62569 本身是可调输出的稳压器，本设计把它改造成恒流源：在 LED 回流路径低边串采样电阻，用运放（LMV321，增益约 6）把采样电压放大后送到芯片 FB 引脚，芯片将 FB 稳到 0.6V，从而把 LED 电流锁定在设定值（详见 3.1）。

调光方案的比较与选择。调光有三条技术路线，各有取舍：

综合"电路简单、成本低、易焊接调通、能拿基本分"的目标，本设计基本功能采用方案①（PWM 直接调 EN）；同时在报告结论中给出方案②③的对比与改进思路（见第五章），作为提高与答辩讨论内容。

人机交互。本地用旋转编码器（EC11）连续调光、按下开关灯，两个轻触按键分别做电源开关与一键延时关机；远程用手机蓝牙 App 调光、开关、并实时回显当前亮度。三种输入源最终都汇聚到同一个"设置亮度"函数，保证本地与手机操作互不冲突、状态一致。

2.1.2 系统原理框图与工作原理

系统框图如图 2-1。5V 由 USB-C 输入，一路进 TLV62569 恒流驱动 8 并 LED，另一路经核心板板载 LDO 得到 3.3V 供 CH582F。CH582F 一方面用 PWM 控制 EN 实现调光/开关，另一方面接收编码器、按键与蓝牙 App 的指令，并在亮度变化时通过 BLE 通知（notify）把最新亮度回传给手机，实现双向同步。

2.2 各子系统模块

2.3 主要器件

三、详细设计

3.1 各单元电路设计与参数计算

3.1.1 电源电路

USB-C 采用 6 引脚电源型座（只取电、易焊）。要让支持 PD 的充电器/电脑口输出 5V，必须在两根 CC 线上各接 5.1kΩ 下拉到 GND，作为取电（Rd）标识；否则源端检测不到负载不供电。VBUS（A4/B9）并到 +5V，GND（A1/B12）并到地。输入端并 10µF + 100nF 去耦，可选串 SS34 防反接、并 SMAJ5.0A TVS 防浪涌以提高可靠性。

3.3V 由 CH582F 核心板板载 LDO（如 ME6216A33）从 5V 产生，仅供 MCU（数十 mA）。LED 的 1A 大电流绝不经过 LDO，只走 TLV62569 一路，避免烧毁 LDO。（若核心板无板载 LDO，则在主板加外部 LDO：ME6211C33/RT9013-3.3，5V→3.3V。）

3.1.2 LED 恒流驱动电路（核心）与参数计算

恒流原理：在 8 并 LED 的回流路径低边串一个采样电阻 Rcs 到 GND，Rcs 上的压降正比于 LED 总电流。因该压降较小（毫伏级），用 LMV321 运放放大约 6 倍后送入 TLV62569 的 FB 引脚。芯片内部会把 FB 稳到基准 0.6V，即把"放大后的采样电压"稳到 0.6V，从而锁定 LED 电流：

参数选取说明（本设计的一个关键改进）：初版手绘原理图曾取 Rcs=68mΩ，代入得 I_LED = 0.6/(6×0.068) ≈ 1.47A，超过 1000mA 额定，会使每颗 LED 电流偏大、发热与寿命变差。故本设计将采样电阻改为 0.1Ω，使额定电流精确落在 1A。若日后想改变最大电流，只需按 I=0.6/(A×Rcs) 重算 Rcs，或调整运放增益。

电压预算：输入 5V，LED Vf≈3.0V + 采样及运放头部裕量 < 5V，降压可行、余量充足。TLV62569 外围按 TI 典型应用：输入电容 4.7µF/10V X7R + 100nF、电感 2.2µH/≥2A、输出电容取小（4.7µF，利于 PWM 调 EN 时的暂态恢复）。

3.1.3 PWM 调光电路

调光由 CH582F 的定时器 TMR3 从 PB22 输出 PWM，直接驱动 TLV62569 的 EN 引脚。EN 为高（PWM 高电平）时 DC-DC 工作、LED 点亮；EN 为低时关断、LED 熄灭。一个 PWM 周期内 LED 的平均电流 ∝ 占空比，故占空比 = 平均亮度。

频率选择的要点与难点：TLV62569 的 EN 存在约 800µs 的软启动时间，若 PWM 频率过高，EN 每次拉高后 DC-DC 还没建立稳定输出就又被拉低，亮度无法上去且非线性严重。故必须把频率压到 200Hz 附近（周期 5ms ≫ 800µs），保证每个导通相里输出能充分建立。代价是低亮度段可能有轻微频闪与非线性——这是本方案的固有折中（改进见第五章方案②）。

3.1.4 主控、蓝牙与人机输入电路

CH582F 核心板通过母排座插到主板。PB22 经 100Ω 串阻到 EN；编码器 A/B/按下接 PB10/PB11/PB12（各 10kΩ 上拉，A 相下降沿触发中断解码）；按键 1（开关）、按键 2（延时）接 PB14/PB15（10kΩ 上拉、按键另一端接 GND、并 100nF 硬件消抖）；PB7/PB4 引出调试串口排针。蓝牙射频由核心板自带，无需外围。所有 GPIO 均 3.3V 逻辑，严禁给任何引脚灌 5V。为满足测试要求，预留测试焊盘：TP1=+5V、TP2=Vout、TP3=Rcs（测电流）、TP4=3.3V、TP5=GND。

3.2 主要程序设计

3.2.1 软件总体结构

固件基于官方 openwch/ch583 的 BLE Peripheral 例程，用 MounRiver Studio 编译、WCHISPTool 经 USB 下载。软件分三层：底层驱动（PWM 初始化、GPIO/中断配置）、灯控逻辑（亮度设置、开关、延时关机、编码器解码、按键消抖）、蓝牙服务（复用 SimpleProfile 自定义 GATT 服务）。三种输入（编码器/按键/App）都调用同一个 Lamp_SetLevel()，亮度变化后统一通过 BLE notify 回传手机，保证一致性。BLE 自定义服务定义如下表：

3.2.2 主要流程图及说明

（1）主流程与初始化（图 3-1）。上电后初始化时钟、PWM（TMR3→PB22，200Hz，初始占空 0=关灯）、GPIO 与中断（编码器、按键）、蓝牙协议栈与自定义服务，随后进入 tmos 事件循环。按键消抖与延时关机计时放在 10ms 周期任务里轮询。

（2）亮度设置 Lamp_SetLevel（图 3-2）。这是三路输入的汇聚点。入参 level(0~255)：先限幅到 0~255；为 0 时关断 PWM（EN 拉低、灯灭）；否则按 duty=周期×level/255 设置占空比、使能输出，并记住"关灯前亮度"用于开灯恢复；最后触发 BLE notify 上报最新亮度。

（3）编码器正交解码中断（图 3-3）。A 相下降沿触发中断，此刻读 B 相电平判方向：B=1 顺时针（增亮），B=0 逆时针（减亮），每格 ±13（0~255 满量程约 20 格），限幅后调用 Lamp_SetLevel。编码器按下则开关切换。

（4）按键消抖与延时关机（图 3-4，10ms 周期任务）。按键低电平连续若干次判为有效按下（消抖）：按键 1 切换开关，按键 2 启动一键延时关机（例如 30 分钟，装入以 10ms 为单位的倒计时）。倒计时递减到 0 时自动关灯。

（5）BLE 读写回调。手机写 CHAR1(0xFFF1) → 调 Lamp_SetLevel(收到的字节 0~255) 调光；写 CHAR3(0xFFF3) → 非零开灯、零关灯；亮度变化后把最新值写回 CHAR1 并经 CHAR4 notify，App 界面即时同步。设计思路是"BLE 只负责收发数值、真正的动作全部委托给 Lamp_SetLevel"，从而本地与远程逻辑复用、不重复。

四、测试及使用说明书

4.1 测试步骤（方法、要点、难点）

1. 电源上电测试：USB-C 接 5V，先不焊 LED 支路（或断开），万用表测 TP1=+5V、TP4=3.3V 是否正常。要点：确认 CC 下拉焊好、充电器确实出 5V；难点：若 3.3V 无输出，检查核心板供电方式（板载 LDO 还是外部 LDO，勿两者同时供电打架）。
2. 恒流测试：接入 LED 支路，App/编码器把亮度设为 100%（满占空），万用表测采样电阻 Rcs 两端电压 U，算电流 I = U / 0.1Ω，应约 1A。要点：Rcs 就是电流测试点；难点：若电流偏差大，核对 Rcs 阻值与运放增益是否与计算一致。
3. PWM 调光测试：示波器接 EN 或 Rcs，观察不同亮度下 PWM 占空比变化及输出波形；确认 0% 关灯、100% 最亮，中间线性变化。难点：低亮度段可能有轻微频闪/非线性（EN 软启动所致），记录现象。
4. 编码器/按键测试：旋转编码器观察亮度连续增减、按下开关灯；按键 1 开关、按键 2 一键延时关机（观察设定时间后自动灭）。
5. 蓝牙联调：手机打开 App，连接台灯（默认名 Simple Peripheral），拖动滑条/输入百分比调光、开关，观察 LED 响应与 App 状态回显是否同步。要点：安卓网页蓝牙需同时打开手机蓝牙与定位/位置服务并授予位置权限，否则搜不到设备。

4.2 测试数据及实验结果

下表为测试记录模板，请填入你们实测的数据（表中数值为设计预期/示例值，供参考）。

4.3 产品使用说明书

1. 供电：用 USB-C 数据线接 5V 电源（手机充电器/电脑 USB 口）。
2. 本地操作：旋转编码器旋钮连续调节亮度；按下旋钮开/关灯；按键 1 开关灯；按键 2 启动一键延时关机（到时自动熄灭）。
3. 手机控制（安卓）：用安卓手机的 Chrome/Edge 打开 App 页面（网页蓝牙，iOS 不支持）。先打开手机蓝牙和定位/位置服务，点"连接台灯"，在弹出的设备列表里选台灯（默认名 Simple Peripheral）。连上后可用滑条或百分比输入框调光、"开/关灯"按钮控制，界面亮度与实物实时同步。
4. 常见问题：搜不到设备——检查蓝牙与定位是否都已打开、是否授予 Chrome 位置权限、台灯是否已上电；连接失败——确认选的是台灯那一项。

五、结论

5.1 本方案的特点及存在的问题

特点：①单芯片（CH582F）同时实现蓝牙从机与灯控，无需外挂蓝牙模块，成本低、体积小；②把通用降压 DC-DC 改造成恒流源，恒流精度由采样电阻与运放增益决定，参数可算可调；③PWM 直接调 EN，调光电路极简、零额外功率器件、0% 即彻底关断；④本地（编码器/按键）与远程（蓝牙 App）三路输入统一到同一亮度接口，状态经 notify 双向同步；⑤具备一键延时关机、亮度记忆（开灯恢复）等实用功能，并预留了完整测试点。

存在的问题：①受 TLV62569 的 EN 软启动（约 800µs）限制，PWM 频率只能取 200Hz，低亮度段线性度稍差、可能有轻微频闪；②恒流精度依赖 Rcs 与运放增益的一致性，需实测微调（初版 68mΩ 会导致电流达 1.47A 超额，已改为 0.1Ω 修正到 1A）；③满流时采样电阻与走线有一定发热，需铺铜散热；④网页蓝牙依赖安卓且要求开启定位，跨平台性受限。

5.2 功能扩展方案（理论讨论）

• 改进调光（消除频闪）：保持 DC-DC 恒流，改用 PWM 驱动低边 N-MOSFET（AO3400）通断 LED 回路，频率可提高到约 1kHz，人眼无频闪；需注意恒流下 MOSFET 关断相输出电容被顶高、导通瞬间的电流尖峰，可用较小输出电容与适中频率缓解。
• 模拟（线性）调光：用小采样电阻（如 50mΩ）+ 电流采样放大器（INA180），MCU 以 DAC 或 PWM+RC 改变基准，连续调节 LED 电流，彻底无频闪、无开关噪声，是最高级的调光方式。
• 保护与可靠性：增加输入防反接（SS34）、浪涌 TVS、LED 开路/短路检测、过温保护、软启动。
• 体验增强：亮度记忆写入 DataFlash 掉电保留；呼吸灯/多场景模式；App 显示实时电流/电压（经 ADC 采集上报）；定时开关、色温调节（增加暖白双色 LED）。

六、实习总结（学习心得）

本次课程设计从一个课题要求出发，完整走了"方案论证—电路设计与参数计算—原理图/PCB 绘制—打样焊接—固件与 App 开发—联调测试"的工程流程，收获很大。

在硬件上，最深的体会是"LED 必须恒流"这一原理，以及如何把一颗通用的可调降压芯片通过采样电阻 + 运放送 FB 改造成恒流源——这让我们真正理解了 DC-DC 的反馈机制。参数计算环节（I=0.6/(A·Rcs)）也让我们明白纸面公式与实物的差距：初版 68mΩ 会让电流超额到 1.47A，通过重新计算改为 0.1Ω 才回到 1A，"算完还要核、核完还要测"。

在软件上，我们学习了 CH582F 的定时器 PWM、GPIO 中断（编码器正交解码）、按键消抖、软件定时（延时关机），并第一次实现了 BLE 自定义 GATT 服务与手机的双向通信。把编码器、按键、蓝牙三种输入统一到一个亮度接口、再用 notify 回传同步，是一次很好的"接口抽象"与"逻辑复用"的训练。调光频率受 EN 软启动限制只能取 200Hz 这一折中，也让我们体会到软硬件是相互约束的、方案选择要综合权衡。

此外，PCB 布局（降压回路走最短最粗的环路、大电流敷铜、FB 远离开关节点）、丝印规范、打样下单等工程细节，也是课堂之外的宝贵经验。整个过程锻炼了我们查数据手册、分工协作、排查问题和实测验证的综合能力，为今后的电子系统设计打下了基础。

附件

附件 1　电路原理图

附件 2　PCB 版图

附件 3　实物照片

附件 4　程序代码（节选核心模块；完整代码见工程）

下为灯控核心 lamp.c/lamp.h（PWM 调光 + 编码器 + 按键 + 延时关机）与 BLE 回调关键片段。打印时用小五/六号字、9~10 磅固定行距，短行多的页可分两栏。

/* ===== lamp.h ===== */
#define BRIGHT_MAX   255          // 亮度 0~255
#define BRIGHT_STEP  13           // 编码器每格±13(0~255满量程约20格)
void  Lamp_Init(void);
void  Lamp_SetLevel(uint8_t level);   // 设亮度0~255(0=关)
void  Lamp_On(void);  void Lamp_Off(void);  void Lamp_Toggle(void);
void  Lamp_StartDelayOff(uint16_t sec);
void  Lamp_Poll(void);                 // 10ms周期:消抖/延时计时

/* ===== lamp.c 关键片段 ===== */
#define PWM_CYCLE  300000UL       // Fsys60MHz / 200Hz = 300000
static uint8_t s_level=0, s_lastLevel=128;

void PWM_Init(void){                       // TMR3→PB22, 高电平有效
    GPIOB_ModeCfg(GPIO_Pin_22, GPIO_ModeOut_PP_5mA);
    TMR3_PWMInit(High_Level, PWM_Times_1);
    TMR3_PWMCycleCfg(PWM_CYCLE);           // 周期→200Hz
    TMR3_PWMActDataWidth(0); TMR3_Disable();   // 初始关灯
}
void Lamp_SetLevel(uint8_t level){         // 三路输入的汇聚点
    if(level>BRIGHT_MAX) level=BRIGHT_MAX;
    s_level=level;
    if(level==0){ TMR3_PWMActDataWidth(0); TMR3_Disable(); }   // 0=关灯
    else{
        uint32_t duty=(uint32_t)PWM_CYCLE*level/BRIGHT_MAX;    // 占空比=亮度
        TMR3_PWMActDataWidth(duty); TMR3_Enable();
        s_lastLevel=level;                                     // 记开灯恢复值
    }
    // 亮度变化→ BLE notify(CHAR4) 上报手机(见peripheral.c)
}
void Lamp_On(void){ Lamp_SetLevel(s_lastLevel?s_lastLevel:128); }
void Lamp_Off(void){ Lamp_SetLevel(0); }
void Lamp_Toggle(void){ if(s_level) Lamp_Off(); else Lamp_On(); }

/* 编码器正交解码中断: A相下降沿读B相判方向 */
void GPIOB_IRQHandler(void){
    uint16_t f=GPIOB_ReadITFlagPort();
    if(f&ENC_A_PIN){
        uint8_t b=GPIOB_ReadPortPin(ENC_B_PIN)?1:0;
        int16_t lv=s_level+(b?BRIGHT_STEP:-BRIGHT_STEP);       // B=1增,B=0减
        if(lv<0)lv=0; if(lv>BRIGHT_MAX)lv=BRIGHT_MAX;
        Lamp_SetLevel((uint8_t)lv);
    }
    if(f&ENC_K_PIN) Lamp_Toggle();                            // 按下=开关
    GPIOB_ClearITFlagBit(f);
}

/* ===== BLE 写回调(peripheral.c simpleProfileChangeCB) ===== */
switch(paramID){
  case SIMPLEPROFILE_CHAR1:  Lamp_SetLevel(pValue[0]);        // App写亮度0~255
    break;
  case SIMPLEPROFILE_CHAR3:  if(pValue[0]) Lamp_On(); else Lamp_Off();  // 开关
    break;
}
// 变化后回写CHAR1并notify(CHAR4)，让App同步

（完整固件与手机 App 源码见项目工程文件。）

器件参数已核对 TI TLV62569 数据手册(SLVSDG1C)与 WCH CH582/583 数据手册；原理图/PCB 请在立创 EDA 照此绘制并实测调试。本报告正文供复制到学校 Word 模板套格式后打印。