LED（Light-Emitting-Diode），即發光二極管，以其高效、節能、環保、壽命長、可靠性高等優點正在逐步取代傳統的白熾燈、熒光燈，成為新一代照明光源。各國政府均大力扶持白光LED的發展，美、日、歐盟等發達國家皆由政府成立專項積極推行。隨著LED應用范圍的擴大，用戶對產品質量也有了更高的要求，不僅要求其發光亮度和波長等光特性具有一致性，對其正向工作電壓和電流等電特性也有嚴格的要求。因此，研究LED光電參數的測試儀器，對提高產品質量、降低生產成本具有著重要的意義。

　　專用的LED光電特性測試設備結構復雜，特別是光學特性測試要用到光譜儀、光度計等，雖然儀器有著精度高的特點，但仍然具有結構復雜、成本高、體積較大，攜帶和使用很不方便，系統穩定性受到限制等缺點，因此這種儀器只能停留在大型分析測試實驗，應用范圍難以擴展。

　　研制一種小體積、低價格，精度雖不很高，但能滿足一般性要求的LED光電測量儀器成為目前儀器發展的一個趨勢。

　　雖然LED的光電特性參數很多，但對大多數用戶來說，主要是關心LED伏安特性及LED發光亮度與電流的關系，因此本文所設計的系統主要是完成這兩項參數的測試，另外通過簡單的軟硬件擴展，還可測試得到LED的相關色溫、主波長、光強分布等參數，用于LED的特性研究及驅動電路的設計等應用開發。

　　2.系統原理與組成

　　整個系統主要由STM32微處理器，光學測量模塊，恒流驅動模塊，LCD液晶顯示模塊，按鍵控制模塊等組成，如圖1所示。

　　由按鍵或LCD上的觸摸屏控制STM32微處理器，內部的D/A轉換器產生控制電壓，該電壓控制外部的恒流驅動電路產生LED工作所需的恒定電流加到待測LED上，LED上產生的電壓降經信號放大調整電路后被STM32內部的A/D轉換器采集，從而測得LED的伏安特性。另外，通過光學測量模塊測量LED發出的光線轉換成數字信號，由STM32采集處理，從而測得LED的發光亮度等光學特性。

　　2.1 STM32微處理器

　　微處理器是整個控制系統的核心，它控制恒流驅動電路輸出設定的電流，采集LED的電壓，測量光學測量模塊的數據，進行數據處理，控制算法運算，顯示控制等。為了保證系統的實用性和易擴展性，本控制系統采用意法半導體推出的“增強型”系列STM32F103RCT6，32位ARM Cortex-M3內核，工作頻率最高可達72MHz，內置高速存儲器（高達128K字節的閃存和20K字節的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設，16路12位的ADC和2路12位的DAC，3個通用16位定時器和一個PWM定時器，還包含標準和先進的通信接口：多達2個I2C和SPI、3個USART、一個USB和一個CAN，在存儲容量和運算速度方面滿足要求。在本設計中，采用STM32自身的ADC和DAC模塊，極大的降低了系統成本。

　　2.2 恒流驅動電路

　　恒流驅動電路的核心是V / I轉換電路，如圖2所示，Vin是STM32內部D/A輸出的電壓，RL是負載，即待測的LED，Rs為電流取樣電阻，用于控制輸出電流的大小，U1是大功率運算放大器。

　　由公式2 可見， 輸出電流與負載無關，在固定取樣電阻Rs的情況下，輸出電流與輸入控制電壓成正比。但在應用中要注意，兩個輸入電阻R3和R4及兩個反饋電阻R1和R2必須嚴格匹配，否則會帶來較大誤差。Rs也要采用精密功率電阻。另外也可以在系統調試時在軟件中做補償校準以確保輸出電流精度。

　　圖2中的運算放大器OPA548是一種高電壓、大電流型功率運算放大器，具有優良小信號放大性能，用其驅動多種負載非常理想。電源電壓（+VS~-VS）60V，可單電源或雙電源工作。輸入阻抗高，偏置電流小。可連續輸出3A大電流（峰值電流高達5A），而且內部具有過溫和電流過載保護，用戶可以根據需要進行精密的限流設計2.3 光學測量模塊.

　　本設計中采用新型的顏色傳感器TCS3200進行LED光學特性的測量，能夠同時測量LED發光中所含的三基色亮度。TCS3200是TAOS公司推出的可編程彩色光到頻率的轉換器。它把可配置的硅光電二極管與電流頻率轉換器集成在一個單一的CMOS電路上，同時在單一芯片上集成了紅綠藍（RGB）三種濾光器，是業界第一個有數字兼容接口的RGB彩色傳感器。

　　TCS3200的輸出信號是數字量，可以驅動標準的TTL或CMOS邏輯輸入，因此可直接與微處理器或其他邏輯電路相連接。由于輸出的是數字量，并且能夠實現每個彩色信道10位以上的轉換精度，因而不再需要A/D轉換電路，使電路變得更簡單。圖3是TCS3200的引腳和功能框圖。

　　當入射光投射到TCS3200上時，通過光電二極管控制引腳S2、S3的不同組合，可以選擇不同的濾波器；經過電流到頻率轉換器后輸出不同頻率的方波（占空比是50%），不同的顏色和光強對應不同頻率的方波；還可以通過輸出定標控制引腳S0、S1，選擇不同的輸出比例因子，對輸出頻率范圍進行調整，以適應不同的需求。

　　因為STM32工作頻率較高，因此將S0和S1直接接高電位，使輸出比例因子為100%.S2和S3利用STM32的引腳進行控制，顏色傳感器的輸出信號用STM32編程實現測頻。