基于单片机的调光控制器设计

1、基于单片机实现的调光控制器设计1 . 实验要求：用单片机控制一个普通灯泡的亮度， 一路开关控制普通灯泡电源的通断， 另外两 路开关分别控制普通灯泡亮度的增加和减小。2 .调光控制器设计思想在日常生活中，我们常常需要对灯光的亮度进行调节。本调光控制器通过单片机控制双向可控硅的导通来实现白炽灯（纯阻负载）亮度的调整。双向可控硅的特点是导通后即使触发信号去掉，它仍将保持导通；当负载电流为零（交流电压过零点 ） 时，它会自动关断。所以需要在交流电的每个半波期间都要产生触发信号，触发信号产生时间的长短（触发角的大小）就决定了灯泡的亮度。调光的实现方式就是在交流电源信号过零点后一段时间触发双向可控硅开关的

2、导通，称这段时间为双向可控硅的触发角。触发角越大，导通时间越长，可控硅导通的时间越短，灯的亮度就越低；反之，灯就越亮。这就要求确定交流电源同步信号的过零点， 并以此为基础， 控制触发信号触发角的大小， 达到白炽灯亮度调节的目的。3 .实验过程：3.1 硬件设计3.1.1 I/O 通道的设计：（ 1）同步信号采集电路vcc100Hza、查明图中所用元器件的参数；b、画出图中1、3、syn三点的信号波形b、画出图中L1 D、4两点的信号波形3.1.2硬件电路部分单片机控制电路原理图(1)设计时钟电路(2)设计上电复位电路程招阡关AOU<xAl K-HROM SCI.A2U5SSDA0V +

3、"0V0V驱动部分一负载部分图1调光控制器框图(3)设计开关量信号控制电路A£>Ucc2CM SCLUSSSDA(4)电位器电压给定及电压采样电路3.2画出控制原理总图并给出总图中所用元器件的选型清单(清单中应包含序号、元器件名称、规格、单位、数量、单价、合计及总价等)本调光控制器的框图如下：控制部分：为了便于灵活设计，选择可多次写入的可编程器件，本设计方案中选用的是ATMEL 公司生产的 AT89C51 单片机。驱动部分： 由于驱动的对象是交流负载， 且为了实现连续调节的目的， 本电路中采用了无触点开关元件双向可控硅。 双向可控硅能够对交流电源的导通进行无触点连续控

4、制，以小电流控制大电流，且动作快、寿命长、可靠性高。负载部分：本电路的负载是白炽灯（纯阻负载）。4.软件部分要控制的对象是50Hz 的正弦交流信号，通过同步信号检测电路，将同步信号送至单片机的中断口。 单片机接收到同步信号后就启动一个延时程序， 延时的具体时间由按键来改变。 延时结束后， 单片机立即产生触发信号。 触发信号可使可控硅导通，电流经过可控硅流过白炽灯，使灯发光。延时越长，亮的时间就越短， 灯的亮度越暗。 由于延时的长短是由按键决定的， 所以实际上就是按键控制了光的强弱。理论上讲，延时时间应该可以是 010ms内的任意值。在程序中，将一个周期均分成N 等份，每次按键只需要去改变其等份

5、数，在这里， N 越大越好，但由于受到单片机本身的限制和基于实际必要性的考虑，只需要分成大约 100份左右即可，实际采用的值是95。可控硅的触发脉冲宽度要根据具体的光耦结合示波器观察而定， 在本设计中取20艘 程序中使用T1来控制这个时间。对两个调光按键的处理的方式是：短按只调整一个台阶，长按可以连续调整。4.1 软件设计：（ 1）电位器电压给定及电压采样（ 2）开关量（I/O 端口）输入输出（ 3）定时器结构定义及延时（ 4）触发脉冲产生（ 5）单片机中断及定时器初始化（ 6）中断子程序（ 7）主程序4.2 交流电源同步信号交流电源同步信号的产生如图 2 电路所示， 图中的同步信号就是我们需

6、要的交流电压过零点信号。各部分波形如图 3 所示。图中整流后波形中的水平虚线表示光藕P52l 输入二极管的门限电压。 P521 是TLP521 的简称，下图是其引脚图。引脚图中器件名的后缀“-1”表示包含一组光藕。veeICOHzDFWSflKOW 火线图2过零点信号（同步信号）提取电路3过零点信号（同步信号）波形图图4 P521引脚图2、程序编写（三）系统软硬件联调4.3 单片机控制部分：主控单元以AT89C51单片机为核心，交流电压过零点信号提取电路中产生的同步信号SYN接到AT89C51的INTO ,此信号的下降沿将使 AT89-C51产生中断,以此为延时时间的起点三个按键只用于控制一路

7、灯： 一个为开关， 另外两个分别为提高亮度和降低亮度。74HC573用于输出控制可控硅的导通的触发信号。220V 交流主电源导通区间、同步信号和触发信号的时序关系如图 6 所示。图中的阴影部分表示可控硅的导通区间， 它的大小决定了灯的亮度。 改变延时时间可改变触发信号和同步信号的相位关系，也改变了可控硅的导通区间的大小，达到调光的目的。1、编写程序流程图初始代OM-OFF 密辰 |关 R-4T0并 INTUTt中嘛丽停止TLiwm中断将it*牌4.4驱动单元.uhjzk 6 那一忒黑£黑雪一同步信号触发信号图6主电源导通区间、同步信号和触发信号时序图9 T435-400外形图图7可控

8、硅主电源导通区间、同步信号和触发信号的时序图图中，L1_D是单片机输出的触发信号，该信号通过光控可控硅MOC3022去驱动可控硅T435。受控的白炽灯接在Ll和零线（图中未画出）之间。MOC3022是DIP-6封装的光控可控硅。其1、2脚分别为二极管的正、负极：4、 6脚为输出回路的两端；3、5脚不用连接。如图8所示iJ820J、,口530M3*8 MOC3O22弓 | 脚T435-400是可控硅，“做示主回路电流是 4A; “3限示触发端的最大电流是35mA , 一般该端有最大电流的5 %就可保证可靠地触发。T435-400外型图如图 9所示。5、硬件和软件设计过程中存在的问题及改进方法憎1

9、59苫311iT6印亚工 PO'iA? P0招T 阳都00 P0岫二P0印盘 rora 用飞心-/ 咫1M P2油: 皿渊1 P2树心 P 二*Y 砌M P27M5LJMP INITORG 000BH;定时器0用于设定触发角的大小延时LJMP TIMERORG 001BH;定时器1 用于按键消抖LJMP DELAY2MSORG 0030H/初始化程序INIT:MOV R3, #13H;灯光亮度级别寄存器模式断MOV TMOD,#11HSETB ET1SETB EASETB ET0; 定时器的工作; 允许定时器1 中; 允许全局中断; 允许计时器0 中断MOV TH1,#0B1HMOV

10、TL1,#0E0HMOV R0,#00HMOV R1,#00HMOV R2,#00HCLR 20;定时器1 赋初; 增量键状态寄存器; 减量键状态寄存器; 开机键计数; 开机状态寄存器/主程序MAIN:JB机键MAIN1:JB态JB果过零点就开定时器0JNB键JNBP2.2 ,COUNTPOWER ; 判 断 开P2.0, MAIN;判 断开机状P2.1,OPENTIMER ; 判断过零点，如P2.3,COUNTADD ;判断减量P2.5,COUNTDEC;跳到增量子程序LJMP MAIN/开机键消抖程序COUNTPOWER:SETB TR1CJNE R2,#8,MAINMOV R2,#00H

11、LJMP ONOFF/增量键消抖子程序COUNTADD: SETB TR1CJNE R0,#10,MAINMOV R0,#00H LJMP TURNADD/减量键消抖子程序COUNTDEC: SETB TR1CJNE R1,#10,MAINMOV R1,#00H LJMP TURNDEC/开机或关机ONOFF:CPL 20CPL P2.2MOV R5,#0E4HMOV R6,#0DAHMOV TH0,R6MOV TL0,R5MOV R3, #13HLJMP MAIN1/过零点开定时子程序OPENTIMER: SETB TR0LJMP MAIN/增量子程序TURNADD:CJNE R3,#01H

12、,TURNADD1;判断是不是最亮级别（最高级别 1）LJMP MAINTURNADD1: DEC R3; 亮度级别加 1MOV A,R5SUBB A,#0CHMOV R5,AMOV A,R6ADD A,#2MOV R6,ALJMP MAIN/减量子程序TURNDEC:CJNE R3,#13H,TURNDEC1; 判断是不是亮度最低级别 （最低级别 9）LJMP MAINTURNDEC1: INC R3;亮度级别加1MOV A,R5ADD A,#0CHMOV R5,AMOV A,R6SUBB A,#2MOV R6,ALJMP MAIN/定时器子程序TIMER:CLR TR0MOV TL0,R5MOV TH0,R6CLR P2.0;给晶闸管出发信号LCALL DELAY100uSSETB P2.0;关闭晶闸管出发信号RETI/100US延时程序，确保触发信号有效 DELAY100uS: