基于单片机实现的调光控制器设计论文

1、 PAGE13 / NUMPAGES13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

2、时间触发双向可控硅开关的导通，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a、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。（2）可控硅触发电路：a、查明图中所用元器件的参数；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（3）设计开关量信号控制电

3、路（4）电位器电压给定与电压采样电路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、合计与总价等）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

4、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

5、察而定，在本设计中取20 s。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）电位器电压给定与电压采样（2）开关量（I/O 端口）输入输出（3）定时器结构定义与延时（4）触发脉冲产生（5）单片机中断与定时器初始化（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。2

6、、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AT89C5l的INT0，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4

7、.4驱动单元：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。T435-400是可控硅，“4”表示主回路电流是4A；“35”表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与改进方法6、程序 ORG 0000H LJMP INIT ORG 000BH ;定时器0用于设定触发角的大

8、小 LJMP TIMER ORG 001BH ;定时器1用于按键消抖延时 LJMP DELAY2MS ORG 0030H/初始化程序 INIT: MOV R3, #13H ;灯光亮度级别寄存器 MOV TMOD,#11H ;定时器的工作模式 SETB ET1 ;允许定时器1 中断 SETB EA ;允许全局中断 SETB ET0 ;允许计时器0中断 MOV TH1,#0B1H MOV TL1,#0E0H ;定时器1赋初值 MOV R0,#00H;增量键状态寄存器 MOV R1,#00H;减量键状态寄存器 MOV R2,#00H;开机键计数 CLR 20 ;开机状态寄存器 /主程序 MAIN:

9、P2.2 ,COUNTPOWER ;判断开机键 MAIN1: P2.0, MAIN ;判断开机状态 P2.1,OPENTIMER ; 判断过零点，如果过零点就开定时器0 JNB P2.3,COUNTADD ; 判断减量键 JNB P2.5,COUNTDEC ;跳到增量子程序 LJMP MAIN/开机键消抖程序 COUNTPOWER:SETB TR1 CJNE R2,#8,MAIN MOV R2,#00H LJMP ONOFF /增量键消抖子程序 COUNTADD: SETB TR1 CJNE R0,#10,MAIN MOV R0,#00H LJMP TURNADD /减量键消抖子程序 COUN

10、TDEC: SETB TR1 CJNE R1,#10,MAIN MOV R1,#00H LJMP TURNDEC /开机或关机 ONOFF: CPL 20 CPL P2.2MOV R5,#0E4H MOV R6,#0DAH MOV TH0,R6 MOV TL0,R5MOV R3, #13HLJMP MAIN1/过零点开定时子程序 OPENTIMER: SETB TR0 LJMP MAIN /增量子程序 TURNADD: CJNE R3,#01H,TURNADD1 ;判断是不是最亮级别（最高级别1) LJMP MAINTURNADD1: DEC R3 ; 亮度级别加1 MOV A,R5 SUBB

11、 A,#0CH MOV R5,A MOV A,R6 ADD A,#2 MOV R6,A LJMP 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1 MOV A,R5 ADD A,#0CH MOV R5,A MOV A,R6 SUBB A,#2 MOV R6,A LJMP MAIN /定时器子程序 TIMER: CLR TR0 MOV TL0,R5 MOV TH0,R6 CLR P2.0 ;给晶闸管出发信号 LCALL DELAY100uS SETB 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: MOV R7,#100 DJNZ R7,$ RET/消抖定时子程序 DELAY2MS: CLR TR1 MOV TH1,#0B1H MOV TL1,#0E0H JNB P2.4,DELAY1 JNB P2.5,DELAY2 JNB P2.3,DELAY3 RETI DELAY1: INC R0 SETB RETI DELAY2: INC R1 SETB TR1 RETIDELAY3: INC R2 SETB TR1