基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的調(diào)光控制器設(shè)計(jì)論文

1、 PAGE13 / NUMPAGES13基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的調(diào)光控制器設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)要求：用單片機(jī)控制一個(gè)普通燈泡的亮度，一路開關(guān)控制普通燈泡電源的通斷，另外兩路開關(guān)分別控制普通燈泡亮度的增加和減小。2.調(diào)光控制器設(shè)計(jì)思想在日常生活中，我們常常需要對(duì)燈光的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。本調(diào)光控制器通過單片機(jī)控制雙向可控硅的導(dǎo)通來實(shí)現(xiàn)白熾燈(純阻負(fù)載)亮度的調(diào)整。雙向可控硅的特點(diǎn)是導(dǎo)通后即使觸發(fā)信號(hào)去掉，它仍將保持導(dǎo)通；當(dāng)負(fù)載電流為零(交流電壓過零點(diǎn))時(shí)，它會(huì)自動(dòng)關(guān)斷。所以需要在交流電的每個(gè)半波期間都要產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)間的長短（觸發(fā)角的大?。┚蜎Q定了燈泡的亮度。調(diào)光的實(shí)現(xiàn)方式就是在交流電源信號(hào)過零點(diǎn)后一段

2、時(shí)間觸發(fā)雙向可控硅開關(guān)的導(dǎo)通，稱這段時(shí)間為雙向可控硅的觸發(fā)角。觸發(fā)角越大，導(dǎo)通時(shí)間越長，可控硅導(dǎo)通的時(shí)間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。這就要求確定交流電源同步信號(hào)的過零點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)，控制觸發(fā)信號(hào)觸發(fā)角的大小，達(dá)到白熾燈亮度調(diào)節(jié)的目的。3.實(shí)驗(yàn)過程：3.1硬件設(shè)計(jì)3.1.1 I/O 通道的設(shè)計(jì)：（1）同步信號(hào)采集電路a、查明圖中所用元器件的參數(shù)；b、畫出圖中1、3、syn三點(diǎn)的信號(hào)波形。（2）可控硅觸發(fā)電路：a、查明圖中所用元器件的參數(shù)；b、畫出圖中L1_D、4兩點(diǎn)的信號(hào)波形。3.1.2硬件電路部分單片機(jī)控制電路原理圖（1）設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路（2）設(shè)計(jì)上電復(fù)位電路（3）設(shè)計(jì)開關(guān)量信號(hào)控制電

3、路（4）電位器電壓給定與電壓采樣電路3.2畫出控制原理總圖并給出總圖中所用元器件的選型清單（清單中應(yīng)包含序號(hào)、元器件名稱、規(guī)格、單位、數(shù)量、單價(jià)、合計(jì)與總價(jià)等）本調(diào)光控制器的框圖如下：控制部分：為了便于靈活設(shè)計(jì)，選擇可多次寫入的可編程器件，本設(shè)計(jì)方案中選用的是ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機(jī)。驅(qū)動(dòng)部分：由于驅(qū)動(dòng)的對(duì)象是交流負(fù)載，且為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)的目的，本電路中采用了無觸點(diǎn)開關(guān)元件雙向可控硅。雙向可控硅能夠?qū)涣麟娫吹膶?dǎo)通進(jìn)行無觸點(diǎn)連續(xù)控制，以小電流控制大電流，且動(dòng)作快、壽命長、可靠性高。負(fù)載部分：本電路的負(fù)載是白熾燈(純阻負(fù)載)。4.軟件部分要控制的對(duì)象是50Hz的正弦交流信號(hào)，通過

4、同步信號(hào)檢測(cè)電路，將同步信號(hào)送至單片機(jī)的中斷口。單片機(jī)接收到同步信號(hào)后就啟動(dòng)一個(gè)延時(shí)程序，延時(shí)的具體時(shí)間由按鍵來改變。延時(shí)結(jié)束后，單片機(jī)立即產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。觸發(fā)信號(hào)可使可控硅導(dǎo)通，電流經(jīng)過可控硅流過白熾燈，使燈發(fā)光。延時(shí)越長，亮的時(shí)間就越短，燈的亮度越暗。由于延時(shí)的長短是由按鍵決定的，所以實(shí)際上就是按鍵控制了光的強(qiáng)弱。理論上講，延時(shí)時(shí)間應(yīng)該可以是010ms的任意值。在程序中，將一個(gè)周期均分成N等份，每次按鍵只需要去改變其等份數(shù)，在這里，N越大越好，但由于受到單片機(jī)本身的限制和基于實(shí)際必要性的考慮，只需要分成大約100份左右即可，實(shí)際采用的值是95。可控硅的觸發(fā)脈沖寬度要根據(jù)具體的光耦結(jié)合示波器觀

5、察而定，在本設(shè)計(jì)中取20 s。程序中使用T1來控制這個(gè)時(shí)間。對(duì)兩個(gè)調(diào)光按鍵的處理的方式是：短按只調(diào)整一個(gè)臺(tái)階，長按可以連續(xù)調(diào)整。4.1軟件設(shè)計(jì)：（1）電位器電壓給定與電壓采樣（2）開關(guān)量（I/O 端口）輸入輸出（3）定時(shí)器結(jié)構(gòu)定義與延時(shí)（4）觸發(fā)脈沖產(chǎn)生（5）單片機(jī)中斷與定時(shí)器初始化（6）中斷子程序（7）主程序4.2交流電源同步信號(hào)交流電源同步信號(hào)的產(chǎn)生如圖2電路所示，圖中的同步信號(hào)就是我們需要的交流電壓過零點(diǎn)信號(hào)。各部分波形如圖3所示。圖中整流后波形中的水平虛線表示光藕P52l輸入二極管的門限電壓。P521是TLP521的簡稱，下圖是其引腳圖。引腳圖中器件名的后綴“-1”表示包含一組光藕。2

6、、程序編寫（三）系統(tǒng)軟硬件聯(lián)調(diào)4.3單片機(jī)控制部分：主控單元以AT89C51單片機(jī)為核心，交流電壓過零點(diǎn)信號(hào)提取電路中產(chǎn)生的同步信號(hào)SYN接到AT89C5l的INT0，此信號(hào)的下降沿將使AT89-C51產(chǎn)生中斷，以此為延時(shí)時(shí)間的起點(diǎn)。三個(gè)按鍵只用于控制一路燈：一個(gè)為開關(guān)，另外兩個(gè)分別為提高亮度和降低亮度。74HC573用于輸出控制可控硅的導(dǎo)通的觸發(fā)信號(hào)。220V交流主電源導(dǎo)通區(qū)間、同步信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)的時(shí)序關(guān)系如圖6所示。圖中的陰影部分表示可控硅的導(dǎo)通區(qū)間，它的大小決定了燈的亮度。改變延時(shí)時(shí)間可改變觸發(fā)信號(hào)和同步信號(hào)的相位關(guān)系，也改變了可控硅的導(dǎo)通區(qū)間的大小，達(dá)到調(diào)光的目的。1、編寫程序流程圖4

7、.4驅(qū)動(dòng)單元：圖中，L1_D是單片機(jī)輸出的觸發(fā)信號(hào)，該信號(hào)通過光控可控硅MOC3022去驅(qū)動(dòng)可控硅T435。受控的白熾燈接在Ll和零線(圖中未畫出)之間。MOC3022是DIP-6封裝的光控可控硅。其1、2腳分別為二極管的正、負(fù)極：4、6腳為輸出回路的兩端；3、5腳不用連接。如圖8所示。T435-400是可控硅，“4”表示主回路電流是4A；“35”表示觸發(fā)端的最大電流是35mA，一般該端有最大電流的5就可保證可靠地觸發(fā)。T435-400外型圖如圖9所示。5、硬件和軟件設(shè)計(jì)過程中存在的問題與改進(jìn)方法6、程序 ORG 0000H LJMP INIT ORG 000BH ;定時(shí)器0用于設(shè)定觸發(fā)角的大

8、小 LJMP TIMER ORG 001BH ;定時(shí)器1用于按鍵消抖延時(shí) LJMP DELAY2MS ORG 0030H/初始化程序 INIT: MOV R3, #13H ;燈光亮度級(jí)別寄存器 MOV TMOD,#11H ;定時(shí)器的工作模式 SETB ET1 ;允許定時(shí)器1 中斷 SETB EA ;允許全局中斷 SETB ET0 ;允許計(jì)時(shí)器0中斷 MOV TH1,#0B1H MOV TL1,#0E0H ;定時(shí)器1賦初值 MOV R0,#00H;增量鍵狀態(tài)寄存器 MOV R1,#00H;減量鍵狀態(tài)寄存器 MOV R2,#00H;開機(jī)鍵計(jì)數(shù) CLR 20 ;開機(jī)狀態(tài)寄存器 /主程序 MAIN:

9、P2.2 ,COUNTPOWER ;判斷開機(jī)鍵 MAIN1: P2.0, MAIN ;判斷開機(jī)狀態(tài) P2.1,OPENTIMER ; 判斷過零點(diǎn)，如果過零點(diǎn)就開定時(shí)器0 JNB P2.3,COUNTADD ; 判斷減量鍵 JNB P2.5,COUNTDEC ;跳到增量子程序 LJMP MAIN/開機(jī)鍵消抖程序 COUNTPOWER:SETB TR1 CJNE R2,#8,MAIN MOV R2,#00H LJMP ONOFF /增量鍵消抖子程序 COUNTADD: SETB TR1 CJNE R0,#10,MAIN MOV R0,#00H LJMP TURNADD /減量鍵消抖子程序 COUN

10、TDEC: SETB TR1 CJNE R1,#10,MAIN MOV R1,#00H LJMP TURNDEC /開機(jī)或關(guān)機(jī) ONOFF: CPL 20 CPL P2.2MOV R5,#0E4H MOV R6,#0DAH MOV TH0,R6 MOV TL0,R5MOV R3, #13HLJMP MAIN1/過零點(diǎn)開定時(shí)子程序 OPENTIMER: SETB TR0 LJMP MAIN /增量子程序 TURNADD: CJNE R3,#01H,TURNADD1 ;判斷是不是最亮級(jí)別（最高級(jí)別1) LJMP MAINTURNADD1: DEC R3 ; 亮度級(jí)別加1 MOV A,R5 SUBB

11、 A,#0CH MOV R5,A MOV A,R6 ADD A,#2 MOV R6,A LJMP MAIN/減量子程序 TURNDEC: CJNE R3,#13H,TURNDEC1 ;判斷是不是亮度最低級(jí)別 （最低級(jí)別9) LJMP MAINTURNDEC1: INC R3 ;亮度級(jí)別加1 MOV A,R5 ADD A,#0CH MOV R5,A MOV A,R6 SUBB A,#2 MOV R6,A LJMP MAIN /定時(shí)器子程序 TIMER: CLR TR0 MOV TL0,R5 MOV TH0,R6 CLR P2.0 ;給晶閘管出發(fā)信號(hào) LCALL DELAY100uS SETB P2.0 ;關(guān)閉晶閘管出發(fā)信號(hào) RETI /100us延時(shí)程序，確保觸發(fā)信號(hào)有效 DELAY100uS: MOV R7,#100 DJNZ R7,$ RET/消抖定時(shí)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