单片机课程设计报告可控硅导通角的控制
可控硅导通角的控制
设计要求
■导通时间可调，按键输入设置，LED数码直读显示
■精度误差小于50us
摘要：随着时代的进步和发展，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术,本文将介绍由单片机怎样去控制可控硅的导通角，可控硅在日常生活中的应用是非常广泛的，种类繁多，有温控可控硅和光控可控硅等多种，本设计使用的是MOC3021光敏双向可控硅，去控制交流电正负半周导通的时间。
关键词：单片机，数字控制，同步信号，数码管，可控硅，三端稳压器7805，MOC3021，P521，AT89C2051
1 引言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中可控硅导通角的控制就是一个典型的例子。
本设计用光耦(P521)提取市电过零点的同步信号，由单片机控制可控硅的导通角，以实现被控对象(如灯泡)功率的数字化调节。（本设计用功率电阻代表被控对象）
2 总体设计方案
总体设计框图
图（1）总体设计方框图
主控制器单片机通过外部中断口提取交流电过零点的信号，再依外部按键设置的数，通过一定的算法转化为内部定时器的定时常数，去控制可控硅交流电导通的时间。
3 模块电路方案论证与比较
3.1主控制器
方案一：
选用8051,其有四组I/O口，资源丰富
图（2）8051
方案二：
选用AT89C2051，其有两组I/O口，资源较紧张
图（3）AT89C2051
最终方案：
因单片机AT89C2051具有低电压供电和体积小等特点，;两组端口就能满足本电路系统的设计需要，价格又比较便宜，所以采用它。
3.2显示电路
方案一：
采用2位共阳LED数码管，从P1口输出段码，动态显示。
图（4）显示电路
方案二：
采用2位共阳LED数码管，从P1口输出段码，硬件译码显示。如采用译码芯片CD4511，可以省掉四个I/O口，而且软件设计也比较简单，但要增加硬件成本。
最终方案：
考虑到硬件的成本，以及I/O的相对轻松，最终采用方案一，只是稍微增加了软件的设计难度。
3.3同步信号提取
在交流设备中, 正半周与负半周都要受控的设备比较多, 这就要求在一个周期内出现两个同步脉冲。
图（5）同步信号
方案一：
将同步交流信号整流, 使后一个过零点的波形与前一个过零点的波形一致，如下图：
图（6）同步信号的提取电路及电源电路 方案二：
使用二极管单向导通性，如下图：
图（7）同步信号的提取 最终方案：
由于电路要用到电源，直接从整流后的电路中提取同步信号即可，不要用到两片光耦芯片P521，减少硬件开销，降低电路复杂性，所以选用方案一。
3.4可控硅控制电路
方案一：
采用光电耦合隔离触发，可满足被控对象大功率的需求，如下图：
TR I
B TA086001
2
4
6
I C 4MOC 3021
VT59012
+5V
R 141K
P3.0R 15240
R 16270
R 171K
R 184Ω7
R L
C12
103/400V
AC 48V
AC 48V
图（8）可控硅控制电路1 方案二：
采用单独一个光耦隔离，当I/O 口为低电平时，光耦导通，可满足负载小功率的要求，如下图：
图（9）可控硅控制电路2
最终方案：
由于本设计只要求对小功率负载的控制，所以选用方案二。
4模块电路原理与参数计算
4.1显示电路
原理：
如图（4）所示，通过开启位选口P3.0,P3.1选通相应数码管，通过P1口送显示数据，以每10mS 送一位数码，即频率为100Hz，利用人的视觉暂留特性，让人觉得是连续点亮。
参数：
为使共阳数码管有足够的亮度，其电流应有几mA,选取8mA，所以根据下列公式：R=(5V－2.4V)÷8mA=325Ω≈330Ω
R8~R15均选用330Ω
R6、R7都选用为1 KΩ，保证PNP管基集电流不要太大就行。
4.2同步信号提取
原理：
原理图如图（5）所示，50HZ交流电经整流后的波形如U1,在U1每次的过零点处,光耦不导通，在P3.2口输出高电平，产生一个同步脉冲。依此下去，在P3.2产生一系列的同步脉冲，频率为交流电的2倍，即100HZ。
参数：
图（6）电路主要是确定R1的取值。交流输入为7.5V，其峰值电压约为6.75V为使光耦能够导通工作，需有大于1mA的电流流过光耦输入端，最大不超过20mA的电流，又光耦输入端的压降约为1V8，固输入限流电阻R1最大为：
(6.75V－1.8V)÷0.020A=248Ω为了保证过零点的脉宽尽量小，R1应尽量取小，取R1=1KΩ
4.3可控硅控制电路
原理：
如图（9）所示，用I/O口P3.7去控制光耦MOC3021内部二极管的通断，再由MOC3021去控
制可控硅的导通。
参数：
为使M OC3021内部发光二极管有足够光强，其电流用10mA，有R4=(5-1.2)/0.01Ω,所以R4
取330Ω，为保证功率电阻R5电流不大于100mA，取470Ω/2W 4.3电源电路
原理：
如图（6）单相桥式整流，电容滤波，7805稳压。
参数：
整流二极管选用4007，C3取1000uf/35V,C6取470uf/35V,保证T=3---5RC.
软件设计
