基于單片機的相位控制器研究和應用

摘要：目的：介紹一種相位控制器。方法：利用波形變換電路，將正弦波變為脈沖波，讓單片機識別正弦波的過零點，在需要時即時輸出控制信號，使用電器得電工作。結果：通過單片機控制用電器兩端平均電壓的高低，達到調節用電器功率的目的。

關鍵詞：單片機 過零檢測 相位 負載

中圖分類號：TH134 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）01（b）-0-02

目前市面出售的采用相位控制調節用電器實際功率的產品大致有電熱器具，部分調速電風扇等。該文介紹一種基于單片機AT89C2051的相位控制器，為實現遠距離控制或遙控控制創造條件。關于AT89C2051的詳細資料該文不再贅述。

1 檢測及控制原理

電路原理圖如圖1所示。

單片機AT89C2051外部中斷外接K1，用于開機和待機工作，由于在默認狀態下，的優先權最高，無論什么情況下只要中斷成立，必然先進行中斷處理，因此，本設計用中斷處理來完成待機和開機，P1.2有低電平輸出，D3工作，從而使X1接通負載回路，負載RL1工作；待機狀態P1.2始終保持高電平，D3截止，使X1斷開負載回路，負載RL1不工作。

單片機P1.4、P1.3腳外接的開關K2、K3用于調節相位，其實質是調整內部定時器時間的長短，在交流電的每半個周期內，控制用電器的用電時間。P1.5腳接蜂鳴器，提示待機和開機。P3.7腳外接LED用于顯示系統是開機還是待機狀態，當LED閃爍時，則表明系統在工作。4腳和5腳，外接Y1、C5、C6構成單片機時鐘電路，其頻率是12 MHz。

由R1、D1、R2、D2、R3等波形變換電路，將正弦波轉換成方波，如圖2所示波形變換圖，正弦波（a）經R1、D1、整流得到波形（b）和通過限流電阻R2由D2的1、2腳輸入，D2的3腳輸出方波（c）。其原理是，正弦波過零時刻D2的輸入端截止使其輸出端輸出高電平，正弦波非過零時刻D2的輸入端導通使其輸出端輸出低電平。如此周而復始，D2的3腳輸出的方波是脈沖周期方波，方波的下降沿為單片機AT89C2051完成過零檢測提供條件。這里需要說明一點，過零不是理想的經過零電位，因為D2正偏導通存在導通角，所以是盡量接近零電位而已。

單片機AT89C2051完成周期波過零檢測。關于單片機AT89C2051的介紹，該文就不做過多闡述，只講與該設計有關的內容。將D2的3腳產生的方波接到AT89C2051的外部中斷 的輸入端，在編寫程序時將設置成下降沿有效，由圖2所示，下降沿時刻就是交流電過零時刻，這時刻，單片機將產生中斷并執行中斷處理，完成了正弦波過零檢測。由單片機的P1.2、R6、D3、R7、X1等構成輸出控制電路，RL1為負載。其原理是當P1.2為低電平時，U3工作，X1接通回路，負載RL1得電。

2 相位調節

以上論述可知，正弦波過零時刻讓單片機產生一次中斷，這時啟動單片機內部定時器，定時結束讓P1.2輸出低電平，接通用電器RL1，比如定時器定時時間為零，則用電器RL1滿負荷工作；若定時器定時時間為0.01 s，則用電器RL1關斷不工作；若定時器定時時間為0.005 s，則用電器RL1實際功率為額定功率的一半。注意，定時時間不能超過0.01 s，否則就失去相位控制的意義了。根據以上原理，編寫程序，通過改變定時器的定時時間，控制每半個周期內用電器RL1的用電時間，實現相位控制之目的。

3 結語

該設計適用于白熾燈調光、電風扇調速、電熱器具功率調節等方面，然而可與遙控接口，實現遙控控制。經過試驗證明，調節效果非常好，符合設計的要求。

參考文獻

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