張帆　陳小江

【摘 要】本系統(tǒng)采用以AT89C51單片機(jī)為核心控制單元，利用MOC3063光電耦合器，輸入端為砷化鎵紅外發(fā)光二極管（LED），輸出端為雙向晶閘管，實(shí)現(xiàn)多路燈光控制，顯示多種燈光花樣。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī)；MOC3063；驅(qū)動(dòng)器

0 前言

本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)和晶閘管驅(qū)動(dòng)器的燈控系統(tǒng)，以AT89C51為控制核心，采用MOC3063光電耦合器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的光電隔離并在交流電壓過零時(shí)觸發(fā)功率雙向晶閘管導(dǎo)通。一方面，可通過軟件編程，顯示多種燈光花樣，尤其在不改變硬件電路，只改變軟件程序的情況下，就很容易變換燈光花樣；另一方面，采用晶閘管過零觸發(fā)，同步檢測(cè)電路簡(jiǎn)單，且在晶閘管導(dǎo)通瞬間不會(huì)產(chǎn)生高次諧波干擾，因此不會(huì)造成電網(wǎng)電壓波形畸變，也就不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，所以不會(huì)發(fā)出機(jī)械噪聲。該系統(tǒng)成本低，顯示效果好，特別適合城市的亮化。

1 設(shè)計(jì)方案的確定

本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89C51為核心，利用MOC3063光電耦合器實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的光電隔離并在交流電壓過零時(shí)觸發(fā)功率雙向晶閘管，控制燈的亮與滅，實(shí)現(xiàn)各種燈光花樣。

該系統(tǒng)硬件電路主要由AT89C51單片機(jī)、8個(gè)相同的過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤控制器、直流穩(wěn)壓源等組成。利用高性能低價(jià)格AT89C51單片機(jī)，輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力較強(qiáng)（可提供20mA的灌電流），因此可直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，不用再配置發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，從而簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路主要由MOC3063和大功率雙向晶閘管VT組成。使MOC3063觸發(fā)功率雙向晶閘管，不僅可消除或大大減小功率雙向晶閘管導(dǎo)通時(shí)對(duì)電網(wǎng)的影響，而且可以用低電壓、小電流控制高電壓、大電流，特別是由于采用了光電隔離且可用TTL電平驅(qū)動(dòng)，故很容易與微處理器接口，進(jìn)行各種自動(dòng)控制設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。

2 硬件電路的設(shè)計(jì)

硬件電路主要由AT89C51單片機(jī)（擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器2764）、8個(gè)相同的過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路、鍵盤控制器、直流穩(wěn)壓源等組成。

2.1 AT89C51芯片及其程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展

本設(shè)計(jì)選擇AT89C51單片機(jī)作為核心控制單元，利用它的P1口八根I/O口線控制八路燈。由于程序較多，所以擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器2764，利用鎖存器74LS575鎖存信號(hào)。

單片機(jī)AT89C51擴(kuò)展一片程序存儲(chǔ)器2764，連接如圖2：

AT89C51的P1口用來控制八路燈，當(dāng)P1口輸出低電平時(shí)，燈亮；當(dāng)P1口輸出高電平時(shí)，燈滅；即由P1口輸出高低電平來控制燈的亮與滅，從而實(shí)現(xiàn)豐富多彩的燈光花樣。

2.2 過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路

過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路主要由光電耦合器MOC3063和大功率雙向晶閘管VT組成。如圖3：

AT89C51的P1口8根I/O口線，控制8路過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路，而每路過零觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路又控制兩盞燈。

2.2.1 光電耦合器MOC3063簡(jiǎn)介

MOC3063為雙向晶閘管輸出型光藕合器，具有過零檢測(cè)、觸發(fā)電路，其輸入端1、2腳的控制電流為5mA，輸出端4、6腳的額定電壓為600v，最大重復(fù)浪涌電流為1A，輸入、輸出間隔離電壓為7500V。M0C3063的輸入端為砷化稼紅外發(fā)光二極管（LED），輸出端為光控雙向晶閘管。

2.2.2 元器件的作用及選擇

1）R2的作用及選擇

作用：R2是MOC3063的限流電阻，使其輸出端的電流不超過1A。

選擇：MOC3O63過零檢測(cè)的電壓值為2Ov，故選R2稍大于20歐姆（電阻性負(fù)載）。對(duì)于電感性負(fù)載，因電感的影響，觸發(fā)外部晶閘管的時(shí)間延長(zhǎng)，流過MOC3063輸出端的電流將增大，故需增大R2的值。當(dāng)感性負(fù)載的功率因數(shù)小于0.5時(shí)，選R2為330歐姆，其他情況下可取27—330歐姆。由于加入R2，使觸發(fā)電路有一個(gè)最小觸發(fā)電壓，低于該電壓，外部晶閘管不導(dǎo)通，直到高于該電壓才導(dǎo)通。R2增大時(shí)，最小觸發(fā)電壓增大。

2）R3的作用

MOC3063在輸出端關(guān)斷狀態(tài)下，也有小于或等于0.5mA的電流，加入R3可消除該電流對(duì)外部晶閘管的影響。

3）R、C的作用

R、C起保護(hù)VT的作用，選擇R為39歐姆，C為0.01微法。

2.2.3 工作原理

當(dāng)光電耦合器MOC3063的輸入引腳輸入一定的電流時(shí)，發(fā)光二極管LED導(dǎo)通發(fā)射紅外線，且過零檢測(cè)電路檢測(cè)出輸出端的交流電壓過零時(shí)，內(nèi)部雙向晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通，從而外部雙向晶閘管導(dǎo)通。

2.3 鍵盤控制器SK5278

鍵盤控制器SK5278是一種可管理16個(gè)按鍵的鍵盤控制器，該器件內(nèi)部具有去抖動(dòng)處理電路，采用串行方式與單片機(jī)進(jìn)行接口，使用該器件可簡(jiǎn)化單片機(jī)系統(tǒng)軟硬件的鍵盤接口。

2.3.1 特點(diǎn)

（1）該芯片采用4線串行接口，可與任何種類的單片機(jī)連接。

（2）它具有按鍵有效指示輸出，可用中斷方式管理鍵盤。

（3）其行線X0～X3與列線Y0～Y3可構(gòu)成4×4鍵盤矩陣。

（4）SK5278的16鍵鍵盤控制器內(nèi)含去抖動(dòng)處理電路，因而可直接輸出鍵值。

（5）該器件的工作電源電壓范圍寬達(dá)4～6V。

2.3.2 工作原理

SK5278可用行線X0～X3和列線Y0～Y3構(gòu)成4×4矩陣鍵盤，在芯片內(nèi)部可自動(dòng)完成掃描、譯碼、去抖動(dòng)處理等任務(wù)。當(dāng)SK5278檢測(cè)到有效的按鍵時(shí)，按鍵有效指示“KEY”引腳將從低電平變?yōu)楦唠娖?，并一直保持到按鍵代碼被讀取為止。在“KEY”為高電平期間，如果SK5278接收到“讀鍵盤數(shù)據(jù)”命令，（即“CS”管腳變低），則輸出當(dāng)前按鍵的鍵盤代碼（SK5278鍵盤代碼的范圍00H-0FH）如果在接收到“讀鍵盤數(shù)據(jù)”時(shí)沒有按鍵按下，SK5278將輸出FFH，在一次讀鍵盤過程完成后，按鍵有效指示“KEY”將變?yōu)榈碗娖健＠冒存I有效指示“KEY”與單片機(jī)的外部中斷端相連，可完成具有中斷的鍵盤監(jiān)控功能，從而提高CPU的工作效率，減少按鍵響應(yīng)時(shí)間。

SK5278工作時(shí)需要外接RC振蕩電路以供系統(tǒng)工作，RC元件的典型值R5=3.3kΩ，C1=20pF，此時(shí)的振蕩頻率約為4MHz，由于此振蕩頻率較高，故在印制電路板布線時(shí)，所有元件尤其是振蕩電路的元件應(yīng)盡量靠近芯片，并盡量使電路連線最短。

SK5278的RESET復(fù)位端在一般應(yīng)用情況下，可以直接與正電源連接，在需要較高可靠性的情況下，可以連接外部RC復(fù)位電路，在上電或接收到RESET端的復(fù)位信號(hào)后，SK5278大約需要經(jīng)過25ms的復(fù)位時(shí)間才會(huì)進(jìn)入到正常工作狀態(tài)。

2.4 整體電路圖（圖4）

當(dāng)單片機(jī)AT89C51的P1口線輸出低電平時(shí)，光電耦合器MOC3063的輸入端有約5mA的電流（選R1為560歐姆）輸入，發(fā)光二極管導(dǎo)通，且在MOC3063輸出端4、6腳之間的電壓過零時(shí)，M0C3063的內(nèi)部雙向晶閘管導(dǎo)通，觸發(fā)外部雙向晶閘管VT導(dǎo)通，該路的燈亮；當(dāng)單片機(jī)AT89C51P1口線輸出高電平時(shí)，由于發(fā)光二極管的單向?qū)щ娦?，其關(guān)斷，從而內(nèi)、外部雙向晶閘管也關(guān)斷，該路的燈熄滅。這樣通過軟件編程，調(diào)用子程序，控制燈的亮滅，很好的實(shí)現(xiàn)了各種燈光花樣。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)主要針對(duì)目前城市亮化不夠完善而設(shè)計(jì)，因許多城市亮化中，存在燈光圖案單一，缺乏變換，還會(huì)發(fā)出機(jī)械噪聲等缺點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)以AT89C51為控制核心，采用MOC3063實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電的光電隔離并在交流電壓過零時(shí)觸發(fā)功率雙向晶閘管，通過軟件編程，使燈顯示出豐富多彩的燈光圖案。尤其在不改變控制電路的情況下，調(diào)整部分顯示子程序的執(zhí)行順序或增加其他顯示子程序，還可以不斷更新顯示圖案。

該系統(tǒng)不僅電路簡(jiǎn)單，顯示效果好，而且可靠性好，成本低，實(shí)用性強(qiáng)，非常適合于城市的亮化。

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[責(zé)任編輯：薛俊歌]