1 概述
PHILIPS 51LPC系列單片機目前已包括P87LPC760/1/2/4/7/8/9共七個型號。51LPC提供高速和低速的晶振和RC振蕩方式，可編程選擇;具有較寬的操作電壓范圍2.7～6.0V，可編程I/O口線輸出模式選擇，可選擇施密特觸發(fā)輸入，LED驅動輸出;有內部看門狗定時器及提供掉電檢測模擬功能，最大限度地減少了外部元件的使用。這些特性和改進的C51結構結合在一起，使得在設計高集成度、低成本和低功耗控制電路時具有更多的選擇。該系列主要用于對系統(tǒng)成本有嚴格要求，且系統(tǒng)具有高抗干擾性能的低功耗應用領域，已廣泛用于電子陽性能表、IC卡水表、電子稱、消毒碗柜、LED顯示屏、煤氣表等工業(yè)控制領域。
本文介紹在市電情況下使用LPC系列微控制器P87LCP761與三象限雙向晶閘管(Triac)控制感性負載交流電機的方法。使用一種全新的電流過零檢測方法，不必在負載電流線路中加入旁路電阻，利用單相關波整提供控制電路的電源。LPC的高抗干擾性能使得只用極少外部零件即能完成此系統(tǒng)。此解決方案可通過P87LPC761系列單片機的片內RC振蕩器和比較來實現，或者其它帶有片內PWM、ADC和DAC等功能的LPC系列芯片。該系統(tǒng)可用于對電機(AC/DC)閥門、泵燈等的控制，廣泛用于照明、HVAC、電源工具、儀表及工業(yè)控制等領域。表1是P87LPC761的引腳功能。
表1 P87LPC761引腳功能
2 原理
2.1 負載電壓的過零控制——單輸入檢測
方框圖1和2為該應用的總體框圖。電路直接通過市電進行供電，相位控制時序取決于市電電壓過零檢測(Voltage Zero Crossing)(見圖1)或負載電流過零檢測(Current ZeroCrossing)(見圖2)。采用哪種檢測方式取決于實際應用的情況。控制模塊計算機發(fā)時刻，LPC可直接吸收多個Triac的門電流。為了降低EMI，保證安全操作并控制相位，有必要在電流過零或一個特定的相位角時觸發(fā)Triac。對于阻性負載，電流和電壓過零是一致的;對于感性負載，電流滯后于電壓。負載的狀態(tài)決定了Triac是根據電壓過零還是電流過零進行可控硅的觸發(fā)。
檢測電壓過零最簡單的方法就是測量市電電壓極性的變化。LPC的+5V端連接到電源線(或中性點)，而中性點(或電源線)通過限流電阻連接到任意一個I/O 口。I/O口的電壓被內部鉗位二極管鉗制0V和+5V之間，如圖3所示。微控制器可讀入輸入口的輸入狀態(tài)，并且當狀態(tài)從1變?yōu)?或從0變?yōu)?時，檢測到過電壓的過零點。電平跳變點取決于I/O口的模式(TTL或施密特觸發(fā))，過零點到檢測點的延遲時間取決于電源電壓的變化率(例如230V或110V系統(tǒng))，這些都必須納入考慮范圍。該電路的優(yōu)點是簡單和成本低，因為僅需要一個額外的電阻(要求高耐壓值)并可使用LPC的任何一個I/O口。
2.2 電流過零檢測——電流過零窗口比較器
電流過零(CZC)是Triac的換流點。在非線性負載時，由于電流過零點和電壓過零(VZC)點不一致，CZC檢測尤其重要;但是，監(jiān)控CZC并不像監(jiān)控 VZC那么容易，因為，通常檢測方式需要在負載上串聯(lián)一個電阻，這就分離了負載電路且浪費了電能。通常方法是通過放大和電平變換，然后和微控制器相連，這至少需要一個額外的運算放大器及其相關元件。LPC檢測電流過零采用了一種全新的方法：監(jiān)控Triac門極(VG)到陽極(T1)的電壓。VG-T1給出了Triac即將換流的一個信號，因為VG-T1在CZC時過零，根據負載電流和Triac的特性，VG-T1可低至0.1V或大于1.2V。如圖4所示電路，使用窗口比較器監(jiān)控該電壓即能完成CZC功能。圖4窗口比較器用于門電壓和電流過零檢測器，VG-T1相對于線電壓可正可負，取決于負載電流的方向。也就是說VG-T1相對于VCC+5V而言可正可負。因此在LPC可監(jiān)控之前，必須通過R4和R5分壓，以使其低于VCC并處于比較器的操作電壓范圍，R1、R2和R3將電壓限制在過零點附近。
3 完整的LPC+Triac+Motor(AC)電路實現
在P87LPC761 和Triac的控制應用中，整個系統(tǒng)對電源消耗很低并具有高抗干擾性能，故可以通過阻容降壓和單相半波整流由市電直接供電，而不需要昂貴且體積大的變壓器，外部零件極少。此方案成本低。圖5所示是一個感性負載的通用電路，同時適合阻性負載。Triac可使用BTA216 600E。像圖4那樣，通過查詢P87LPC761的比較器來檢測負載電流過零，并重新觸發(fā)Triac。也可用中斷驅動。啟動電機時用電壓過零測量并觸發(fā) Triac的門級脈沖，以減少電磁干擾，并可從主循環(huán)的開始進行控制和重定義在啟負載之間軟件等待整個半周期。本例在復位后通過用戶按鍵開啟負載，通過按鍵可進行相角控制以控制電機的不同轉速。如圖5所示，LED發(fā)光管閃爍的快慢能體現電機轉速，LED閃爍越快電機轉動越快，反之則越慢;電機停轉，LED 熄滅。此電路稍經修改就可以用于其它許多類似的場合。
源程序清單：
該軟件在Keil C51 V6.02上編譯通過，在目標板上運動正常。如果用其它編譯器必須稍加修改。
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
uchar s,x,y=0;
void timer0(void)interrupt 1 using 1 {/*T0中斷服務程序*/
x=x+1;
if(x/10>s){
if(y= =0){P1=P1&0xfb; /*LED點亮*/
x=0;y=1;}
else {P1=P1|0x04; /*LED熄滅*/
y=0;x=0;}}
TF0=0;TH0=-(28/256);
TL0=-(28%256);
}
void speed(s){ /*電機轉換控制子程序*/
uchar pulsecount, pulseduration=0;
uint i=0;
uint j=0;
if (((CMP1&0x02))&&!(CMP2&0x02)/*查詢比較器*/
{for (i=0;i
{for(j=0;j<210;j++) ;} /*延時觸發(fā)*/
CMP1=CMP1&0xfc;
CMP2=CMP2&0xfc;
pulsecount=1;
{P1=P1&0xfe;
pulseduration=12; /*觸發(fā)脈沖寬度*/
while(pulseduration){pulseduration- -;}
P1=P1|0x01;
pulsecount- -;
}
}
}
void Initcomparatior(void){ //初始化P87LPC761//
PT0AD=0x6f; /*禁止P0口的數字功能*/
P0=0xff;
P0M1=0x2a; /*P01，P03，P05設為高阻輸入*/
P0M2=0xd5; /*P00，P04，P06設為推挽方式*/
P1=0xff;
P1M1=0x82; /*P17用于VZC檢測*/
P1M2=0x05;
CMP1=0x34;
CMP2=0x34;
}
void main(void)
{uchar pulsecount ,pulseduration=0x00;
uint j;i=0;
SP=0x5f;EA=0;
TH0=-(28/256);
TL0=-(28%256);
TF0=0;EA=0;TR0=0;
ET0=1;CMP1=CMP2=0;
Initcomparator();
CMP1=CMP1&0xfc;
CMP2=CMP2&0xfc;s=0;
while(P1_1) {;}
while(!P1_1){;}
while(P1&0x80){};
while(!(P1&0x80)){};
while(P1&0x80){}
while(!(P1&0x80)){};
while(P1&0x80){};
P1=P1&0xfe; //啟動電機
while(1)
{if(P1_1= =0) {
x=0;
while (!x){;}
if(P1_1=0)
{P1=0xff;s=s+1;} //停止電機
if(s= =8){s=0;}
while(!P1_1){;} //等待釋放按鍵
while(P1&0x80){};
while(!(P1&0x80)){};
while(P1&0x80)();
whie(!(P1&0x80)){};
while(P1&0x80){};
P1=P1&0xfe;} //啟動電機
EA=1;TR0=1;
speed(s); }
} //結束
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