摘要：文章詳細介紹了用單片機通過控制可控硅的導通角來調節(jié)白熾燈(純阻負載)亮度的基本原理和具體實現(xiàn)的方法。文中包括各部分的電路圖和必要的說明，并附有所使用的各主要元器件的資料。最后，本文還給出了本調光控制器的程序流程圖。
關鍵詞：調光；單片機；可控硅

1 調光控制器設計
    在日常生活中，我們常常需要對燈光的亮度進行調節(jié)。本調光控制器通過單片機控制雙向可控硅的導通來實現(xiàn)白熾燈(純阻負載)亮度的調整。雙向可控硅的特點是導通后即使觸發(fā)信號去掉，它仍將保持導通；當負載電流為零(交流電壓過零點)時，它會自動關斷。所以需要在交流電的每個半波期間都要送出觸發(fā)信號，觸發(fā)信號的送出時間就決定了燈泡的亮度。
    調光的實現(xiàn)方式就是在過零點后一段時間才觸發(fā)雙向可控硅開關導通，這段時間越長，可控硅導通的時間越短，燈的亮度就越低；反之，燈就越亮。
    這就要求要提取出交流電壓的過零點，并以此為基礎，確定觸發(fā)信號的送出時間，達到調光的目的。
1．1 硬件部分
    本調光控制器的框圖如下：

    控制部分：為了便于靈活設計，選擇可多次寫入的可編程器件，這里選用的是ATMEL的AT89C51單片機。
    驅動部分：由于要驅動的是交流，所以可以用繼電器或光耦+可控硅(晶閘管SCR)來驅動。繼電器由于是機械動作，響應速度慢，不能滿足其需要。可控硅在電路中能夠實現(xiàn)交流電的無觸點控制，以小電流控制大電流，并且不象繼電器那樣控制時有火花產(chǎn)生，而且動作快、壽命長、可靠性高。所以這里選用的是可控硅。
    負載部分：本電路只能控制白熾燈(純阻負載)的亮度。
1．2 軟件部分
    要控制的對象是50Hz的正弦交流電，通過光耦取出其過零點的信號(同步信號)，將這個信號送至單片機的外中斷，單片機每接收到這個同步信號后啟動一個延時程序，延時的具體時間由按鍵來改變。當延時結束時，單片機產(chǎn)生觸發(fā)信號，通過它讓可控硅導通，電流經(jīng)過可控硅流過白熾燈，使燈發(fā)光。延時越長，亮的時間就越短，燈的亮度越暗(并不會有閃爍的感覺，因為重復的頻率為100Hz，且人的視覺有暫留效應)。由于延時的長短是由按鍵決定的，所以實際上就是按鍵控制了光的強弱。
    理論上講，延時時間應該可以是0～10ms內的任意值。在程序中，將一個周期均分成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，但由于受到單片機本身的限制和基于實際必要性的考慮，只需要分成大約100份左右即可，實際采用的值是95。
    可控硅的觸發(fā)脈沖寬度要根據(jù)具體的光耦結合示波器觀察而定，在本設計中取20 μs。程序中使用T1來控制這個時間。
    對兩個調光按鍵的處理有兩種方式：一種是每次按鍵，無論時間的長短，都只調整一個臺階(亮或暗)；另一種是隨按鍵時間的不同，調整方法不同：短按只調整一個臺階，長按可以連續(xù)調整。如前面所述，由于本設計中的臺階數(shù)為95(N=95)，如果使用前一種方式，操作太麻煩，所以用后者較為合理。

2 各單元電路及說明
2．1 交流電壓過零點信號提取
    交流電壓過零點信號提取電路如圖2所示，圖中的同步信號就是我們需要的交流電壓過零點信號。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. 2 主控單元

    主控單元以AT89C51單片機為核心，交流電壓過零點信號提取電路中產(chǎn)生的同步信號SYN接到AT89C5l的INT0，此信號的下降沿將使AT89-C51產(chǎn)生中斷，以此為延時時間的起點。
    三個按鍵只用于控制一路燈：一個為開關，另外兩個分別為提高亮度和降低亮度。
    74HC573用于輸出控制可控硅的導通的觸發(fā)信號。
    220V交流主電源導通區(qū)間、同步信號和觸發(fā)信號的時序關系如圖6所示。

    圖中的陰影部分表示可控硅的導通區(qū)間，它的大小決定了燈的亮度。改變延時時間可改變觸發(fā)信號和同步信號的相位關系，也改變了可控硅的導通區(qū)間的大小，達到調光的目的。
2．3 驅動單元

    圖中，L1_D是單片機輸出的觸發(fā)信號，該信號通過光控可控硅MOC3022去驅動可控硅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。

3 程序流程圖

4 結束語
    本控制器使用了三個開關控制一路燈，主要是為了在教學過程中降低難度。也可改為一個開關控制一路燈，比如短按為開、關，第一次長按為降低亮度，連續(xù)的第二次長按為提高亮度等。電路不用改動，只需修改程序即可。
    學生通過制作該調光控制器，可以掌握單片機、光藕和可控硅等方面的知識和使用技能，特別是后兩者，學生較少接觸。由于該調光控制器調光的效果比較好，對提高學生的學習興趣有很大幫助，教學效果良好。