基于单片机单相交流过零检测及脉冲输出电路设计

罗威 杨风 焦丽丽

【摘要】目前，可控硅做为大功率电子器件在工程中得到广泛应用，其触发方式在许多交流设备中都采用过零触发方式，而其控制多通过对触发脉冲的脉宽调节来实现。本文介绍一种由单片机控制的过零检测及脉冲输出电路。本设计包括硬件和软件设计两部分。硬件部分包括电源电路、过零检测电路、控制电路、脉冲波输出电路等部分组成。处理器采用51单片机，设计完成了过零检测，并能输出脉宽度从1ms～10ms某一种满足控制要求的脉冲波。

【关键词】51单片机;过零检测;脉冲

The design of single-phase alternating current zero crossing detection and pulse output circuit based on single chip microcomputer

Northern University of China，College of computer and control engineering  Luo-wei  Yang-feng  Jiao-Lili

Abstract：at present，thyristor as power electronic devices are widely used in engineering，the trigger mode in many communication equipment using zero crossing trigger mode，and its control by the pulse width trigger pulse conditioning to achieve.A microcomputer controlled by the zero crossing detection and pulse output circuit is introduced in this paper.The design includes two parts of hardware and software design.The hardware includes the power circuit，the zero crossing detection circuit，control circuit，pulse output circuit.The processor uses 51single chip microcomputer，completed the design of zero crossing detection，and can output pulse width from 1ms to 10ms one to meet the control requirements of pulse wave.

Keywords：51 single-chip;microcomputer;zero crossing detection;pulse

1.引言

当今社会，科学技术飞速发展、日新月异。功率控制器件在电气方面得到了相当广泛的应用，在功率控制中，经常要用到移相控制或过零控制技术，无论是移相控制还是过零控制，都需要检测过零触发信号。高精度、低成本、高稳定性及强可控性的过零检测器大受欢迎。

2.总体方案设计

2.1 总体方案设计

本设计包括硬件和软件设计两个部分。模块划分为过零检测、脉冲波输出等子模块。电路结构可划分为：电源电路、过零检测电路、控制电路、脉冲波输出电路。处理器采用51系列单片机AT89C51，整个系统是在系统软件控制下工作的[1]。

2.2 各电路的原理及功能介绍

2.2.1 电源电路

电源电路主其原理是利用稳压管将220V交流电稳压至8V，再进过整流处理得到12V左右电压，整流后引出，一方面供过零检测电路检测;另一方面将其稳压得到5V直流电源给单片机和过零检测电路供电[2]。具体设计见硬件原理图。

2.2.2 过零检测电路

过零检测电路见总电路图。其中A为电源电路中整流后引出，供过零检测电路检测的点;B为5V电源;C为过零检测电路过零信号输出点。

过零检测原理：当交流电过零时，A点电压低于0.7V，三极管不导通，C点电压与B点电压相等为5V，C点输出高电平;当交流电没过零时，A点电压高于0.7V，三极管导通，C点电压可近视为0V，C点输出低电平，控制单片机根据C点的电压来判断是否过零[3]。

2.2.3 单片机控制电路及脉冲波输出电路

该部分电路中两单片机共用一个晶振，其中控制电路单片机的P1.0和P2.0分别为过零信号输入口和控制信号输出口;输出电路单片机的P1.0和P2.0分别为控制信号输入口和脉冲波输出口[4]。具体设计见硬件设计原理图。

2.3 控制原理介绍

过零检测电路用于检测AC220V的过零点，在整流桥路中采样全波整流信号，经过三极管及电阻电容组成整形电路，整形成脉冲波，并将脉冲波传送给控制单片机，进行过零检测。本设计采用了新的控制方案本设计中使用两个单片机。一个用于计算和控制，另一个用于脉冲波输出。

具体控制过程[5]：

电路接通后，过零检测电路开始过零检测。首次检测到过零时并将过零信号发送个控制单片机，控制单片机进行软件延时1ms，过零检测电路再次检测（第一次检测到的点可能是0～0.7V之间任一点，故应跳过，从下一周期开始）。从控制单片机接收到信号到脉冲输出两单片机耗时20us，故控制单片机第二次收到过零信号时延时327us，即总延时为447us。控制单片机第二次接收到过零信号延时后发送信号给脉冲波输出单片机，输出单片机检测到信号输出设定好的脉冲。下一周期，控制单片机检测到过零信号后，不再跳过本周期，并重复上一周期流程。

3.系统的硬件电路图

首先给出系统的硬件原理图，如图1所示。通过原理图，可知在本设计中用到如下器件：AT89C51、稳压管7850等一些单片机外围应用电路。

4.结束语

本设计设计出了一种以单片机为控制芯片的过零检测及脉冲波输出电路。这里提出的过零信号检测和脉冲波输出方法能够准确地检测过零点，并输出满足需要的脉冲波形，省去了同步变压器，降低了设备成本，减小了设备体积。该方法电路简单、稳定、可靠。

参考文献

[1]高建荣，吴丽云.基于单片机的三相电源相序控制设计[J].微计算机信息，2004（7）：29-30.

[2]叶斌.电力电子应用技术[M].北京：清华大学出版社，2006.

[3][美]塞尔吉欧·弗朗哥.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M].西安：西安交通大学出版社，2004.

[4]胡汉才.单片机原理及其接口技术[M].北京：清华大学出版社，2007.

[5]马忠梅，籍顺心，张凯，等.单片机的C 语言应用程序设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2007.

作者简介：

罗威，男，中北大学硕士研究生，研究方向：计算机测控系统与技术。

杨风，女，中北大学教授，研究方向：涡流检测技术，PLC控制技术，智能电器可靠性及控制部分抗干扰技术。

焦丽丽，女，中北大学硕士研究生，研究方向：计算机测控系统与技术。