摘要：介绍了单片机实现多路灯光自动控制系统的软、硬件设计。 关键词：单片机自动控制可控硅抗干扰 利用单片机丰富的软硬件资源实现对各种广告牌多路灯光自动控制，与传统的电子线路控制器相比，具有可编程、体积小、控制灵活、操作方便、控制时间可变可调等优点。 我们为呼市邮政局设计并安装了上述单片机多路灯光自动控制系统。下面就该系统的软、硬件设计作介绍。 1系统结构及工作原理 系统整体结构如图1。 图1系统结构 8031单片机是该系统的核心部件，其主要功能：（1）灯光控制的软件编程；（2）干扰信号的处理及复位；（3）光强及时间定时的检测及控制。 单片机的控制程序通过对光强或时间的检测，自动开启（夜间）或关闭（白天）灯光系统，每1路灯光设备与8031内存控制位相对应，单片机通过P3.0(RXD)和P3.1(TXD)多功能口，利用串行通信方式0实现不同控制代码的输出，从而完成了多路灯光设备各种变化的自动循环显示。 28031单片机控制系统功能分析 2．1光强或时间定时的检测及控制 如图2所示，当8031单片机P1.4的控制开关拨到＋5V时，系统的开启或关闭由光强控制。这时，当光线较强时（白天），光耦二极管电阻变小，三极管Q1导通，P1.7为低电平；当光线暗时（夜间）光耦二极管变大，三极管Q1截止，P1.7为高电平。8031单片机控制程序每隔一定时间（约5ms）采样P1.7端的状态，然后根据其高低电平选择开启或关闭相应的灯光控制代码发送。图2中与光耦二极管并联的可调电位器可以调整三极管Q1的截止导通状态，从而实现对光控的微调。 图2光耦电路 当P1.4拨至接地状态时，8031单片机程序进入时间控制子程序，8031单片机把内部定时器0设置成日历时钟计数（其初值可以用按钮设置），当程序查询到表格内的开启或关闭初值（表格的初值可通过按钮及数码管显示来输入或修改）与单片机时钟当前值相同时，则自动发送相应的开启或关闭输出控制代码。 2．2双向可控硅控制电路 由于负载一般为大功率器件（电压从几百伏至上千伏，电流从几安培至几十安培），因此，8031单片机工作部分与可控硅触发部分采用MOC3021双向可控硅输出型光电耦合器，图3为1路可控硅触发控制电路。 图3可控硅触发电路 可控硅TR的门极触发电流为50mA，触发电压为2V，则最小触发电压为： VT＝R1，IGT＋VGT＋VTM＝300×0.05＋2＋3＝20V 对应的最小控制角α为： 其中：IGT为可控硅TR的最小触发电流，VGT为可控硅TR的最小触发电压，VTM为MOC3021输出压降(3V)，Vp为交流工作电压的峰值。 在使用中发现，当感性负载时，有时会引起可控硅误触发。经分析发现，当感性负载时，由于电压上升率dv/dt较大，在阻断状态下，可控硅的PN结相当于1个电容，当突然受到正向电压、充电电流过门极PN结时，起到了触发电流的作用，造成MOC3021的输出回路可控硅误导通。为此，我们对上述电路进行了修正，如图4所示。在输出回路中加入R2和C1组成RC回路，降低dv/dt。按照MOC3021的技术指标，允许最大的电压上升率dv/dt=10V/s，结温上升时dυ/dt下降，在极端的工作条件下，dv/dt=0.8V/s。 图4修改后的触发电路 R2、R1之和与最小触发电压与可控硅门极电流的关系为： C1取0.2μF。 同理，在TR输出端加上RC滤波网络，从而使TR输出电压上升率下降。 2．3单片机工作回路的干扰及解决措施 由图1可知，光耦电路利用MOC4021将输入弱信号与输出强信号进行隔离，但在实际运行时，单片机系统仍有较强的干扰信号存在，常常出现死机或程序飞跑现象。分析认为，由于输出的大电流及电压均工作在开关状态，输出高次谐波通过电源回路对8031单片机产生了较大的影响，因此，我们设计了电源滤波电路及硬件复位电路，对电路的干扰进行了有效的控制。其中，硬件复位电路如图5所示。图5中74LS123为双路可再触发单稳态多谐振荡器，通过外接阻容参数，可产生不同宽度的正负脉冲，其真值表如表1。 图5复位电路 表174LS123真值表 输入输出 deleteABQQ LXXLH XHXLH XXLLH HL^ HIH LH 由表1及图5电路可知：由于1脚A接地，2脚B接8031单片机P1.0，正常运行时，循环程序不断从P1.0发送代码信号，使2脚不断有上升沿出现，因此，13脚保持高电平，则5脚输出低电平，保持8031RESET脚低电平的需要。当程序飞跑或死机时，2脚电位不再变化，使5脚产生一高电平脉冲，促使8031复位，重新启动。 3系统结构特点及应用范围 该系统软硬件均采用模块化结构，1块控制板能控制16路输出，输出信号通过8031串行口RXD及TXD端经74LS164串入并出移位寄存器输出，因此，软件输出代码高达上千路信号，硬件控制板根据需要可以任意扩充，只要电源变压功率相应增大即可。该系统可广泛应用于霓红灯，多路塑料管灯及多路色灯的控制。 另外，系统具有与微机串行口RS－232的通信接口，必要时可以与微机连接，这样，多路灯光控制参数及时间控制参数在微机上可随时修改，使控制变得更加灵活。 作者单位：呼和浩特内蒙古大学电子工程系（010021） 参考文献 1余永权.单片机应用系统的功率接口技术.北京：北京航空航天大学出版社，1992；104～108 2李树华.IBM－PC微机与发光管显示屏的连网通讯.内蒙古大学学报（自然科学版），1993；（4）：441～443 3XicorInc.NewProductandApplicationsInformationforDesignengineers．EDN，1994;39(25):159～160

逐个控制P1端口的每个位来实现的，因此程序显得有点复杂，利用循环移位指令，采用循环程序结构进行编程。我在程序一开始就给P1口送一个数，这个数本身就让P1.0先低，其他位为高，然后延时一段时间，再让这个数据向高位移动，然后再输出至P1口，这样就实现“流水”效果啦。由于8051系列单片机的指令中只有对累加器ACC中数据左移或右移的指令，因此实际编程中我们应把需移动的数据先放到ACC中，让其移动，然后将ACC移动后的数据再转送到P1口，这样同样可以实现“流水”效果。具体编程如下所示，程序结构确实简单了很多。 ORG0000H;单片机上电后从0000H地址执行 AJMPSTART;跳转到主程序存放地址处 ORG0030H;设置主程序开始地址 START：MOVSP，#60H;设置堆栈起始地址为60H MOVA，#0FEH;ACC中先装入LED1亮的数据(二进制的11111110) MOVP1，A;将ACC的数据送P1口 MOVR0，#7;将数据再移动7次就完成一个8位流水过程 LOOP：RLA;将ACC中的数据左移一位 MOVP1，A;把ACC移动过的数据送p1口显示 ACALLDELAY;调用延时子程序 DJNZR0，LOOP;没有移动够7次继续移动 AJMPSTART;移动完7次后跳到开始重来，以达到循环流动效果 DELAY：;延时子程序 MOVR0，#255;延时一段时间 D1：MOVR1，#255 DJNZR1，$ DJNZR0，D1