基于STC单片机的光耦控制研究
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作者: 唐泽皓 张志博 王晋东
摘要：鉴于传统单片机控制开关的稳定性差、体积大和抗干扰能力差的问题，设计并研制了一种基于STC单片机的光耦控制开关灯。该控制依靠单片机来完成同步，采用了硬件和软件相结合的保护措施，既美观有以较好的性能实现其控制功能。
关键词：单片机 光耦 控制
中图分类号: TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0022-01
Abstract:Given the stability of the traditional single-chip control switch is poor,bulky problem of poor and anti-jamming capability,designed and developed a microcontroller-based STC opticalcoupler control switch lights.The control depends on the MCU to complete the synchronization,using a combination of hardware and software protection measures,both beautiful and have good performance to achieve its control.
Key words:Micro Control Unit Opticalcoupler Control
1、引言
随着人们生活环境的不断改善和美化，在许多场合可以看到彩色霓虹灯。LED彩灯由于其丰富的灯光色彩，低廉的造价以及控制简单等特点而得到了广泛的应用，用彩灯来装饰街道和城市建筑物已经成为一种时尚。但目前市场上各式样的LED彩灯控制器大多数用全硬件电路实现，电路结构复杂、功能单一，这样一旦制作成品只能按照固定的模式闪亮，不能根据不同场合、不同时间段的需要来调节亮灯时间、闪烁频率等动态参数。这种彩灯控制器结构往往有芯片过多、电路复杂、功率损耗大等缺点。此外从功能效果上看，亮灯模式少而且样式单调，缺乏用户可操作性，影响亮灯效果。因此有必要对现有的彩灯控制进行改进。
2、光耦器件有效抑制单片机系统干扰
共地干扰的存在影响了单片机系统的正常工作，切断共地关系，电信号无法构成回路，单片机和外部设备无法进行信号传输。所以，必须采取某种措施，既能保证将地隔开，又能顺利传送信号。利用光耦器件隔离，能够解决上述问题。光耦器件是把电信号转换为电信号，光信号传送到接受侧再转换为电信号。由于光信号的传送不需要共地，因此可以将光耦器件两侧的地加以隔离。
光耦器件能再传输信号的同时有效地抑制尖脉冲和各种噪声干扰，其原因如下：
(1)光电耦合器的输入阻抗很小，只有几百欧，而干扰源阻抗较大，通常为几百千欧。由分压原理可知，即使干扰电压的幅度较大，光电耦合输入端分得的噪声电压也很小，另外由于干扰噪声的能量小，只能形成微弱电流，而光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作，干扰噪声即使有很高的电压幅值，也会因为没有足够的电流导致发光二极管不能发光，干扰就被抑制掉。
(2)光电耦合器的输入回路与输出回路之间没有电气连接，没有共地，之间的分布电容很小，而绝缘电阻又很大，因此回路一侧的各种干扰噪声都很难通过光电耦合器馈送到另一侧，避免了共阻抗耦合干扰信号的产生。
光电耦合器的主要优点是单向传输信号，输入和输出完全实现了电气隔离，抗干扰能力强，使用寿命长，传输效率高。光电耦合器的输入回路与输出回路之间可以承受几千伏的高压，即使外设电路出现故障，甚至输入信号短接时，仪表也不会损坏，有很好的安全保障。光电耦合器还具有响应速度快的特点，适用于响应速度要求很高的场合。
单片机有多个输入端口，接收来自远处设备传来的各种现场信号，单片机对这些信号处理后，输出控制信号去执行相应的操作。如果现场环境恶劣，会产生较大的噪声干扰，这些干扰信号一旦进入单片机系统，会造成系统的稳定性和准确性的降低，严重时会产生误操作，造成比较严重的后果。要解决此问题，可在单片机的输入端和输出端用光耦器件作为接口，使信号和噪声之间电气隔离，抑制干扰信号进入单片机系统。
光电耦合器是光电隔离电路的核心器件，它具有单向信号传输、输入输出端完全电气隔离、抗干扰能力强、工作稳定、无触点、寿命长、传输效率高等优点。已经运用于许多领域，在电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、振荡器、级间隔离、数字仪表、远距离传输、通信设备等方面都有广泛的应用。但光电耦合器虽然是一种电流控制的电流转移器件，具有和双极性晶体管类似的传输特性，但由于它的线性工作区比较窄，电流传输比受温度影响比较明显，不适合作为模拟电路的输入输出隔离。
3、STC11单片机和MAX232及软件
我们选用了STC11单片机和MAX232转换芯片，STC11/10xx系列单片机是宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成高可靠复位电路,针对高速通信，智能控制，强干扰场合。STC11/10xx系列单片机的定时器0/定时器1/串行口与传统8051兼容,增加了独立波特率发生器,省去了定时器；传统8051的111条指令执行速度全面提速,最快的指令快24倍,最慢的指令快3倍。国产宏晶STC单片机以其低功耗、廉价、稳定性能，占据着国内51单片机较大市场。MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。
使用图片按钮界面控制单片机通信，由于控制程序存储在STC11单片机的电可擦除Flash闪存EPROM中，如果用户需要更改系统的亮灯位置，无须改变系统硬件电路，只需修改其中程序即可，是一种很有发展前途的灯控制器。
4、结语
本文对基于STC11单片机的光耦控制进行了分析，并实现了控制开关灯，其提高了单片机控制开关的稳定性、精巧性和抗干扰能力，具有较高的实用价值。
参考文献
[1]睢丙东,魏泽鼎.单片机技术与实例[H].北京:电子工业出版社,2005.
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[4]刘书智,李琳娜,Visual C++实践与提高:串口通信与工程应用篇.第2版.北京:中国铁道出版社,2009.
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