Ai8051U 内置比较器做过零检测 - 移相触发输出驱动可控硅调光

丝瓜***

近来在做一个调光的案子，打了一次板子，测出来的过零点不是太理想，网上找了一圈，电路也大同小异，要么复杂元件多，要么与我的一样简单但效果不太好。

论坛内的一个例子这个链接内二楼的方案不错，桥式整流+光耦隔离

但成本和PCB占用较大，我本次是非隔离方案，不采用此电路，网上找到的参考电路还有如下几种：






本着节省元件，也用上比较器来精准点，就尝试用Ai8051U 内置比较器做过零检测，是否可靠呢？
电路图如下：

各位大师来判断下是否可行：

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main.c
Ai8051U 内置比较器过零检测 + P1.0 移相触发输出
芯片：AI8051U-34K64-LQFP48
系统时钟：40MHz（在 STC-ISP 下载时选择 40MHz）

硬件连接说明：
  - 过零信号从 L 极引出，经 3 个 200K/0805 电阻降压，
    接入 P4.6，并在端口处用分压电阻抬高到 1.19V。电源3.3V，上电阻10K，下电阻5.65K
  - P4.6 为比较器正端 CMP+，配置成高阻输入。
  - 比较器负端 CMP- 使用内部 BandGap 经 OP 后的 REFV（1.19V）。
  - P4.5 为比较器硬件输出脚（CMPO_S = 0），仅用于示波器观察。
  - P1.0 为移相触发脉冲输出，推挽输出，接光耦/可控硅触发电路。

工作过程：
  1. 交流电每次过零，比较器中断置 zero_flag；
  2. 主循环检测到 zero_flag 后启动定时器0，延时 PHASE_US 微秒；
  3. 定时器0 中断里 P1.0 = 0（触发脉冲开始），并把定时器重装载值
     改为 PULSE_US 后继续运行；
  4. 第二次定时器0 中断里 P1.0 = 1（触发脉冲结束），关闭定时器0。

注意：定时器0 中断里用计数器 to0_step 区分“延时到”和“脉宽到”两个阶段。
******************************************************/

#include "Ai8051U.H"       
#include "intrins.h"

#define SYS_CLK         40000000UL  // 系统时钟 40MHz，必须与 ISP 下载时选择的频率一致
#define TM0_PS          0           // 定时器0 预分频 TM0PS，0 表示不分频
#define PHASE_US        5000UL      // 移相延时，单位 us（50Hz 半周期为 10000us，
                                    // 5000us 即 90 度相位）
#define PULSE_US        200UL       // 触发脉宽，单位 us

bit  zero_flag;                     // 过零标志，比较器中断置 1，主循环清 0
unsigned char to0_step = 0;         // 定时器0 阶段标志：0 空闲，1 等待移相结束，2 等待脉宽结束

/* 根据 us 计算定时器0 重装载值 */
/* 依据：定时器周期 = (65536-[TH0,TL0]) / (SYSclk/(TM0PS+1)) */
void Timer0_LoadUS(unsigned int us)
{
    unsigned long ticks;

    ticks = (unsigned long)us * (SYS_CLK / 1000000UL) / (TM0_PS + 1);
    ticks = 65536UL - ticks;

    TR0 = 0;                        // 先停定时器，保证写入的是重装载寄存器
    TL0 = (unsigned char)(ticks & 0xff);
    TH0 = (unsigned char)((ticks >> 8) & 0xff);
}

/*----------- 比较器中断：过零捕获 -----------*/
void CMP_Isr(void) interrupt 21
{
    CMPIF = 0;                      // 清比较器中断标志，必须软件清零
    zero_flag = 1;                  // 通知主循环：已到过零点
}

/*----------- 定时器0 中断：移相延时 + 触发脉宽 -----------*/
void TM0_Isr(void) interrupt 1
{
    if (to0_step == 1)              // 移相延时结束
    {
        P10 = 0;                    // 输出触发脉冲（低电平有效）
        to0_step = 2;
        Timer0_LoadUS(PULSE_US);    // 重装载为脉宽时间
        TR0 = 1;                    // 重新启动
    }
    else if (to0_step == 2)         // 脉宽结束
    {
        P10 = 1;                    // 结束触发脉冲
        to0_step = 0;
        TR0 = 0;                    // 关闭定时器0
    }
}

void main(void)
{
    /* ---------- 系统基本初始化 ---------- */
#if (defined 32位模式)
    EAXFR = 1;                      // 32位模式：允许访问扩展特殊功能寄存器 XFR
#else
    P_SW2 |= 0x80;                  // 8位模式：允许访问扩展特殊功能寄存器 XFR
#endif

    WTST = 0;                       // 设置取程序代码等待时间，0 表示不等待，最快运行
    CKCON = 0;                      // 设置访问片内 xdata 速度，0 表示最快速度访问

    /* ---------- I/O 口工作模式设置 ---------- */
    P0M0 = 0x00;  P0M1 = 0x00;      // P0 准双向口
    P1M0 = 0x00;  P1M1 = 0x00;      // P1 先全部为准双向口
    P1M0 |= 0x01;                   // P1.0 推挽输出（M1=0, M0=1）
    P1M1 &= ~0x01;
    P1 = 0xff;                      // P1.0 初始输出高电平（不触发）

    P2M0 = 0x00;  P2M1 = 0x00;      // P2 准双向口
    P3M0 = 0x00;  P3M1 = 0x00;      // P3 准双向口

    P4M0 = 0x00;  P4M1 = 0x00;      // P4 先全部为准双向口
    P4M0 |= 0x20;                   // P4.5 推挽输出（M1=0, M0=1），比较器输出观察脚
    P4M1 &= ~0x20;
    P4M0 &= ~0x40;                  // P4.6 高阻输入（M1=1, M0=0），比较器正端
    P4M1 |= 0x40;

    P5M0 = 0x00;  P5M1 = 0x00;      // P5 准双向口

    /* ---------- 定时器0 初始化：模式0，16位自动重载，1T ---------- */
    TMOD &= 0xf0;                   // 清 T0_M1/T0_M0/T0_C/T/T0_GATE
    TMOD |= 0x00;                   // 模式0：16位自动重载，GATE=0，C/T=0（定时）
    AUXR |= 0x80;                   // T0x12 = 1，定时器0 工作在 1T 模式
    TM0PS = TM0_PS;                 // 定时器0 时钟 = SYSclk / (TM0PS+1)
    TR0 = 0;                        // 定时器0 暂不启动
    ET0 = 1;                        // 使能定时器0 中断

    /* ---------- 比较器扩展配置 CMPEXCFG ---------- */
    CMPEXCFG = 0x00;                // 先清零
    CMPEXCFG |= 0x80;               // CHYS[1:0]=10：DC 迟滞 20mV，滤除噪音
    CMPEXCFG &= ~0x03;              // CMPPS[1:0]=00：P4.6 为 CMP+ 输入脚
    CMPEXCFG |= 0x04;               // CMPNS=1：内部 1.19V REFV 为 CMP- 输入脚

    /* ---------- 比较器控制寄存器 ---------- */
    CMPCR1 = 0x00;                  // 关闭比较器、清标志、禁止中断和输出
    CMPCR2 = 0x00;                  // INVCMPO=0 正向输出，DISFLT=0 使能0.1us模拟滤波
    CMPCR2 |= 0x10;                 // LCDTY[5:0]=0x10，经16个去抖时钟后输出
                                    // （实际滤波时间为 (n+2) 个系统时钟）
    P_SW2 &= ~0x08;                 // CMPO_S=0：比较器结果输出到 P4.5

    PIE = 1;                        // 使能比较器上升沿中断
    NIE = 1;                        // 使能比较器下降沿中断
    CMPOE = 1;                      // 使能比较器结果输出到 P4.5
                                    // 若 P4.5 不用作观察，改为 CMPOE = 0
    CMPEN = 1;                      // 使能比较器模块

    /* ---------- 中断优先级：比较器最高，定时器0 最低 ---------- */
    IP2H |= 0x20;  IP2 |= 0x20;     // PCMPH,PCMP = 11，比较器中断优先级 3 级（最高）
    IPH  &= ~0x02; IP  &= ~0x02;    // PT0H,PT0 = 00，定时器0 中断优先级 0 级（最低）

    EA = 1;                         // 打开总中断

    while (1)
    {
        if (zero_flag)              // 检测到过零点
        {
            zero_flag = 0;

            to0_step = 1;           // 进入"移相延时"阶段
            Timer0_LoadUS(PHASE_US);
            TR0 = 1;                // 启动定时器0，开始移相计时
        }
    }
}
复制代码

jrc***

我的看法是，
1直接接L不安全。
2p4.6过零输入端静态时在1.19v，在临界状态，容易干扰。

wul***

全波整流经限流电阻、钳位二极管接外部中断INT，由于下降沿触发中断的时间会超前过零点。通过示波器测出下降沿触发中断的时间与过零点的时间差，由外部中断启动定时器就可获得精准过零点。再以此增加延时移相触发可控硅调光。

jrc***

你的目的是调光，即调功率。
追求过零准确性意义不大。
过零点只影响设计的pwm占空比上限。
比如ac在30v时检测到过零，功率调整最大依然能达到90%左右。
追求在ac在 1v，2v，3v...等检测到，意义不大。
真要准确，先隔离后，再放大比较。

梁***

调光灯的过零检测基本都是不隔离的，也能很可靠的，可以用三极管，也可以不用，如果使用贴片电阻，220V输入一定是串联3个电阻（推荐0805封装），比如3个200K串联到三极管B极或IO（外部中断口），三极管B极或IO对地接一个nF电容。

丝瓜***

wul*** 发表于 2026-10-27 20:18
全波整流经限流电阻、钳位二极管接外部中断INT，由于下降沿触发中断的时间会超前过零点。通过示波器测出下 ...

本意是不想用全波整流，四个二极管或者桥堆占PCB不少面积了

丝瓜***

jrc*** 发表于 2026-10-27 20:50
你的目的是调光，即调功率。
追求过零准确性意义不大。
过零点只影响设计的pwm占空比上限。

功率调整差异点问题不大，主要考虑点是正半周或者负半周如果过零点不同，有可能个别LED会有闪烁的可能，这个是猜想，没实证。
用桥堆的话，正负半周都是相同的，能破除电源供电的畸形波和瞬态脉冲就基本没事了

jrc***

如果用可控硅控制LED，频闪比较明显。
LED适合使用恒流控制。

在15V到30V检测到过零，都是可以的。
如在AC30V导通，功率占比>99.9x%，见下图AI给的计算；
由此可知，AC30V以下导通，功率已经没有多大变化。
简单说，5V导通，与30V导通，区别不大。

网***

如果用光耦做精确过零检测,必须考虑光耦开关速度对过零点的影响.初级经过限流电阻和整流桥后再接光耦,如果脉宽很窄,
初级电压幅度,初级侧限流电阻大小,光耦电流传输比,光耦输出上拉电阻对输出波形有很大影响,很可能输出波形不再是方的,而是幅度更低的三角波,
更不好的是光耦的电流传输比是个一致性很大的参数,对温度也非常敏感,量产时很难保证过零信号稳定一致.
所以设计精密过零电路时候元件参数要留足够的余量.并且根据实际需求,增加合适的过零点补偿算法.

丝瓜***

网*** 发表于 2026-10-28 12:39
如果用光耦做精确过零检测,必须考虑光耦开关速度对过零点的影响.初级经过限流电阻和整流桥后再接光耦,如果 ...

也就是说，非隔离的更好处理？