Os microcontroladores da série Z8 são bastante tradicionais, tendo passado por uma evolução que permite que eles sejam usados, em suas novas versões, na criação de produtos bastante competitivos.
No caso, baseados em Application Note da própria Zilog (www.zilog.com) descrevemos o desenvolvimento de um dimmer para lâmpadas incandescentes e outras cargas resistivos baseado no Z8 Encore! XP um microcontrolador de 8 pinos bastante versátil.
O circuito pode ser usado na rede de 230 V/50 Hz e 110V/60 Hz e o controle do brilho da lâmpada incandescente é feito através de um potenciômetro comum. O circuito conta com recursos de isolamento óptico para maior segurança do usuário. O código-fonte para essa aplicação pode ser obtido na biblioteca da própria Zilog no site já indicado.
A série Z8 Encore! XP 4K é uma expansão da linha da Zilog para microcontroladores de 8 bits os quais possuem a capacidade de programa da memória flash no próprio circuito o que leva ao desenvolvimento de projetos mais rapidamente. Também deve ser destacada a alta performance registro-a-registro baseada na arquitetura dos cernes da Zilog eZ8 que mantém uma compatibilidade decrescente com outros microcontroladores da série eZ8.
Esses microcontroladores combinam um cerne de 20 MHz com memória flash registro linear SRAM e uma grande quantidade de periféricos. Os periféricos possibilitam o desenvolvimento de muitas aplicações práticas como controles de motores, sistemas de segurança, equipamentos de uso pessoal, de consumo, sensores, etc.
O princípio de operação desse dimmer já é bem conhecido da maioria dos leitores familiarizados com os controles de potência para circuitos de corrente alternada. O que o circuito faz é determinar o instante de disparo de um tiristor em determinado instante do semiciclo da corrente alternada. Dessa forma, conforme o ângulo de condução podemos dosar a potência aplicada a uma carga, conforme mostra a figura 1.
Maior o ângulo de disparo, menor será a potência aplicada à carga. Com essa técnica é possível obter um controle de potência que praticamente varre a faixa de 0 a 100%.
No projeto descrito o potenciômetro informa ao microcontrolador o ponto de disparo no semiciclo da tensão da rede, conforme a potência desejada. O microcontrolador processa essa informação, lê a tensão da rede e determina o instante exato do disparo.Na figura 2 temos um diagrama de blocos do circuito desenvolvido para essa aplicação.
Conforme podemos ver pela figura, o circuito possui quatro blocos básicos.
O setor de alimentação é formado por uma rede RC e um diodo zener que reduzem a tensão da rede de modo a fornecer 12 V para alimentação do circuito. Existem ainda dois diodos que proporcionam uma tensão adicional de 1,4 V e ainda um regulador que fornece 3,3 V para a alimentação do microcontrolador. O capacitor C2 tem 0,6 µF para a rede de 110 V e deve ser de 470 nF para a rede de 230 V/50 Hz.
O outro bloco do circuito consiste no opto-isolador para disparo do Triac, sendo usado para essa aplicação o MOC3021, ligado diretamente ao pino de saída OPIO (Saída/Entrada de Uso Geral) do microcontrolador. Um circuito snubber é usado para evitar o disparo errático do Triac.
O bloco de controle é formado por um potenciômetro e uma chave. O potenciômetro é utilizado para controlar o brilho da lâmpada sendo ligado à referência interna de tensão do MCU a qual é usada pelo conversor analógico-digital. Essa tensão está disponível no pino Vref do microcontrolador.
A tensão no potenciômetro é lida pela Rotina de Interrupção de serviço do ADC que fornece em sua saída a informação usada pela tabela de programação para encontrar o tempo de disparo no semiciclo. O valor de recarga lido nessa tabela determina o ângulo de disparo do Triac e conseqüentemente a intensidade do brilho da lâmpada. O valor do timer é armazenado no comparador ISR.
O próximo bloco é o que reduz a tensão da rede para alimentação do MCU. A tensão da rede é reduzida, retificada e levada à entrada não inversora do comparador no Z8 Encore! XP. O comparador é configurado para gerar uma interrupção se a tensão na entrada não inversora for maior que a determinada pela referência interna (0,4 V).
A referência interna forma a entrada inversora do comparador (CINN). O timer é inicializado no comparador a cada 0,5 ms e a contagem é incrementada no Timer0 ISR. A freqüência da rede é determinada pela captura do valor desse contador entre dois pontos de passagem por zero.
Na passagem por zero (comparador ISR) o timer é inicializado com o novo valor recarregado e quando o tempo termina, o Triac é disparado. Assim, tanto maior a intensidade do brilho desejado, menor será o valor carregado no timer, fornecendo assim um ângulo de condução maior.
O valor recarregado do timer é proporcional à tensão no potenciômetro sendo atualizada no comparador iSR, possibilitando assim a variação do brilho da lâmpada.
A tensão no potenciômetro, que controla a intensidade do brilho da lâmpada, é lida pelo ADC. Para cada 0,24 V na entrada do ADC o ângulo de condução é alterado, pois uma alteração de 0,24 V correspondente a um bit. Como o dispositivo trabalha com três bits para esse controle, temos sete valores possíveis de ângulos de fase a serem alterados.
Assim, a faixa de controle desse circuito vai, na verdade de 30% a 90% que são os valores armazenados na tabela que vai ser utilizada pelo circuito de disparo na determinação do ponto em que isso deve ocorrer.
O microcontrolador Z8 Encore! XP de 8 pinos fornece uma grande flexibilidade para o projeto de dimmers, já que contém todos os recursos necessário a isso como o comparador, timers com capacidade PWM e ADC.
O tamanho reduzido com poucos pinos, possibilita a realização de projetos compactos. A aplicação descrita se destina a cargas ôhmicas apenas. Para cargas indutivas ou outros tipos de cargas são necessárias modificações no hardware e poucas alterações no software.
