过零检测器ZCD 是通用单片机里唯一可以直接处理(高压)AC 交流信号的外设。很多Microchip PIC 单片机都有这一外设。新的AVR 芯片(AVR DA系列)也开始配备有ZCD 外设了。
既然ZCD测量的是AC交流信号,它需要有能力对负电压进行处理。一般来讲MCU的管脚都不允许负电压输入的;如果要输入,必须先将信号做正向偏置,保证信号的电压始终为正,才能输入。但ZCD的管脚是例外,允许负电压通过一个串联电阻接入进来。有很多交流信号里面,其实是含有直流的成分。这种情况下,可以采用串联电容的方法,利用电容的隔直通交特性,把直流成分过滤掉。这样就能得到一个以0V为中心,正负幅度交替的纯交流信号。这种交流信号因为有负压,所以不能使用普通的比较器来直接进行测量。ZCD是应对这种情况的一个实用且强大的的工具。每次信号越过0电压,无论从负到正,还是从正到负,都能检测出来。
ZCD的另一个特点是支持高压AC信号,如市电220V/AC。当接入高压的时候,输入AC信号和MCU管脚之间的电阻,需要仔细进行计算。这个电阻主要起到限流的作用。ZCD内部有两个恒流源,最大允许的电路位300uA。也就是说,串联电阻需要保证,在AC信号幅度达到正/负峰值的时候,ZCD管脚的流入/流出电流不超过300uA。找到过零点时刻,对于高压交流应用系统中是至关重要的。过零点可以看做是周期信号中一个周期的起始点,也是一周期内能量或功率变化的起点。在过零点对信号实施控制操作,在很多情况下,是最低代价和最低风险的明智选择。AVR DA系列里,64 PIN封装的每一芯片里有三个ZCD模块,可以一颗芯片测量出三相交流电各个相电压的过零点。
ZCD是CIP(内核独立外设),可以配合其他外设,实现更多的功能。下面是两个具体的例子,包括实现框图和源码。
1. AC信号频率测量
2. 产生半桥控制信号
关于ZCD更多的内容参见相关器件的数据手册,应用笔记,或网上资料。
ZCD应用笔记
使用MCC学习PIC单片机 – ZCD 过零检测器
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