【正文】 BSTRACT Electroplating has gone through until now in the last 200 years. In electronics, machinery, accessories, etc, electroplating has an irreplaceable role, and the quality of coating directly affects the protective, decorative and functional index. As one of the most important parts in electroplating, electroplating power supply, to a large extent,determines the quality of coating. And as we all know that he pulse power has brought a revolution into the electroplating technology. Pulse plating is now being widely used, because of its help to good quality, saving raw materials and environmental protection. Because of this, we will focus on the implementation and control of pulse power supply. Firstly,we introduce the working principle of pulse generator and control circuit. What we will discuss about in this article is the weak current part, and the core is digital controller design scheme. Digital single pulse power supply is more representative, because of its simplification and intuitive easiness to analysis and control, so we choose digital single pulse power as an entry point. And then we discuss its performance index and parameters deeply, according to which we put forward a scheme based on double CPU design of 8051 and 89C2051 single chip microputer. In the aspect of hardware system, we mainly solve the issue of input, display, control, pulse generating circuit design application and so on in the masterslave CPU. In the aspect of software system, timing interrupt bees the key to set in. Eventually we get driving signal which can drive the chopper circuit, so that we can attain the digital pulse signals for the application of electroplating. Key words: Electroplating。盡我 所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。本文在介紹了電鍍工藝的基本原理和改進(jìn)方法后，進(jìn)一步在電鍍電源上做足文章，描述了電鍍電源的發(fā)展歷程及其發(fā)展方向。 單片機由于其廉價性和數(shù)字控制等優(yōu)勢在電鍍工藝上的應(yīng)用是舉足輕重的。從系統(tǒng)的唯一目的即為產(chǎn)生我們所需要的驅(qū)動脈沖，為斬波電路提供信號 支持，從而能夠斬波得到具有多個參數(shù)的輸出脈沖信號。我們不僅要解決電鍍鍍層質(zhì)量的高要求，還要在低功耗、低污染等方面面臨著很大壓力。從早期的蓄電池組和直流發(fā)電機，到之后的曬整流器、硅整流器和可控硅電源設(shè)備，發(fā)展到現(xiàn)在出現(xiàn)了開關(guān)電源等新型直流電源設(shè)備。在研究和推廣上，數(shù)字脈沖電源采用數(shù)字控制，直觀簡單，是我們研究和應(yīng)用的焦點。它主要用于電 鍍金、銀、鎳、錫、合金，可以明顯改善鍍層的功能性；而用于防護(hù) 裝飾性電鍍（如裝飾金）時，可使鍍層色澤均勻一致，亮度好，耐蝕性強；脈沖電源用于貴金屬提純時，貴金屬的純度更高 [4]。因為脈沖電源波形特點，能搞有效地得到純度較高的鍍層，并且有效地節(jié)約了貴重金屬，帶來很大的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。而數(shù)字控制器恰恰是核心部分，而我們所要討論的弱電部分也是數(shù)字控制器部分。這就是主系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。其工作原理圖如圖 ： 圖 21 電鍍工作原理圖 把要 鍍上去的金屬（鍍層金屬）接在陽極，待鍍的金屬制品（鍍件）接在陰極，并且正負(fù)極以鍍上去的金屬的正離子組成的電解質(zhì)溶液相連，這就 5 5 構(gòu)成了電鍍的基本裝置。 但是目前電鍍技術(shù)仍存在某些缺陷，例如加工時間長、鍍層厚度均勻性差、鍍層容易出現(xiàn)缺陷以及存在較大的內(nèi)應(yīng)力等等。 電鍍電源是電鍍生產(chǎn)中的主要設(shè)備，可向鍍槽的陰陽兩極提供具有一定電壓、電流和頻率等符合工藝要求的輸出波形，保證不同鍍層的性能要求。目前 ，普遍采用的電鍍電源按波形可分為脈動直流電源、周期換向電源、單向脈沖電源、換向脈沖電源等，以滿足不同的電鍍工藝需求。脈沖電鍍不僅可以調(diào)節(jié)波形還可以調(diào)節(jié)參數(shù)。目前數(shù)字脈沖電源是最先進(jìn)的電鍍電源，也是電鍍電源的發(fā)展發(fā)向。 數(shù)字脈沖電源又分為雙脈沖電源和單脈沖電源 2種。首先，數(shù)字單脈沖電源輸出波形如圖 所示： ItO 圖 31 數(shù)字單脈沖電源輸出波形 8 8 經(jīng)過開關(guān)管后的直流信號在數(shù)字控制器的調(diào)制下得 到了我們所需要的數(shù)字單脈沖信號。電鍍應(yīng)用系統(tǒng)則包括鍍缸生產(chǎn)、輔助控制及保護(hù)、輸出調(diào)節(jié) 3個環(huán)節(jié) 分解后的數(shù)字脈沖電源原理示意圖如圖 33所示： 低 波 紋 直 流 源斬 波 系 統(tǒng)調(diào) 制 后 的 脈 沖電 源鍍 缸 產(chǎn) 生調(diào) 節(jié) 輸 出 系統(tǒng)輔 助 控 制 及保 護(hù)斬 波 控 制 系統(tǒng) 圖 33 數(shù)字脈沖電源原理示意圖 其中數(shù)字單脈沖的產(chǎn)生環(huán)節(jié)有底紋波直流源、斬波系統(tǒng)、斬波控制系統(tǒng)、脈沖電源 4個環(huán)節(jié)。其中可控硅整流器正被廣泛應(yīng)用，而開關(guān)電源則是電鍍電源的一次重大突破，其作為理想的直流源，應(yīng)用前景廣闊。 （ 4）斬波控制系統(tǒng)：包括頻率、占空比調(diào)節(jié)、電鍍時間等，決定了斬波電路能否得到我們所需的波形。如圖 34所示： 圖中所示參數(shù)： ont 是脈沖電流導(dǎo)通時間； oft 是脈沖電流斷電時間； ?T offon tt ? 是脈沖周期； J 是電流密度； pI 是電流峰值。根據(jù)頻率大小的不同可 以分為高頻 （ ≥5000Hz） 、中頻 （ 500~5000Hz） 和低頻 （ ≤500Hz） 3種類型 [9]。 直流電鍍中 ,鍍液中的金屬離子在陰極附近溶液中不斷被消耗 ,造成了陰極處被鍍金屬離子與溶液中被鍍金屬離子的濃度出現(xiàn)差值。因此脈沖電鍍導(dǎo)通期 ont 時間內(nèi)，峰值電流是直流電流（平均電流）的幾倍甚至幾十倍， 正是這個瞬時高電流密度使金屬離子在極高的過電位下還原 ,從而使沉積層晶粒變細(xì) 高電流密度促使晶體形成的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于晶體長大的速度 ,使鍍層結(jié)晶細(xì)化 ,排列緊密 ,孔隙減小，形成結(jié)晶細(xì)致均勻的鍍層 [9]。15% 輸出峰值電流 4~40A，連續(xù)可調(diào) 輸出峰值電壓 3~30V,連續(xù)可調(diào) 脈沖頻 率 1~10kHz，可調(diào) 脈沖占空比 0~100%，可調(diào) ont ~ oft ~ 電流電壓波形 脈沖 輸出顯示 電壓、電流同時 LED 數(shù)碼管顯示 工作方式 恒流 /恒壓任選 電鍍時間 t 鍵盤設(shè)定， 0~9999s 15 15 第四章 系統(tǒng) 方案設(shè)計 根據(jù)前幾章對數(shù)字單脈沖電源及其應(yīng)用原理的介紹，我們開始沿著第三章 的數(shù)字脈沖電源原理框圖來設(shè)計其核心部分 —— 數(shù)字控制器電路，來得到數(shù)字單脈沖的驅(qū)動信號。本系統(tǒng)采用了雙 CPU（主從 CPU）或稱為雙機通信的系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)。 要使用雙 CPU 系統(tǒng)方案就必須保證主從 CPU 兩者的協(xié)調(diào)與通信。 用 TTL 電平傳輸方法實現(xiàn)雙機通信的電路如圖 41所示： 圖 41 用 TTL 電平傳輸方法實現(xiàn)雙機通信的電路 TTL 電平 信號表示采用二進(jìn)制規(guī)定， +5V 等價于邏輯 “1”， 0V 等價于邏輯 “0”。在這里我們只討論弱電部分，即前 5部分。 PKEY 開關(guān)為暫停開關(guān)，通過 P12與單片機接口，暫停時通過 P11控制暫停指示燈 PAULED 發(fā)光指示。 X1和 X2連接晶體，來設(shè)置 8051的時鐘控制信號。下圖 52是 8051芯片引腳及功能介紹： 20 20 圖 52 8051芯片 X1和 X2: 時鐘引腳，外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成了 1個振蕩器，為 單片機提供時鐘控制信號； RESET: 復(fù)位信號輸入端，高電平有效； ALE/P: 輸出地址鎖存允許信號； RXD、 TXD: 分別為串行輸入口、串行輸出口； EA:高電平時，單片機訪問片內(nèi)程序存儲器； 21 21 (2) 看門狗電路 按照系統(tǒng)的設(shè)計要求及長期連續(xù)運行等實際情況 ,本系統(tǒng)的復(fù)位必須考慮三種情況 :上電復(fù)位、手動復(fù)位及看門狗定時器溢出復(fù)位?！翱撮T狗”技術(shù)就是使用一個計數(shù)器來不斷計數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運行?？撮T狗電路是計數(shù)器式定時電路，在 WDI 端輸入 1個脈沖 (TTL電平 )，定時器開始計數(shù)。這樣，當(dāng)系統(tǒng)失常、程序“跑飛”時，落入非正常區(qū)的握手信號始終無效，此時主系統(tǒng)的串行查詢程序反復(fù)查詢，使得喂狗型號 WDI 無法及 時送出，從而引起看門狗定時器溢出復(fù)位。外接 4線 16線譯碼器 24 24 4514， 譯碼器輸出 16中取 1的掃描信號。共 12個數(shù)碼管，因而符合 8279的設(shè)計能力（物理上可以管理 42 =16個數(shù)碼管）。這樣數(shù)碼管的每個數(shù)碼管的共陰極通過 4514譯碼器與 8279相接； 8279的 SL0~SL3經(jīng) 4514譯碼輸出，經(jīng)反向驅(qū)動器驅(qū)動后， DG1~DG12接顯示器的各位的公共陰極，進(jìn)行逐位掃描顯示。 ont 和 oft 參數(shù)在運行中始終顯示，而參數(shù) t 則以秒為單位倒計時顯示，到 0時結(jié)束運行?？捎糜诖鎯ζ鞯臄U展。由于 4514的選擇信號輸出為高電平，而數(shù)碼管采用的是共陰極數(shù)碼管，所以要首先將高電平信號進(jìn)行反向處理，才能進(jìn)行片選 [15]。按鍵電路設(shè)計圖如圖 512所示： 圖 512 按鍵電路設(shè)計圖 (1)數(shù)字鍵 0~9：用來設(shè)置參數(shù)。 因為 offontt , 范圍是 ~，所以 ON,OFF 兩個參數(shù)采用定點數(shù)， 小數(shù)點位置固定不變 ，小數(shù)位為 1位。暫停鍵為單獨建 PKEY，Start 鍵為矩陣按鍵。中斷服務(wù)程序的總執(zhí)行時間必須小于 ；否則，會引起定時失常，出現(xiàn)比較大的脈沖頻率誤差，甚至不能正常工作。當(dāng) M1+為低電平時，光耦 截止，中功率三極管 BG2截止， MZ11與 MZ15間無信號輸出；當(dāng) M1+為高電平時，則光耦導(dǎo)通， BG2導(dǎo)通，則 MZ11與 MZ15間的電平信號約為 16V，能滿足斬波電路驅(qū)動信號的要求。當(dāng)光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光時光 37 37 電晶體管受光的影響在 cb 和 ce 間有 電流流過，這兩個電流基本上受光的照度控制，常用 ce 極間的電流作為輸出電流 [14]。只有 3條引腳輸出，分別是輸入端、輸出端和接地端。 39 39 第六章 軟件設(shè)計 如前幾章所示，采用雙 CPU 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后，可以使 2個 CPU 各司其職，并且是軟件設(shè)計的難度也大大降低。 ② 串行通信模塊 :向從系統(tǒng)發(fā)送編輯好的 ont , oft 及 t 等參數(shù)。主程序模塊的程序框圖如圖 62所示： 從系統(tǒng)的關(guān)鍵是 定時問題。例如，從系統(tǒng)的 T1 終端服務(wù)程序執(zhí)行時間從程序清單中可以計算得到，約為 50M（即 50 s? ），沒有超過 。 44 44 結(jié) 論 本文主要研究了脈沖電源在電鍍