【正文】 □ 及格 □ 不及格三、論文（設(shè)計(jì)）水平論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格評(píng)定成績(jī)：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格（在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫“√”）教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （簽名）年 月 日教學(xué)系意見：系主任： （簽名）年 月 日目 錄摘 要 IABSTRACT II1緒論 1 1 1 32電鍍數(shù)字脈沖電源的總體方案設(shè)計(jì) 4 4 4 從系統(tǒng)通信方式的方案設(shè)計(jì) 53電鍍數(shù)字脈沖電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn) 方案確定 7 7 9 9 9 12 14 14 14 17 18 21 21 22 234總結(jié) 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄 3033電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計(jì)1 緒論 引言隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，電子技術(shù)在生產(chǎn)生活中應(yīng)用的越來越多，在社會(huì)生活中扮演日益重要的角色其中電鍍產(chǎn)品就十分突出。因此，我們希望能改進(jìn)電鍍技術(shù)，從而提高電鍍制品的質(zhì)量。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r我國(guó)開關(guān)式電鍍電源技術(shù)已有突破性發(fā)展，在中小型功率領(lǐng)域已進(jìn)入推廣應(yīng)用的階段。為了適應(yīng)我國(guó)制造業(yè)的迅速發(fā)展和成為世界制造中心的需求，進(jìn)一步加強(qiáng)電鍍電源的高頻高效化，數(shù)字化智能控制綠色可靠的工作并解決相關(guān)問題，對(duì)推動(dòng)開關(guān)式電鍍電源的持續(xù)發(fā)展是很有必要的。（2）硅整流階段 是直流發(fā)電機(jī)的換代產(chǎn)品， 技術(shù)十分成熟，但效率低，體積大，控制不方便。（3）可控硅整流階段：是目前替代硅整流電源的主流電源，具有效率高、體積小、調(diào)控方便等特點(diǎn)。（4）晶體管開關(guān)電源即脈沖電源階段：脈沖電鍍電源是當(dāng)今最為先進(jìn)的電鍍電源，它的出現(xiàn)是電鍍電源的一次革命。脈沖電鍍電源是發(fā)展的方向，現(xiàn)已開始在企業(yè)中使用早期使用的電鍍電源是直流發(fā)電機(jī)組，隨后出現(xiàn)了硒堆整流器，均因體積大、噪聲大，成本及能耗高等原因，被硅整流電源所替代。但晶閘管電鍍電源在小電流情況下容易使網(wǎng)側(cè)及負(fù)載上的諧波嚴(yán)重，引起電網(wǎng)的波形畸變，從而形成電網(wǎng)“公害”，在電網(wǎng)中需要增加必要的防范措施。以MOSFET和IGBT為功率器件的整流器工作頻率可提高至20～50kHz，所以該類整流器又稱為高頻開關(guān)電源。由于采用的是高頻率開關(guān)工作模式，所以變壓器的體積和器件的功耗大大降低，功率因數(shù)和運(yùn)行效率大大提高，是目前電鍍電源的發(fā)展方向。目前正在研制的大功率智能功率模塊(IPM)，是將電力電子器件和驅(qū)動(dòng)、保護(hù)、控制電路集成到一起，從而提高了系統(tǒng)的可靠性與可維護(hù)性，進(jìn)一步降低成本與能耗，必將不斷應(yīng)用至電鍍電源中。目前，普遍采用的電鍍電源按波形可分為脈動(dòng)直流電源、平滑直流電源、周期換向電源、單向脈沖電源、換向脈沖電源、直流疊加脈沖及智能化多波形電源等，以滿足不同電鍍工藝需要。常用電鍍電源簡(jiǎn)介：(1)硅整流電源 硅整流電源降壓變壓器一次側(cè)采用調(diào)壓器調(diào)壓，二次側(cè)采用二極管整流。小容量電源采用干式接觸式調(diào)壓器調(diào)壓，容量較大時(shí)采用油浸感應(yīng)式調(diào)壓器調(diào)壓。由于采用交流調(diào)壓器調(diào)壓，所以輸出波形為脈動(dòng)連續(xù)直流，該類電源因效率低、體積大、成本高及自動(dòng)控制難以實(shí)現(xiàn)等缺點(diǎn)，在電鍍領(lǐng)域中應(yīng)用受到限制，屬于淘汰產(chǎn)品。在容量較大時(shí)采取晶閘管交流側(cè)移相調(diào)壓，再經(jīng)隔離變壓器降壓和二極管整流后獲取直流電壓。目前整流變壓器大多采用三相五柱芯式節(jié)能型變壓器，它與六相雙反星帶平衡電抗器的整流方式相比，可以省去平衡電抗器，達(dá)到降低成本、提高效率的目的。 晶閘管整流器一般具有穩(wěn)壓、穩(wěn)流、軟啟動(dòng)等功能，可靈活應(yīng)用于生產(chǎn)線中。(3)高頻開關(guān)電鍍電源 高頻開關(guān)電源自從20世紀(jì)90年代開始在電鍍領(lǐng)域使用，現(xiàn)已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段。通過近幾年的運(yùn)行檢驗(yàn)，其穩(wěn)定性、輸出波形和控制方面已能夠滿足生產(chǎn)的需要，現(xiàn)正在向5000～10000A，甚至更大容量擴(kuò)展，有望在大多電鍍領(lǐng)域中取代晶閘管整流器。 本文主要研究工作本課題圍繞單片機(jī)為核心，完成監(jiān)控電路和鍵盤輸入、狀態(tài)顯示等硬件電路的設(shè)計(jì)。電源電路在正常導(dǎo)通時(shí)能夠輸出可調(diào)電壓，當(dāng)控制電路給電源電路開關(guān)脈沖時(shí)，電源電路根據(jù)開關(guān)管的導(dǎo)通情況形成脈沖直流電源。同時(shí)考慮到系統(tǒng)顯示及按鍵處理的因素，本系統(tǒng)采用了雙 CPU 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)。數(shù)字控制系統(tǒng)的原理圖如圖21所示?？撮T狗電路利用MAX813L作為控制芯片，使用其經(jīng)典電路做到上電自動(dòng)復(fù)位和電路監(jiān)控的功能，同時(shí)設(shè)計(jì)了一些外圍電路，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位功能。矩陣式鍵盤可以有效的節(jié)省I/O口。 從系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)從系統(tǒng)是基于AT89C2051的控制電路，由從系統(tǒng)單片機(jī)定時(shí)器提供定時(shí)，向電源電路發(fā)送一個(gè)脈沖，控制電路的通斷，使電源電路的輸出由直流變?yōu)橹绷髅}沖。電源電路是一個(gè)將交流電轉(zhuǎn)換為脈沖直流的電路，首先交流電源經(jīng)過變壓器轉(zhuǎn)換為28V的交流電源，再經(jīng)過整流橋整流后輸出直流，通過開關(guān)管控制直流電源的通斷而達(dá)到輸出脈沖直流的效果。1）雙口 RAM 方式使用一個(gè) CPU 有時(shí)會(huì)導(dǎo)致軟件編寫復(fù)雜，尤其是當(dāng)多個(gè)外圍芯片發(fā)生中斷請(qǐng)求時(shí)，容易造成數(shù)據(jù)處理的延誤。作為 2 個(gè) CPU 交換信息的媒介，主 CPU和從 CPU 均可通過與雙口 RAM 相連的總線對(duì)雙口 RAM 進(jìn)行讀/寫。這種方式的實(shí)現(xiàn)原理可用圖22表示。這種方式是以犧牲并行接口為代價(jià)的。在并行接口緊張的應(yīng)用場(chǎng)合，需要權(quán)衡。P1CPU1P34P35P1CPU2P34P35圖23 并行通信方式3) 串行通信方式串行通信方式，即主、從 CPU 之間通過串行接口或模擬串行接口進(jìn)行協(xié)調(diào)和交流。適合于本次設(shè)計(jì)的需要。雙口RAM方式硬件電路簡(jiǎn)單，但成本較高，并行通信方式通信速度快，卻是以犧牲I/O口為代價(jià)，不適合本次設(shè)計(jì)的要求，串行通信方式雖然通信速度稍慢，但硬件電路簡(jiǎn)單，軟件實(shí)現(xiàn)也很方便，適合本次設(shè)計(jì)的需要，兩CPU通過RXD,TXD交叉連接完成串口通信。同時(shí)考慮到系統(tǒng)顯示及按鍵處理的因素，本系統(tǒng)采用了雙 CPU 系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)。 主CPU的選擇、方案確定 AT89C51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能主CPU系統(tǒng)主要管理顯示電路、按鍵電路、運(yùn)行狀態(tài)控制及向從CPU系統(tǒng)發(fā)送脈沖參數(shù)等，核心是AT89C51單片機(jī)。主、從CPU系統(tǒng)的握手信號(hào)為R/P，SCOMM。本次設(shè)計(jì)使用AT89C51單片機(jī)作為主系統(tǒng)芯片，AT89C51單片機(jī)芯片內(nèi)部的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖31所示。在CPU里面包含了運(yùn)算器、控制器以及若干寄存器等部件組成。是一個(gè)多用多功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。因此稱之為程序存儲(chǔ)器，地址范圍為0000H～FFFFH（64KB）。e）并行I/O口MCS51共有4個(gè)8位的I/O口（P0、PPP3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。h）時(shí)鐘電路i）位處理器8051是標(biāo)準(zhǔn)的40引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列參照下圖32。c)PSEN 外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)在讀外部ROM時(shí)PSEN有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作。e)RST 復(fù)位信號(hào)當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即位有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。g)Vss 地線h)Vcc +5V電源 引腳的分配AT89C51作為中央控制芯片，P0口作為液晶顯示的數(shù)據(jù)線，用于顯示電路，P2口作為按鍵控制電路的行線和列線，P1口作為一般雙向I/O口使用，、其他P3口作為一般雙向I/O口使用。 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)數(shù)碼管采用小型超高亮共陰數(shù)碼管。ton, toff參數(shù)在運(yùn)行中始終顯示，而T參數(shù)則以秒為單位倒計(jì)時(shí)顯示，到0時(shí)結(jié)束運(yùn)行。由于顯示電路的需要，本次設(shè)計(jì)中共用到3組，每組四個(gè)的數(shù)碼管，因單片機(jī)上I/O口有限，利用一個(gè)8279對(duì)I/O口進(jìn)行擴(kuò)展。它既具有按鍵處理功能，又具有自動(dòng)顯示功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。該芯片能自動(dòng)消抖并具有雙鍵鎖定保護(hù)功能。數(shù)據(jù)線DB0DB7 是雙向三態(tài)數(shù)據(jù)總線，在接口電路中與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，用以傳送CPU和 8279 之間的數(shù)據(jù)和命令。控制線CLK：8279 的時(shí)鐘輸入線。/RD、/WR：讀、寫輸入控制線。RL0RL7：回復(fù)輸入線，它們是鍵盤或傳感器矩陣的信號(hào)輸入線。在傳感器方式和選通方式中，該引腳無用。鍵盤方式時(shí)，鍵盤數(shù)據(jù)最高位（D7）的信號(hào)輸入到該引腳，以擴(kuò)充鍵功能；選通方式時(shí)，當(dāng)該引腳信號(hào)上升沿到時(shí)，把 RL0RL7 的數(shù)據(jù)存入 FIFO RAM 中。OUTB0OUTB3：通常作為顯示信號(hào)的低 4 位輸出線。當(dāng)/BD=0 時(shí)將顯示全熄滅。3）MC1413MC1413高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反相輸出器，又七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。MC1413工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。AT89C51單片機(jī)的I/O口經(jīng)過8279的擴(kuò)展后，使用SL0~SL3四條線作為數(shù)碼管的控制線，經(jīng)過4514的譯碼后分配到數(shù)碼管中，負(fù)責(zé)位選。以此來達(dá)到單片機(jī)控制數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)的目的，單片機(jī)的顯示電路如下圖33,34,35所示。其中字段顯示與LED顯示相似，只要送對(duì)應(yīng)的信號(hào)到相應(yīng)的管腳就能顯示。系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。LCD1602可以顯示2行16個(gè)漢字。R/W：讀寫控制線，R/W=0寫操作；R/W=1讀操作。 K：背光控制地。DB0～DB7：數(shù)據(jù)線，可以用8位連接，也可以只用高4位連接，節(jié)約單片機(jī)資源。 VO：亮度控制端（15V）。VSS VDD VO RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A KLCD 模 塊1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16圖36 LCD引腳排布2）LCD有四種操作RSR/W操作00寫命令操作(初始化，光標(biāo)定位等)01讀狀態(tài)操作(讀忙標(biāo)志位)10寫數(shù)據(jù)操作(要顯示內(nèi)容)11讀數(shù)據(jù)操作(可以把顯示存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)反讀出來)3）LCD的顯示流程1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。圖37 單片機(jī)與LCD1602的連接電路圖 顯示電路的選擇由本次設(shè)計(jì)可以看出，數(shù)碼管顯示和液晶顯示均能實(shí)現(xiàn)所要求的功能，兩者相比較而言，液晶顯示電路簡(jiǎn)單，但是造價(jià)高，軟件編程復(fù)雜；數(shù)碼管顯示電路造價(jià)低，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但硬件電路復(fù)雜，而且由于顯示的內(nèi)容太多，用到12個(gè)數(shù)碼管，會(huì)導(dǎo)致硬件電路體積很大。 按鍵電路設(shè)計(jì) 按鍵電路的原理鍵盤是由按鍵構(gòu)成，是單片機(jī)系統(tǒng)里最常用的輸入設(shè)備。1）按鍵及鍵抖動(dòng) 按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)。如圖38所示，平常狀態(tài)下，當(dāng)按鍵K未被按下時(shí)，按鍵斷開，PA0輸入口的電平為高電平；當(dāng)按鍵K被按下時(shí)，按鍵閉合，PA0輸入口的電平為低電平。按鍵按下的電壓信號(hào)波形圖如圖所示，從圖中可以看出按鍵按下和松開的時(shí)候都存在著抖動(dòng)。如果不處理鍵抖動(dòng)，則有可能引起一次按鍵被誤讀成多次，所以為了確保能夠正確地讀到按鍵，必須去除鍵抖動(dòng)，確保在按鍵的穩(wěn)定閉合和穩(wěn)定斷開的時(shí)候來判斷按鍵狀態(tài)，判斷后再做處理。由于使用硬件方法