【正文】 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。最終我們通過(guò)斬波用脈沖驅(qū)動(dòng)電路得到我們所需的脈沖電源信號(hào)。之后深入討論了數(shù)字單脈沖電源的性能指標(biāo)和參數(shù)，并據(jù)此提出了基于8051和89C2051單片機(jī)的雙CPU設(shè)計(jì)方案。其中本文所要研究的是其中的弱電部分，核心是數(shù)字控制器的設(shè)計(jì)方案。為此我們將重點(diǎn)討論脈沖電源的實(shí)現(xiàn)及控制。其中脈沖電源在電鍍技術(shù)中帶來(lái)了一場(chǎng)革命。摘 要電鍍?cè)?00多年的歷史中走到今天，在電子、機(jī)械、裝飾品等方面有著不可替代的作用，而鍍層質(zhì)量直接影響到其防護(hù)、裝飾、功能性等指標(biāo)的高低。電鍍電源則作為電鍍的核心部件之一，很大程度上決定了鍍層質(zhì)量。脈沖電鍍具有鍍件質(zhì)量好,節(jié)約原材料及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。首先我們介紹了脈沖電源的工作原理及其控制電路。數(shù)字單脈沖電源因其簡(jiǎn)單直觀、易于分析和控制，更具有代表性，因而我們選定數(shù)字單脈沖電源作為切入點(diǎn)。在硬件系統(tǒng)方面我們主要從主從CPU方面解決了輸入、顯示、控制、脈沖產(chǎn)生等方面設(shè)計(jì)應(yīng)用電路。同時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)。 Pulsed power supply。Double CPU system畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。而脈沖電源在波形控制、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益等方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)今的研究焦點(diǎn)和發(fā)展方向。脈沖電源利用數(shù)字控制器控制斬波電路以得到不同波形的脈沖輸出信號(hào)作為電鍍用的電流，得到了廣泛的應(yīng)用和極大的重視。并且其參數(shù)在很大程度上決定了電鍍的工藝質(zhì)量，因而根據(jù)這些參數(shù)和我們的需要，我們?cè)O(shè)計(jì)了一套以數(shù)字控制器為核心的方案。我們基于8051和89C2051單片機(jī)設(shè)計(jì)了主從雙CPU系統(tǒng)，以達(dá)到簡(jiǎn)化電路、簡(jiǎn)單控制和簡(jiǎn)化程序的目的。硬件上，8051單片機(jī)用來(lái)控制按鍵輸入、數(shù)碼管顯示、運(yùn)行操作等，并且為以89C2051單片機(jī)為核心的從系統(tǒng)提供參數(shù)支持。電鍍是對(duì)基體表面進(jìn)行裝飾、防護(hù)并獲得某些特殊性能的一種表面工程技術(shù)，有著悠久的歷史。科技的進(jìn)步，尤其是人們對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重新審視，使得新型電鍍產(chǎn)業(yè)的形成已經(jīng)是迫在眉睫。但其在工業(yè)、生活等方面的重要地位卻是無(wú)法取代的。電鍍電源作為電鍍中的核心部件，也得到了充分的發(fā)展。在供電方式上，以前多采用直流電，現(xiàn)在為提高鍍層質(zhì)量，常采用周期換向電流、交直流疊加和脈沖電源等[2]。由此我們可以看出電鍍電源的整體趨勢(shì)則是低能耗、無(wú)電網(wǎng)污染、高可靠、小體積、高性能和多功能[3]。 研究目的及意義在電鍍工業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中，人們廣泛采用改進(jìn)電鍍電源的方法來(lái)提高電鍍的性能。通過(guò)推廣脈沖電源，將促成電鍍工業(yè)的一場(chǎng)革命。這說(shuō)明脈沖電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的電鍍電源，是電鍍電源的發(fā)展方向。脈沖電源不僅在功能上有著突出的優(yōu)勢(shì)，在環(huán)保、效率等方面也是相當(dāng)有效的一種電源方式。 研究?jī)?nèi)容本文主要集中在脈沖電源的討論與研究，并以數(shù)字單脈沖電源作為切入點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)上，數(shù)字脈沖電源主要由供電電源、數(shù)字控制器、開關(guān)管和負(fù)載構(gòu)成[5]。由此我們?cè)跇?gòu)建一個(gè)可以控制大功率開關(guān)管的斬波控制系統(tǒng)，以設(shè)置我們所需要的參數(shù)，并將得到的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制斬波電路，即可得到電鍍所需的脈沖信號(hào)輸出。一個(gè)完整、可實(shí)施的系統(tǒng)同時(shí)需要輸入電路和顯示電路，并且需要必要的控制設(shè)備。從系統(tǒng)則是通過(guò)產(chǎn)生經(jīng)過(guò)設(shè)置參數(shù)的脈沖，并經(jīng)過(guò)光電隔離和放大后，就是我們所能得到的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。第2章 電鍍與脈沖電源 電鍍?cè)砑案倪M(jìn)方法電鍍采用電化學(xué)的方法（電解原理）使金屬離子還原為金屬,并在金屬或非金屬制品表面形成符合要求的平滑、致密的金屬覆蓋層（金屬或合金，如鋅、鎘、金或銅等），以達(dá)到防護(hù)性、功能性、裝飾性等目的[6]。在陰極，金屬離子Mn+從陰極上獲得n個(gè)電子，還原成金屬M(fèi)。這就是電鍍鍍層的實(shí)現(xiàn)過(guò)程[6]。這就不能滿足時(shí)代的需求，例如很多精密制造的需要?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中電鍍電源成為人們廣泛關(guān)注和改善的焦點(diǎn)[6]。隨著技術(shù)的進(jìn)步與成熟，改進(jìn)電鍍電源既能提高有效控制電鍍進(jìn)程，又能改善鍍層的物理化學(xué)特性，可謂一舉兩得。 脈沖電源及其特性 隨著電鍍工藝的迅速發(fā)展，新的電鍍工藝從波形、頻率、自動(dòng)控制、綜合功能等方面對(duì)電鍍電源提出了更高的要求。 脈沖電源信號(hào)是直流調(diào)制的結(jié)果，是一種通、斷或起、伏的直流電源信號(hào)。脈沖電源電流波形有方波、正弦半波、鋸齒波、等多種形式，一般鍍單金屬以方波脈沖（數(shù)字單脈沖）電流波為好[7]。傳統(tǒng)的直流電源信號(hào)只有一個(gè)參數(shù)，不能達(dá)到生產(chǎn)中各種電鍍指標(biāo)要求。 脈沖電源在類型上包括數(shù)字脈沖電源和模擬脈沖電源。因?yàn)閿?shù)字脈沖電源驅(qū)動(dòng)波形規(guī)整，對(duì)提高電鍍質(zhì)量十分有利；并且采用數(shù)字調(diào)控，直觀簡(jiǎn)單；波形調(diào)節(jié)范圍寬；溫度漂移系數(shù)小，能長(zhǎng)期穩(wěn)定連續(xù)運(yùn)行[7]。為此我們將又?jǐn)?shù)字脈沖電源作為切入點(diǎn)。雙脈沖電源信號(hào)雖然更有利于電鍍質(zhì)量的提高，但是相比較而言，在要求不是很高且分析簡(jiǎn)單的情況下，單脈沖信號(hào)作為最基本的脈沖形式，在波形、控制等方面更是易于獲得和實(shí)現(xiàn)，成為實(shí)驗(yàn)研究及實(shí)際生產(chǎn)的得力助手。第3章 數(shù)字單脈沖電源的性能分析及設(shè)計(jì)要求 數(shù)字單脈沖電源數(shù)字單脈沖是電流方向不隨時(shí)間改變的方波脈沖，我們之后將要討論的就是如何得到該種脈沖波用于電鍍。數(shù)字控制器部分是本系統(tǒng)的核心部分，也是我們研究的對(duì)象。根據(jù)定義得到數(shù)字單脈沖電源的原理示意圖如圖32所示：圖 32 數(shù)字單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(gè)環(huán)節(jié)。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(gè)環(huán)節(jié)。（1）低紋波直流源（作為電鍍電源）：發(fā)展歷程為直流電機(jī)、硅整流器、可控硅整流器、開關(guān)電源4個(gè)發(fā)展階段。（2）斬波系統(tǒng)：原來(lái)一條直線的電源,被線路斬成了一塊一塊的脈沖。（3）輔助控制及保護(hù)系統(tǒng)：主要包括溫控系統(tǒng)以及短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)等。這也正是我們本文所要解決的問(wèn)題。通過(guò)下面所示的脈沖波形圖，我們可以看出數(shù)字單脈沖電源有3個(gè)獨(dú)立的參數(shù)：脈沖電流密度、導(dǎo)通時(shí)間、關(guān)斷時(shí)間。如圖34所示：圖 34 數(shù)字單脈沖波形由此我們可以推導(dǎo)出以下參數(shù)：脈沖占空比（導(dǎo)通時(shí)間占周期T的百分比）為 (1)脈沖頻率： (2)電流密度、電流峰值和占空比三者之間的關(guān)系：。在實(shí)際生產(chǎn)中，頻率是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。高頻和低頻都會(huì)影響電鍍效果，因而在實(shí)際生產(chǎn)中多采用中頻脈沖電源。 脈沖電源電鍍（脈沖電鍍）的工作原理在這里我們通過(guò)直流電鍍和脈沖電鍍的比較來(lái)說(shuō)明脈沖電鍍的基本原理。這種差別隨著電流密度的增大而加大，當(dāng)陰極附近液溶液中的金屬離子濃度降到0時(shí),就達(dá)到了極限電流密度,傳質(zhì)過(guò)程完全受到擴(kuò)散控制。脈沖電鍍中,由于關(guān)斷期的存在,陰極附近被消耗的金屬離子可以利用這段時(shí)間進(jìn)行擴(kuò)散、補(bǔ)充，使金屬離子濃度提升進(jìn)而為導(dǎo)通期的快速消耗做準(zhǔn)備；當(dāng)下一導(dǎo)通期到來(lái)時(shí),陰極附近的金屬離子濃度得到恢復(fù),因而可以使用較高的電流密度。每個(gè)周期循環(huán)如此，構(gòu)成了脈沖電鍍的原理及過(guò)程。 設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求通過(guò)以下性能指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)，：表 系統(tǒng)性能指標(biāo)供電電源三相,50Hz,380V177。但是首先要解決本電路系統(tǒng)中的核心問(wèn)題——定時(shí)，即:? 電鍍時(shí)間t的定時(shí)；? 驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的脈沖定時(shí)。同時(shí)一個(gè)完整的應(yīng)用系統(tǒng)需要包含及時(shí)控制和顯示裝置，即系統(tǒng)狀態(tài)顯示及按鍵操作等。各自的任務(wù)分別是：主系統(tǒng)負(fù)責(zé)顯示按鍵管理、電鍍時(shí)間控制、顯示電路控制、暫?？刂?、報(bào)警控制、復(fù)位控制等；從系統(tǒng)負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的脈沖驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。并且單片機(jī)相對(duì)較廉價(jià)，所以這種方案是可行的。其實(shí)現(xiàn)前提是:1　 滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求,并能完成系統(tǒng)的所有設(shè)計(jì)功能；2　 軟硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。并且在近距離內(nèi)，可以直接用TTL電平傳輸方法來(lái)實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，即采用單片機(jī)雙機(jī)串行通信[11]。TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路，即串行口可以直接相連。所以本系統(tǒng)將討論采用串行通信方式連接的雙CPU系統(tǒng)，圖42為雙CPU系統(tǒng)原理框圖：圖 42 雙CPU系統(tǒng)原理框圖第五章 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)上一章的設(shè)計(jì)方案可知,系統(tǒng)的功能模塊應(yīng)當(dāng)包括主CPU系統(tǒng)、從CPU系統(tǒng)、顯示/按鍵電路、復(fù)位與看門狗電路、斬波控制電路（脈沖驅(qū)動(dòng)放大電路）、斬波電路、低紋波直流電源及保護(hù)環(huán)節(jié)等[13]。首先，雙CPU系統(tǒng)電路圖如下圖51所示：圖 51 雙CPU系統(tǒng)電路圖下面我們將從主系統(tǒng)和從系統(tǒng)兩大方面對(duì)硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行討論。核心是8051單片機(jī)芯片。喂狗信號(hào)WDI（看門狗輸入信號(hào)）由P10輸出，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)負(fù)脈沖。其中R/P作用是由主CPU控制從CPU的運(yùn)行與暫停；SCOMM信號(hào)是從CPU向主CPU指示通信狀態(tài)的，成功結(jié)束有效，否則無(wú)效?？紤]到主CPU系統(tǒng)對(duì)定時(shí)的要求不高,采用6MHz主頻信號(hào)。下面通過(guò)介紹8051芯片來(lái)具體了解主C