【正文】 ......................................................................... 9 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計 ......................................................................................... 9 液晶顯示電路設(shè)計 ........................................................................................... 12 顯示電路的選擇 ............................................................................................... 14 按鍵電路設(shè)計 ............................................................................................................. 14 按鍵電路的原理 ............................................................................................... 14 按鍵電路的具體設(shè)計 ....................................................................................... 17 復(fù)位看門狗電路 ......................................................................................................... 18 基于 89C2051 的從系統(tǒng)的設(shè)計 ................................................................................ 21 ........................................................................................................ 21 光電耦合器 ....................................................................................................... 22 三端穩(wěn)壓管 ....................................................................................................... 23 4 總結(jié) ....................................................................................................................................... 27 致謝 .......................................................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 29 附錄 .......................................................................................................................................... 30 電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 1 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。 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 我國開關(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，對推動開關(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、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連續(xù)直流，該類電源因效率低、體積大、成本高及自動控制難以實現(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，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。 電源電路在正常導(dǎo)通時能夠輸出可調(diào)電壓，當(dāng)控制電路給電源電路開關(guān)脈沖時，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)計架構(gòu)。 數(shù)字控制系統(tǒng)的原理圖如圖 21 所示 。 看門狗電路利用 MAX813L 作為控制芯片，使用其經(jīng)典電路做到上電自動復(fù)位和電路監(jiān)控的功能，同時設(shè)計了一些外圍電路，實現(xiàn)手動復(fù)位功能。矩陣式鍵盤可以有效的節(jié)省 I/O 口。 顯 示 鍵 盤 運(yùn)行暫停、結(jié)束等控制接口 從 CPU 驅(qū) 動 開關(guān)電源 主 CPU 圖 21 雙 CPU 系統(tǒng)原理圖 電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 5 從系統(tǒng)方案設(shè)計 從系統(tǒng)是基于 AT89C2051 的控制電路，由從系統(tǒng) 單片機(jī)定時器提供定時，向電源電路發(fā)送一個脈沖，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 CPU 有時會導(dǎo)致軟件編寫復(fù)雜，尤其是當(dāng)多個外圍芯片發(fā)生中斷請求時，容易造成數(shù)據(jù)處理的延誤。作為 2 個 CPU 交換信息的媒介，主 CPU 和從 CPU 均可通過與雙口 RAM 相連的總線對雙口 RAM 進(jìn)行讀 /寫。這種方式的實現(xiàn)原理可用圖 22 表示。這種方式是以犧牲并行接口為代價的。在并行接口緊張的應(yīng)用場合，需要權(quán)衡。 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)計的需要。 雙口 RAM 方式硬件電路簡單，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，不適合本次設(shè)計的要求，串行通信方式雖然通信速度稍慢，但硬件電路簡單，軟件實現(xiàn)也很方便，適合本次設(shè)計的需要，兩 CPU 通過 RXD,TXD 交叉連接完成串口通信。同時考慮到系統(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)的握手信號為 R/P， SCOMM。 本次設(shè)計使用 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。是一個多用多功能數(shù)據(jù)存儲，有數(shù)據(jù)存儲、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。因此稱之為程序存儲器，地址范圍為 0000H～FFFFH（ 64KB） 。 e） 并行 I/O 口 MCS51 共有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），以實現(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 外部程序存儲器讀選通信號在讀外部 ROM 時 PSEN 有效（低電平），以實現(xiàn)外部 ROM 單元的讀操作。 e)RST 復(fù)位信號 當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù) 2 個機(jī)器周期以上高電平時即位有效，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， P3 口的 、 作為串行通信借口使用，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 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)則以秒為單位倒計時顯示，到 0 時結(jié)束運(yùn)行。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計說明書） 10 由于顯示電路的需要，本次設(shè)計中共用到 3 組，每組四個的數(shù)碼管，因單片機(jī)上 I/O口有限，利用一個 8279 對 I/O 口進(jìn)行擴(kuò)展。它既具有按鍵處理功能，又具有自動顯示功能，在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛。該芯片能自動消抖并具有雙鍵鎖定保護(hù)功能。 ○ 1 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。 ○ 3 控制線 CLK： 8279 的時鐘輸入線。 /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，鍵盤數(shù)據(jù)最高位（ D7）的信號輸入到該引腳，以擴(kuò)充鍵功能；選通方式時，當(dāng)該引腳信號上升沿 到時，把 RL0RL7 的數(shù)據(jù)存入 FIFO RAM 中。 OUTB0OUTB3：通常作為顯示信號的低 4 位輸出線。當(dāng) /BD=0 時將顯示全熄滅。 3） MC1413 MC1413 高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列反相輸出器，又七個硅 NPN 達(dá)林頓管組成。電鍍數(shù)字脈沖電源控制電路設(shè)計 11 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)碼管實現(xiàn)的目的，單片機(jī)的