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目 录
摘 要 .......................................................................................................................................... 1 ABSTRACT .............................................................................................................................. 1 1绪论 ......................................................................................................................................... 1
1.1引言 ............................................................................................................................... 1 1.2国内外发展状况 ........................................................................................................... 1 1.3本文主要研究工作 ....................................................................................................... 3 2电镀数字脉冲电源的总体方案设计 ..................................................................................... 4
2.1系统总体方案设计 ....................................................................................................... 4 2.2主系统方案设计 ........................................................................................................... 4 2.3从系统方案设计 ........................................................................................................... 5 2.4主、从系统通信方式的方案设计 ............................................................................... 5 3电镀数字脉冲电源设计的关键技术和实现 ......................................................................... 7
3.1主CPU的选择、方案确定 ......................................................................................... 7
3.1.1AT89C51单片机的内部结构和引脚功能 ......................................................... 7 3.1.2引脚的分配 ......................................................................................................... 9 3.2显示电路设计 ............................................................................................................... 9
3.2.1数码管显示电路设计 ......................................................................................... 9 3.2.2液晶显示电路设计 ........................................................................................... 12 3.2.3显示电路的选择 ............................................................................................... 14 3.3按键电路设计 ............................................................................................................. 14
3.3.1按键电路的原理 ............................................................................................... 14 3.3.2按键电路的具体设计 ....................................................................................... 17 3.4复位看门狗电路 ......................................................................................................... 18 3.5基于89C2051的从系统的设计 ................................................................................ 21
3.5.1AT89C2051 ........................................................................................................ 21 3.5.2光电耦合器 ....................................................................................................... 22 3.5.3三端稳压管 ....................................................................................................... 23
4总结 ....................................................................................................................................... 27 致谢 .......................................................................................................................................... 28 参考文献 .................................................................................................................................. 29 附录 .......................................................................................................................................... 30
电镀数字脉冲电源控制电路设计 1
1 绪论
1.1 引言
随着科学技术与生产的发展，电子技术在生产生活中应用的越来越多，在社会生活中扮演日益重要的角色其中电镀产品就十分突出。但目前的电镀技术仍存在诸如加工时间长、镀层厚度均匀性差、镀层容易出现缺陷以及存在较大内应力等缺陷，这些缺陷不仅影响到电镀制品的质量，同时还大大限制了电镀技术的应用与发展，不能适应当前的社会生产，尤其是精密制造的需要。因此，我们希望能改进电镀技术，从而提高电镀制品的质量。
当今比较成熟而稳定的电镀电源为开关电源，我们通过查阅相关资料，对电镀生产的最基本原理进行研究，考虑到各方面因素，决定从生产实际进行改革，通过采用先进的电镀电源，达到提高电镀生产的水平的目的，在提高电镀制品质量的同时，也加快了电镀生产的生产效率，并且消除电镀中的种种缺陷。
1.2 国内外发展状况
我国开关式电镀电源技术已有突破性发展，在中小型功率领域已进入推广应用的阶段。但在输出功率，通用品种，可靠性，批量生产能力，推广范围，特别是数字化智能控制等方面，同国外工业发达国家水平，尚有较大差距。为了适应我国制造业的迅速发展和成为世界制造中心的需求，进一步加强电镀电源的高频高效化，数字化智能控制绿色可靠的工作并解决相关问题，对推动开关式电镀电源的持续发展是很有必要的。
电镀电源经历了四个发展阶段：
（1）直流发电机阶段：这种电源耗能大、效率低、噪声大，已经被淘汰。 （2）硅整流阶段 是直流发电机的换代产品， 技术十分成熟，但效率低，体积大，控制不方便。目前，仍有许多企业使用这种电镀电源。
（3）可控硅整流阶段：是目前替代硅整流电源的主流电源，具有效率高、体积小、调控方便等特点。随着核心器件——可控硅技术的成熟与发展， 该电源技术日趋成熟，已获得广泛应用。
（4）晶体管开关电源即脉冲电源阶段：脉冲电镀电源是当今最为先进的电镀电源，它的出现是电镀电源的一次革命。这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定，而且不易受输出电流影响等特点。脉冲电镀电源是发展的方向，现已开始在企业中使用
早期使用的电镀电源是直流发电机组，随后出现了硒堆整流器，均因体积大、噪声大，成本及能耗高等原因，被硅整流电源所替代。20世纪60年代随着晶闸管(SCR)的
陕西科技大学毕业论文（设计说明书） 2
问世和成功应用，使电镀电源得到了快速发展，出现了晶闸管电镀电源，晶闸管在该电源中既作为整流器件又作为调压器件，控制系统采用移相技术，应用闭环Pl调节，使电源具有自动稳压、稳流等功能，而且保护方式灵活，在体积、运行效率、自动控制、调节方式等方面与硅整流设备相比具有较大优势，得到了广泛应用。但晶闸管电镀电源在小电流情况下容易使网侧及负载上的谐波严重，引起电网的波形畸变，从而形成电网“公害”，在电网中需要增加必要的防范措施。 20世纪80年代以后，变流装置中的普通晶闸管逐渐被新型器件如电力晶体管(GTR)、场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)等取代。以MOSFET和IGBT为功率器件的整流器工作频率可提高至20～50kHz，所以该类整流器又称为高频开关电源。其工作过程是将整流后的直流电源，逆变成高频交流电，再经整流后获得直流电源。由于采用的是高频率开关工作模式，所以变压器的体积和器件的功耗大大降低，功率因数和运行效率大大提高，是目前电镀电源的发展方向。随着IGBT器件功率增加、耐压提高和应用技术 的日益成熟，IGBT必将在大多领域中取代晶闸管(SCR)，以达到高效、节能目的。目前正在研制的大功率智能功率模块(IPM)，是将电力电子器件和驱动、保护、控制电路集成到一起，从而提高了系统的可靠性与可维护性，进一步降低成本与能耗，必将不断应用至电镀电源中。 随着电镀工艺的迅速发展，新的电镀工艺从波形、频率、自动控制、综合功能等方面对电镀电源提出更高的要求。目前，普遍采用的电镀电源按波形可分为脉动直流电源、平滑直流电源、周期换向电源、单向脉冲电源、换向脉冲电源、直流叠加脉冲及智能化多波形电源等，以满足不同电镀工艺需要。 综上所述，电镀电源的整体发展趋势是低能耗、无电网污染、高可靠、小体积、高性能和多功能。
常用电镀电源简介：
(1)硅整流电源 硅整流电源降压变压器一次侧采用调压器调压，二次侧采用二极管整流。根据容量不同，可分为单相全波、三相全波和六相双反星整流等。小容量电源采用干式接触式调压器调压，容量较大时采用油浸感应式调压器调压。根据容量不同，整流组件的冷却方式分为自冷、风冷、水冷和油浸自冷等。由于采用交流调压器调压，所以输出波形为脉动连续直流，该类电源因效率低、体积大、成本高及自动控制难以实现等缺点，在电镀领域中应用受到限制，属于淘汰产品。
(2)晶闸管整流电源 晶闸管整流器在小容量时采用交流电源经隔离变压器降压，再经晶闸管移相调压和整流后获得直流电压。在容量较大时采取晶闸管交流侧移相调压，再经隔离变压器降压和二极管整流后获取直流电压。晶闸管及二极管的冷却方式根据不同容量分为自冷、风冷、水冷和油浸自冷等。目前整流变压器大多采用三相五柱芯式节能型变压器，它与六相双反星带平衡电抗器的整流方式相比，可以省去平衡电抗器，达到降低成本、提高效率的目的。晶闸管整流器输出波形为脉动直流，电压低时不连续，为了提高输出波形的平滑性，可增加滤波器或采用多相整流电路。 晶闸管整流器一般具有稳压、稳流、软启动等功能，可灵活应用于生产线中。近几年随着微机控制技术在
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晶闸管整流器中的广泛应用，可以实现输出波形的换向、直流叠加脉冲、波形分段控制等，还可以实现计时、定时、自动控温、电量计量和定量等控制功能。
(3)高频开关电镀电源 高频开关电源自从20世纪90年代开始在电镀领域使用，现已进入推广应用阶段。该类电源具有效率高、体积小等特点，在3000A以下通用型电镀电源中有较强的竞争力。通过近几年的运行检验，其稳定性、输出波形和控制方面已能够满足生产的需要，现正在向5000～10000A，甚至更大容量扩展，有望在大多电镀领域中取代晶闸管整流器。 普通开关电源的输出波形为高频调制的脉冲直流，若对平滑性有较高要求可以增加直流滤波器，冷却方式一般采取风冷。
1.3 本文主要研究工作
本课题围绕单片机为核心，完成监控电路和键盘输入、状态显示等硬件电路的设计。 单片机使用AT89C51，按照需求将引脚分配给监控电路，按键电路，显示电路；监控电路使用MAX813L作为控制芯片，完成上电复位，自动复位，手动复位，和电源监控的功能；键盘电路使用4*4矩阵键盘，完成数值设置的功能；显示电路使用LCD1602，LCD1602能显示两行字符，每行8个，满足显示的要求；从系统选用AT89C2051作为控制芯片，产生控制开关电源的脉冲。电源电路在正常导通时能够输出可调电压，当控制电路给电源电路开关脉冲时，电源电路根据开关管的导通情况形成脉冲直流电源。