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多波形脉冲电镀电源控制系统的研究
2008/8/14/16:36 来源：河北工程学院信息与电气工程学院作者：贺洪江张琼

摘要:研究以单片机为控制核心的多波形脉冲电镀电源控制系统,实现输出脉冲的频率、辐值、占空比和工作时间在一定范围内连续可调,并可设定多组脉冲波形组合形式。

关键词:脉冲电源;控制系统;电镀;单片机

0引言

随着电镀工艺要求的不断提高,采用多波形脉冲电源进行电镀逐渐显示出单向脉冲和双脉冲电流无法比拟的优点,如增强引线抗疲劳能力[1]等。显然,采用多波形脉冲电源已成为趋势,大量的研究表明:脉冲参数与镀层结构、性能之间有密切的关系,要想获得更理想的沉积层,必须进一步研究如何有效地控制脉冲参数。单片机具有可靠性高、输出精确、控制容易等优点,能够准确控制脉冲参数。基于上述原因,笔者设计了基于单片机的多波形脉冲电镀电源控制系统。

1多波形脉冲电路及主要技术参数

1.1多波形脉冲电路

本文采用的脉冲电路实现方法如图1所示,通过对直流电源Ｅ1、Ｅ2输出电压的调节,控制正负向输出脉冲的幅值;通过对功率开关Ｋ1、Ｋ2的控制,实现对脉冲波形的控制。其中单片机的输出经过放大电路后控制功率开关的导通。

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电路优点:

(1)结构简单,参数调节方便;

(2)实现了脉冲电压幅值、频率、占空比在一定范围的连续独立调节;

(3)由单片机输出脉冲可精确控制功率开关导通时间,故2个电源不会同时导通,电路安全可靠。

1.2主要技术参数

根据工艺要求,本文设计的电源主要技术参数如下:

设定8组脉冲输出,每组均可设定为直流、正向脉冲、负向脉冲及其组合,其组合形式如图2所示;

总运行时间:由起停开关手动控制;

每组脉冲运行时间:0～9999ｓ连续可调,步长为1ｓ;

每组中正(反)向脉冲运行时间:0～9.999ｓ连续可调,步长为1ｍｓ;

脉冲周期:0～200ｍｓ连续可调,步长为0.1ｍｓ;

脉冲占空比:0～100%连续可调;

在每组中正反向脉冲换向时有0.1ｍｓ的死区时间。

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2控制系统设计

2.1控制系统结构模型

控制系统结构框图如图3所示。

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系统采用Ｃ8051Ｆ020为控制核心,通过按键修改参数,输出多种波形脉冲,并在液晶屏上显示参数和运行状态。

(1)单片机系统

Ｃ8051Ｆ020单片机是一家美国公司研制的完全集成的混合信号系统级芯片(ＳＯＣ),具有与8051兼容的高速ＤＩＰ-51内核,与ＭＣＳ-51指令集完全兼容,64个Ｉ/Ｏ引脚,5个16位定时器,内部有64ＫＢ的Ｆｌａｓｈ存储器,片内看门狗定时器,片内ＪＴＡＧ调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品ＭＵＣ进行非侵入式、全速、在系统调试。

(2)键盘、显示选择及接口设计液晶模块选用内藏Ｔ6963Ｃ控制器的图形液晶显示模块,接口电路采用间接控制方式,单片机通过Ｉ/Ｏ并行接口实现对液晶显示模块的控制。根据液晶显示模块的需要,并行接口需要1个8位的并行接口和1个3位的并行口,Ｃ8051Ｆ020的Ｐ2口作为数据总线,Ｐ3口中3位作为读、写及寄存器选择信号。由于并行接口只用于液晶显示模块,所以/ＣＥ接地就行。由于Ｃ8051Ｆ020Ｉ/Ｏ口比较丰富,所以键盘选用独立式键盘,电路简单。

(3)时钟单元

本文采用美国ＭＯＴＯＲＡＬＡ公司的ＤＳ12887时钟芯片,它对年、月、日、时、分、秒、星期进行自动记录,支持每天时间的更新,而且支持日期(世纪、年、日、星期)更新。内含128Ｂ的ＲＡＭ单元和内置晶振电路,支持多种中断方式,备用电池可供其工作10年,是目前计算机上的主流实时时钟芯片。

在128ＢＲＡＭ中,有14Ｂ时钟控制寄存器,114Ｂ的通用ＲＡＭ。可把需要在线更新的脉冲参数变量存放在通用ＲＡＭ中,不需另外扩展存储器。电路简单,抗干扰能力强。

(4)结果处理

由单片机输出两路脉冲信号,经放大电路后驱动功率开关。如果电路正常工作,发光二极管与脉冲同步闪烁;如没有脉冲输出,二极管不闪烁,提示系统有故障。

2.2系统软件设计

软件主要实现功能:

(1)脉冲输出:在单片机控制下,根据工艺技术要求,输出最多8组波形,而用户可自行调节参数,输出不同组合波形的脉冲;

(2)显示模块:单片机将各个电镀工艺参数发送到液晶显示模块,控制液晶显示模块按一定格式显示修改参数界面,并可在运行状态下实时查看本组参数;

(3)参数输入:通过键盘向单片机输入或修改各个参数,并控制系统起停状态。

内藏Ｔ6963Ｃ控制器的液晶显示模块指令集其实就是Ｔ6963Ｃ控制器的指令集。模块的初始化一般由管脚设置完成,因此其指令集将集中于显示功能的设置上。Ｔ6963Ｃ的指令可带一个或两个参数,或无参数。每条指令的执行都是先送入参数(如果有的话),再送入指令代码。每次操作前都要进行状态字检测,以确定控制器是否准备接收数据。由于单片机通过并向接口操纵液晶显示模块,因此必须清楚了解其时序关系,并在程序中明确反映出来。