本科毕业论文-—数控电源的设计设计.doc

引言 电镀，即采用电化学的方法使金属离子还原为金属，并在金属或非金属制品表面形成符合要求的平滑、致密的金属覆盖层。电镀后的镀层性能在很大程度上取代了原来基体的性能，起装饰和防护作用，随着科学技术与生产的发展，电镀工艺已遍布各个领域。电流通过镀槽是电镀的必要条件，镀件上的金属就是在电流流过电镀时引起电化学反映而形成的。在电镀中产生电流的装置，称之为电镀电源。电镀电源的发展主要经历了四个阶段：直流电机阶段；硅整流阶段；可控硅阶段；电镀的发展经历了4个发展阶段：直流电机阶段、硅整流阶段、可控硅阶段、晶体管阶段。脉冲电镀是一项新的电镀技术。它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程的影响。所谓数字脉冲电源，就是采用微处理器等数字电路对脉冲电源中的直流斩波进行控制，并实现数字显示与数字调节的一种脉冲电源。它是当今最为现在金的电镀电源，也是电镀电源发展的方向。随着现代社会的发展,数控电源技术已经用到了各种领域，首先我们先了解一下数控技术的发展情况，人们对电镀质量的要求越来越高。但目前电镀技术仍存在某些缺陷，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。这些缺陷大大限制了电镀技术的应用和发展，不能适应当前的生产，尤其是精密制造的需要。数控电源技术是对电解电源实现大电流、高频率、大工作比脉冲输出、环保、节电节时高效的技术。毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日辽宁工程技术大学毕业设计（论文）教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日1. 绪 论1.1 研究的目的电镀技术是军用电子元器件设计、制造工艺、封装测试环节中的重要 一环，是军用电子元器件的重要组成部分和支撑，是保证和加强军用电子元器件、组件及系统可靠性和整体性能指标的关键，是武器装备小型化、多功能化、轻员化和高可靠性的重要技术之一。武器装备的快速发展，对电子封装技术提出了新的、更高的要求。高质量的表面处理技术成为军用电子元器件设计、制造、封装技术发展的难点和制高点。长期以来，由于在电镀行业中普遍使用直流电镀电源，人们往往把主要精力用于改变直流电镀的镀液成分、采用化学添加剂等方式来改善镀层性能。 国际上从20世纪60年代中期把脉冲电源引入电镀领域，发展非常迅速。 脉冲电镀实际上是一种通断直流电镀。脉冲电镀过程中，当电流导通时，脉冲(峰值)电流相当于普通直流电流的几倍甚至几十倍，正是这个瞬时高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原，从而使沉积层晶粒变细;当电流关断时，阴极区附近放电离子又恢复到初始浓度，浓差极化消除，这利于下一个脉冲周期继续使用高的脉冲(峰值)电流密度，同时关断期内还伴有对沉积层有利的重结晶、吸脱附等现象。这样的过程同期性地贯穿整个电镀过程的始末，其中所包含的机理构成了脉冲电镀的最基本原理。实践证明，脉冲电镀在细化结晶、改善镀层物理化学性能、节约贵金属等方面比传统的直流电镀有着不可比拟的优越性。 随着电镀理论和电源技术的发展，将反向脉冲又引入电镀，也就是说，在脉冲电镀正向脉冲期间，适当地引入少量反向脉冲，这样可以将镀层表面上的杂质以及结合力不太强的离子拉回，从而提高了镀层的致密性。20世纪80年代末90年代初双脉冲电镀电源在我国开始有所应用以来，脉冲电镀技术即得到了飞速发展。目前国内已有能实现单一波形，正反向周期换向的双脉冲电源。我所曾于90年代中期配置了这种双脉冲电源。 由于在电镀过程中，在不同的阶段需要不同的电镀参数，例如在电镀的初始阶段是不允许有反向脉冲的，因为此时的反向脉冲会使镀件上的金属离子进入到镀液而污染了电镀液，所以只有等工件表面镀了一层以后，方可引入反向脉冲。对于双脉冲电源来说，只能等镀了一段时间后，再重新手动修改电镀参数，这样势必造成操作上的烦琐和失误，同时因为过多的人为因素的介入，使得重复性变得很差。 鉴于以上原因， 受国外程控电镀电源设计思想的启发，结合双脉冲方波电源制作经验，为了更好更宽地适应不同电镀工艺对多参数脉冲组合电源的需求，我们研制了这套程序控制多脉冲方波 (后略)电镀电源。该程序控制多脉冲电镀电源可以将多组不同参数的脉冲方波 (包括正、反向脉冲)进行任怠组合，且脉宽、频率等参数调节范围宽，使用灵活方便，很好地满足了多种电镀工艺的需求 。1.2 国内外脉冲电镀电源研究现状1.2.1 脉冲电镀电源国内发展概况 由于脉冲电镀对改善镀层性能有特殊的功能，其经济效益尤其在节约贵余属方面非常显著。70年代后期，我国部分高等院校、研究所、生产厂已研制并投产几种类型的脉冲电镀电源，其情况大致可分为以下三个阶段第一阶段:提供试验室进行脉冲电镀工艺研究和脉冲电镀机理探讨用的小型脉冲电镀电源。如峰值电流为 10A多波形脉冲电镀电源及峰值电流为20A,50A, 100A方波脉冲电源。通过工艺研究和机理初步探讨，脉冲电镀在电镀行业尤其在贵金属电镀、合金电镀方面有着很强的生命力，提出了金、银、锗等贵金属脉冲电镀的较成熟的工艺。第二阶段:在金、银等贵金属电镀行业中推广应用脉冲电镀技术。为了满足生产需要，脉冲电源已形成峰值电流为30A, 50A, 100A, 200A, 300A, 500A的系列产品。生产上不仅提高了电子产品的质量，节约了电镀时间，而且在节约贵金属方面有着明显的经济效益。 随着脉冲电源容量的增加及频率范围的扩大又促进了电镀工艺的研究。充分发挥脉冲电镀的优点，解决传统直流电镀中存在的一些弊病。如不加添加剂光亮镀镍新工艺的研究，表面电镀晶粒细，光泽度又好印刷板薄铜皮镀铜工艺研究，合金电镀工艺的研究等。第三阶段:随着上述新工艺的研究对脉冲电源又提出了新的要求其要求归纳起来大致可分以下三个方面: 一、变极性脉冲电镀电源的研制根据工艺要求有正反脉宽与峰值电流皆能改变极性脉冲电源。 二、在可调直流的基础上叠加可变的方波脉冲电源。三、研制容量大，输出电压高的脉冲电源。 随着器件质量进一步提高及新的大功率器件的研制成功，在脉冲电镀电源中采用1000V左右高压品体管，大容量可关断晶闸管及调频晶闸管作为功率器件，上述三方面要求的电源，为期不会太远。1.2.2 国产脉冲电镀电源介绍近年来，国产脉冲电镀电源发展也很迅速，但大都是双脉冲电镀电源。双脉冲电镀电源具有如下特点: 一、国产双脉冲电镀电源多采用性能相同的两组脉冲电源反向隔离并联，以实现输出正、负脉冲周期换向电流的日的。二、双脉冲电源有十个参数可以调节，即正、负脉冲电流幅值Im；正、负脉冲电流导通时间即脉宽Ton；正、负脉冲电流断开时间Toff；正、负脉冲电流的频率；正、负一组脉冲电流的工作时间Tf、 Tr。由于是采用两台独立电源，因此上述参数均可单独调节。 三、双脉冲电源可通过参数调节、变换，控制镀层的结晶取向，在镀层光亮、抗腐蚀、耐磨、硬度等方面比直流电镀有较大提高。四、双脉冲电源也存在它的局限性，由于这种电源采用手动调节参数，因此在设定好上述十个参数之后，即成为单一参数的脉冲波形参数，进入电镀过程。2 电镀用脉冲电源概述2.1 对方波脉冲电镀电源的基木要求脉冲电镀电源通常采用恒流或恒压两种不同的供电模式，当然也有采用非恒流方式的。脉冲电流 (或电压)的波形通常有方波、正弦波、锯齿波等以及这些波形与直流的叠加。从电镀实际结果来看，方波脉冲以及与其他波形适当组合对贵金属电镀可获得较好的效果。就方波脉冲而言，前沿和后沿的陡度越大可获得更好的实镀效果，但对前后沿的要求不可太苛刻，否则会为脉冲电源的设计、制造和脉冲的传输带来困难。一般说来，前后沿的上升时间和下降时间应控制在数微秒到数十微秒之内。对不同镀种在不同槽液中等效电阻的变化，我们作了测试，积累了一定数据，综合其他相关资料，有关方波脉冲电镀电源的技术指标特提出如下基本要求:一、输出电压波形为方波平顶的纹波系数5%，电压波形不允许有过冲及振荡现象。二、有峰值和平均值电流保护，其动作整定值可根据用户需要进行调整。三、方波脉冲电源测量与显示系统可采用电流表显示平均值电流Ic P,脉冲 电流的通电时间Ton脉冲电流的断电时间Torn和脉冲电流之频率f可使用示波器观察分析。2.2脉冲电源的分类脉冲电源从波形分析看，一般有以下几种:单脉冲电源、双脉冲电源以及多波形脉冲电源。在实际使用中，方波脉冲电源使用较为普通，多用于无特殊要求的镀金、银、镍场合，多波形脉冲电源多应用于合金类表面硬质氧化场合，例如铝的硬质氧化，而双脉冲电源为新近发展的新颖脉冲电源，是对于表面要求高的场合较为理想的电源，如精密仪器、电子元件陶瓷基片表面处理场合。2.3脉冲电源工作原理脉冲电镀是一项新的电镀技术。它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的，其中最主要的是对传质过程的影响。脉冲电源其电流呈脉冲方式流动，并可在瞬时产生高密度电流；因此，在电镀时能将底层均匀地涂覆到镀件上，并使之加速，提高了效率；镀件表面均匀、细致，使金、银等贵重大为节约。由此，可以调节占空比及频率的脉冲电源。脉冲电源的工作原理可以通过其波形直接反映。一般直流电源的输出电流波形如图，而特殊电源的脉冲电源，有着与直流电源完全不同的波形如图。图 2-1一般电镀电源输出波形Figure 2-1 general galvanization power source output wave shape图 2-2脉冲电源输出波形Figure 2-2 pulse power source output wave shape2.4脉冲电源的特点与系统直流电源相比，脉冲电源就是其输出直流波形、频率、占空比和平均电流密度等参数均可根据电镀需要设定的直流电源，其特点可概括为:(1)频率 f、占空比 (D)可调;(2)波形特殊 (例如方波等)。脉冲电源的这些特点在生产中的实际意义就是，在电镀过程中，脉冲电源可通过改变其输出波形的频率、占空比和平均电流密度，来改变电镀槽中金属离子电沉积过程，使电沉积过程在较宽范围内变化，从而可获得均匀致密较为理想的镀层。例如在印刷线路板行业 (PCB)中，使用脉冲电源电镀，可提高其深镀能力，使镀层均匀、致密、不脱落。2.4.1脉冲电源的优点脉冲电镀与直流电镀相比，概括起来有以下几个优点： 一、镀层孔隙率低，致密性好，抗蚀性高，以方波输出脉冲电源电镀为例，由于脉冲电源输出为间歇性矩形方波，在脉冲导通期间，金属离子在工件表面沉积的晶粒在镀液中溶解，使得工件表面沉积的晶粒细化，镀层致密，大大降低了镀层的孔隙率。实践表明，装饰业和电子业，用脉冲电源电镀贵金属，可以用较薄的镀层获得较为理想的镀层表面。 二、镀层应力低，成分稳定，深镀能力强。 结品细化，改善与提高镀层的均镀能力:脉冲电镀时，山于脉冲瞬间阴极表而上具有很高的电流密度。如镀金时瞬间电流密度可比平均电流密度左(1012)倍。这就使品核形成的速度大于晶核成长的速度。脉冲镀层的品粒般为0.5微米左右，而直流镀层的晶粒大于1微米，另外脉冲电镀电流分布的均匀性好，这就改善了镀层的均镀能力。三、改善镀层的化学性能，降低孔隙率提高镀层的抗腐蚀能力。对十镀层表面具有无孔特性一般说其镀属厚度，脉冲镀比直流镀可减少。四、改善镀层的物理性能 降低表面电阻和体电阻，提高导电性，增大耐磨性，减少应力。氰化镀银脉冲镀层的耐磨能力要比直流镀层增加一倍。由于脉冲时的峰值电压远大于直流镀时的电压所以阴极表面钝化膜易被击穿而有利于镀层与基体间的结合，因此脉冲镀提高了结合力。五、节约金属尤其是贵金属。我国电子工业每年用金量约20吨其中大部分用于电子元件的电镀涂层，白银的每年用量超过百吨它主要用于电镀涂层，由于镀层超厚其金、银等贵重金属白白耗费紧集成电路框架镀金为例，直流镀层厚度需要 2微米以上刁能保证使用，而采用脉冲电镀后可使镀金层厚减到 1.2微米便可满足要求，这就可使镀金层厚度降低40%,镀件受镀时间减少 1/3左右。脉冲镀在节约材料尤其贵金属方面具有非常明显的经济效益。2.4.2脉冲电源使用的局限性上面简要说明了脉冲电源作为电镀电源使用的特点和使用方法，但并非脉冲电源在任何场合使用都能获得较为理想的表面，脉冲电源也存在一定的P限性，主要表现在以下几个方面:一、脉冲电源虽然在表面能形成致密均匀的镀层表面，但它在要求工件表面镀层较厚的场合效果并不理想，效率低。一般情况下，20-30 k m以上镀层用其它直流电源电镀比脉冲电源理想。二、脉冲电源在较多复杂的表面 (例如首饰、插件)能形成较为均匀的镀层，保持工件原有机械形状，但在深镀能力上不理想，电流效率较低，例如深孔电镀。PCB行业中孔经比较大的印刷板电镀，虽然表面质量较为理想。但会出现镀层厚度不一致的现象。 三、脉冲电源在工作中，在电镀槽中产生变流低频振荡会引起部分有机类添加剂分解，造成镀液污染;故在脉冲电源使用场合，最好不使用有机添加剂。四、电流效率低，在对工件表面要求要求、镀层较厚、单产产量大的贵金属电镀中，使用脉冲电源效果比用低纹波高频开关电源要逊色。综上所述，随着科技进步，电子、通信、信息等尖端高科技工业的发展，电镀脉冲电源的应用将越来越广泛，合理使用脉冲电源必将对我国金属表面处理行业的发展起到很大的促进作用。3 数字单脉冲电源的性能指标及其概述3.1 数字脉冲电源的应用意义和概述3.1.1数字脉冲电源的应用意义随着现代社会的发展,数控电源技术已经用到了各种领域，首先我们先了解一下数控技术的发展情况，人们对电镀质量的要求越来越高。但目前电镀技术仍存在某些缺陷，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。这些缺陷大大限制了电镀技术的应用和发展，不能适应当前的生产，尤其是精密制造的需要。数控电源技术是对电解电源实现大电流、高频率、大工作比脉冲输出、环保、节电节时高效的技术。3.1.2数字脉冲电源的概述所谓数字脉冲电源，就是采用微处理器等数字电路对脉冲电源中的直流斩波进行控制，并实现数字显示与数字调节的一种脉冲电源。它是当今最为现在金的电镀电源，也是电镀电源发展的方向。他与传统的模拟脉冲电源相比，具有这样一些优点：驱动波形规整，极大地改善了载波后的输出波形，对提高电镀质量十分有利；采用数字调控，直观简单；波形调节范围宽，调节步进可以至0.1ms；温度漂移系数小，能长期稳定地连续运行。数字脉冲电源一般分为双脉冲电源与单脉冲电源2种。图 3-1数字脉冲电源原理示意图Figure 3-1 numeral pulse power source principle schematic drawing在目前的应用中，大多利用大功率的开关管IGBT对直流电源进行斩波，达到脉冲输出的目的。改变IGBT开关的方波驱动信号，以实现脉冲宽及频率的可调。3.2 数字单脉冲电源的性能指标脉冲电镀实质上是一种通、断直流电镀。所不同的是脉冲电镀有三个独立的参数（脉冲电流密度J、导通时间tom及关断时间toff可调；而一般直流电镀只有1个参数（电流或电压）可调。因此，采用脉冲电镀就成为槽外控制镀层提供了有力的手段。国内外电镀工作者大量的实践证明，脉冲电镀是一项既能提高镀层质量，又能提高沉积速率的经济效率很高的电镀新技术。图3-1为脉冲电源的电流波形，图中：Ton:脉冲电流导通时间；Toff：脉冲电流断电时间；T=ton+toff：脉冲周期；J:电流密度；Ip:电流峰值。图 3-2脉冲电源参数图Figure 3-2 pulse power source parameter chart本数字单脉冲电源的性能与设计要求主要体现在以下一些指标： 供电电源：3相，50HZ，380V。 输出峰值电流：4-40A，连续可调。 输出峰值电压：3-30V，连续可调。脉冲频率：1-10KHZ，可调。脉冲占空比：0-100%，可调。脉冲电流导通时间ton:0.1-999.9ms；电流电压波形:脉冲,键盘设定。工作方式:恒流/压任选。电镀时间可键盘设定，为0-9999s。4 数字单脉冲电源的设计方案及其要求数字单脉冲电源的设计主要采用了双CPU系统方案，包括系统硬件、软件的具体设计方案和步骤4.1 双CPU系统方案在单CPU系统中，全部的控制、监测和运算都由CPU来完成，致使CPU只能串行地完成任务，这将造成两方面的结果:一是控制响应的速度很大程度上取决于CPU的速度，CPU则成为系统性能提高的瓶颈，对于要求高速采样、控制、输出的应用，系统显得力不从心;二是选择算法时必须放弃虽有较满意的性能，但计算量大的方案。因此自80年代以来，国内外逐渐开始研制多CPU型电源控制硬件结构，各种方案总的来说可分为两类:一类是将保护功能和人机界面等功能分开，由不同的CPU分别承担电气量的采集与变换、控制逻辑运算、人机对话和打印输出、与上位机通信、数字量输入和处理等功能。这样的系统特点是模块化，能够实现故障定位到板，开发保护的新功能方便，但接线复杂，各板之间联络线多，会影响系统的可靠性;CPU数目多，使得装置体积大且成本也较高。另一类是多CPU并列处理式结构，不同保护功能(高频、距离等)由不同的CPU完成。该系统的特点是每个保护插件的硬件完全相同，只是EPROM中的运行程序不同，各板间的联络线很少，因而维护检修方便，抗千扰能力强。此外，也可以只将信号采集与处理的功能分离出来，由一个专用CPU承担，而保护的其余任务仍旧留给主CPU完成。4.1.1系统总体方案的思路由于系统中关键的问题是定时：电镀时间的定时及驱动开关管的脉冲定时，而且后者的定时精度直接影响输出脉冲波形的频率精度。同时考虑到系统显示及按键处理的因素，本系统采用了双CPU系统设计构架。主系统主要负责显示按键管理、电镀时间控制以及运行中的暂停等控制；从系统主要负责产生开关管的驱动脉冲。数字控制系统的原理可用图4-1表示：图 4-1双CPU系统原理示意图Figure 4-1 pair of CPU system principle schematic drawing双CPU系统的关键是主、从CPU之间的协调与通信实现。实现的约素是：1)能够满足系统的实时性要求，响应及时，并能完成系统的所有设计功能：2)软、硬件实现不能过于复杂。4.1.2 双CPU系统的若干形式1.采用双口RAM方式 使用一个CPU有时会导致软件编写复杂，尤其当多个外围芯片发生中断请求时，容易到成数据处理的延误。采用双口RAM的双CPU电路，整个电路分成2大部分，每个编有单独的程序,各管理1部分,这样可以减少软件的编写的难度,增加仪器工作的可靠性.双口RAM产品的型号和规格较多，作为2个CPU交换信息的媒介，主CPU和次CPU均可通过与双口RAM相连的总线对双口RAM进行读/写。由于双口RAM大多具有双总线，而且具有总线仲裁机构，因此这种方式的特点是硬件简单，但成本相对较高。这种方式的实现原理可用图4-2来表示：图4-2双口RAM方式双CPU系统Figure 4-2 pair of mouth RAM way double CPU system2采用并口通信方式采用这种方式的主要有两种：(1)直接连接方式。它是将两个CPU通过并行接口连接起来，实现协调与交流。图P34，P35作为握手联络信号。显然这种方式是以牺牲并行接口为代价的。索然是半双工通信方式，但由于是并行通信方式，速度还是比串口方式要快。在并行接口紧张的应用场合，需要权衡。图 4-3直接并行方式Figure 4-3 direct parallel way(2)间接连接方式间接连接方式一般是通过并行接口电路来实现的。图4-4间接并行方式Figure 4-4 indirect parallel way3采用串行通信方式串行通信方式，即主、从CPU之间通过串行口或模拟串行接口进行协调和交流。这种方式的特点是硬件简单，软件实现也很方便；但实时性相对较差，只适应于数据量小的场合。4.2系统硬件的设计4.2.1 基于89C52的主系统设计1主系统电原理设计按照设计要求及方案，确定系统的功能模块有显示按键电路、复位与看门狗电路、主CPU系统、从CPU系统、脉冲驱动放电路及脉冲电源的其他电路等。2主系统分析(1)复位与看门狗电路按照系统的设计要求及长期连续运行、工作环境恶劣等实际情况，本系统的复位必须考虑以下3种情况：上电复位、手动复位及看门狗定时器溢出复位；因此，采用MAX813L电源监视电路。主CPU、从CPU系统共用复位信号，木的是当系统中的任何一个子系统运行时常时，必须共同复位，以回复待机状态，避免错误运行。虽然“喂狗”信号来自主CPU，表面上看，从系统的失常不至于引起监视电路输出复位信号；但事实上，如果对从系统的软件进行适当处理，当从系统工作失常后，也能让主系统感知，然后强制电源监视电路复位，也可以达到引起复位的目的。这里，比较好的做法是利用通信握手信号SCOMM，即在从传统的非常正常程序区的握手信号始终无效，此时主系统的串行查询程序反复查询，使得“喂狗”信号无法及时送出，从而引起溢出复位。(2)主CPU系统主CPU系统主要管理显示电路、按键电路、运行状态控制及向从CPU系统发出脉冲参数等，核心是89C52单片机。其中的PKEY开关为暂停开关，通过P12与单片机接口，暂停时通过P11控制暂停指示灯发出光指示。“喂狗”信号由P12输出，其实质是一个负脉冲。主、从CPU系统的握手信号为R/P，。其中R/P用来由主CPU控制从CPU的运行与暂停，SCOMM信号是从CPU向主CPU指示通信状态的，成功结束有效；否则无效。4.2.2主系统显示电路考虑到电镀的生产实际，显示采用数码管；同时为了减轻主CPU的负担，简化硬件设备，显示/键盘电路通过8279专用接口芯片与单片机接口。由于系统设置TON，TOFF，T等参数的要求，以及运行中的电镀时间的倒计时的需要，一共用了3组数码管，每组4个数码管。前2个参数的范围为0.1999.9ms，而后1个参数的范围为09999s，符合8279的设计能力。数码管采用小型超高亮共阴数码管。为了有所区别，前2个参数的显示采用绿色，后1个参数的显示采用红色。TON，TOFF参数在运行中始终显示，而T参数则以秒为单位倒计时显示，到0结束运行。通过P15引脚向MAX813L发出RSTK1信号，使系统复位，也即停止从CPU的脉冲输出，结束电镀运行。图 4-5数码管电路Figure 4-5 nixietube electric circu4.2.3专用芯片8279与键盘、显示器接口8279是键盘、显示器专用控制芯片。单位芯片就能完成键盘输入和LED显示控制两种功能，因此使用8279可以减轻CPU的负担。由它构成的标准键盘显示器接口电路，显示稳定、程序简单，不会出现误动作，已被广泛用于单片机系统中。一、8279芯片引脚和功能图 4-6是8279芯片的引脚图。Figure 4-6 is 8279 chip pin charts.下面对部分引脚的功能作以介绍：IRQ：中断请求、高电平有效。为输出线。D0D7：数据总线，为双向三态总线，同单片机数据总线相连；用于传送CPU和8279之间的命令、数据和状态等信息。：片选信号。0时选中8279，为输入线。CLK：系统时钟。外部时钟输入，经分频后产生100kHz，作为8279的内部时钟。A0：数据选择线。A01时，CPU写稿79的数据为命令字、从8279读出的数据为状态；A00时，CPU读写的字节均为数据。RL0RL7：输入线。平时保持为“1”,当键盘矩阵结点上有键闭合时，变为“0”。在方式作为8位输入线。SHIFT：移位信号。高电平有效，可用它扩充键盘功能，作为上、下档功能选择键。CNTL/STB：控制/输入线。高电平有效，常用于扩充键的控制功能。在选输入方式时，该信号的上升沿可将来自RL0RL7的数据存入FIFORAM中。SL0SL3：扫描输出线。用于键盘、显示器或传感器阵列的扫描线。OUTA0OUTA3：A组段显示数据输出线。OUTB0OUTB3：B组段显示数据输出线。A、B两组可以单独使用，也可以合并使用。与多位数字显示的扫描线SL0SL3：消陷输出线低电平有效，当有显示切换或消陷命令时，使显示器熄灭。利用键盘、显示专用芯片8279能够以较简单的硬件电路和较少的软件开销实现型机与键盘和LED显示器接口在。二、8279与键盘/显示器的接口图5.2是AT89S52与8279的键盘、显示器硬件连接的基本方式。中断请求线IRQ通过反相器接的端。数据总线D0D7接AT89S52的数据总线P0口。、直接相连。由AT89S52的地址线选择，A0线一般也接AT89S52的一条地址线。时钟由AT89S52的ALE提供。SHIFT和CHTL内部带上拉电阻。图 4-7AT89S52与8279连接的基本方式Chart 4-7AT89S52 and 8279 connection essential way三.硬件电路的工作原理和设计问题1.时钟脉冲产生AT89S52的ALE即作低8位地址的锁存信号，也把它接到8279的CLK引脚作为8279的外时钟脉冲信号的输入。AT89S52的ALE脉冲信号频率并辈变，但8279并不要求时钟频率固定不变，因此，可以这样连接。2.键盘、显示扫描译码器在对“键盘/显示方式设置命令字”的编程设置为编码方式（D00）时，那么8279内部不译码，从SL3SL0输出的不是键盘的列和显示器的位信号（高电平有效），而是列和位的编号的DCD码（SL3是最高位）。在这种情况下应外接译码器，对SL3SL0译码，以产生列和位信号。8279可对8位和16位显示器以及8行8列键盘扫描。在16位显示时，对显示器扫描和对键盘扫描必须有各自的译码器。显示器采用46线译码器，例如74LS154；键盘采用38译码器。但应注意，被扫描的键盘的列必须是低电平，因此应选用被选中端为低电平的74LS138。是消陷信号输出端，当0时，74LS138不译码，显示器声色为暗。应该说明，计中只有8信显示器，在初始化时必须置“键盘/显示方式设置命令”的D30,以设8279工作于8位显示方式，否则会出现显示混乱现象。3.驱动电路由74LS138输出（）的显示器的位选信号和由A3B0输出的端选信号的电流太小，不足以点亮LED显示器。计算机中8279与LED显示器之间必有接入驱动电路。75451是阴极端（显示段的公共段）驱动芯片，74LS244是各显示段输入端（阳极）的驱动器。应该注意，由于74LS244驱动器输入端电流负载为24mA，而电流输出为15mA因此在输出端也是接有8个隔离二极管D。4.中断请求线在中的某键按下，8279在测得其按下并在去抖（延时10ms）之后，再认为此健仍在按下状态，便确认此键已按下。在8279确认某键已按下时，便把此键的健值存在IFIO寄存器中，此时FIFO不空。只要FIFO不空便使IRQ为高电平。把IRQ反相后加到AT89S52的端，当单片机读取FIFO的内容后，IRQ就回到低电平。如果FIFO存储器中还有未读到的键值，会重新使IRQ变为高电平，向单片机请求中断。由于FIFO存储器为先进先出RAM，因此读出的键值对应于先按下的键。4.2.4主系统按键电路键盘的设计主要是考虑参数的设定输入及运行的必须控制；因此设置了10个数字键09，3个参数设置键，与此配套的Enter，CLS，“”等键及运行控制键Start。现对这些按键的功能分析说明如下：1数字键09用来设置参数。在当前编辑位上输入数字，每按1个数字键，便覆盖原数字。 2参数设置键ON，OFF，T3个键用来选择设置何种参数。设置流程为：按3个中任一个，以选择参数项目；通过数字键送入第一位，通过“-”键切换到下一位；再送入数字，一直到4位数字全部送完，通过回车键Enter确认。前2个参数采用定点数，小数位为1位。在输入过程中，如果出现错