基于PIC单片机的电镀脉冲电源设计.docx

基于PIC单片机的电镀脉冲电源设计电气工程及其自动化摘要脉冲电镀实际上是-•种通断直流电镀脉冲电镀过程中，当电流导通时，脉冲（蜂值）电流相当于普通育•流电流的几 倍甚至几卜倍，正址这个瞬时高电流密度使金属离了在极高的过电位卜•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垂结晶、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木设计采用pic单片机对脉冲进行控制，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关键词：电镀：脉冲电源：PIC单片机AbstractPulse electroplating is actually an on-off DC plating. Pulse electroplating process, when the cuiTent is switched on, the pulse （peak） several times the current equivalern to an ordinary DC current or even several times, it is the instantaneous high cuiTenl density of metal ions reduction in potential high, so the grain became fine; when the current is turned off, the cathode aiea near the discharge ion and return to the initial concentration, the concentration polarization is eliminated, the beneficial cycle pulse next to continue to use the high pulse curren【density （peak）, at the same lime turn-off period accompanied by recrystallization, favorable to the deposition layer desoiption phenomena. Tliis process synchronization throughout the whole plating process from beginning to end, the mechanism of which contain constitute the most basic principle of pulse plating.This design uses PIC microcontroller control of pulse, practice has proved, pulse electroplating in refining crystallization, improve the physical and chemical properties, such as coating save precious metal than traditional DC plating has the incomparable superiority.Keywords: Plating;Pulse power;PIC microcontroller一、脉冲电镀电源概述（一） 什么是脉冲电镀脉冲电镀所依据的电化学原理，主要是利用脉冲电压或脉冲电流的张弛（间隙工作），增强阴极的 活性极化和降低阴极的浓差极化，从而有效地改善镀层的物理化学特性。

在脉冲电镀过程中，电流导 通吋，接近阴极的金属离子充分地被沉积，Hu电流关断吋，阴极周围的放电离子乂恢复到初始浓度°脉 冲电镀时的导通电流密度，远远大于直流电源电镀吋的电流密度，这将使金属离子处在貢流电镀实现不 了的极高过电位下电沉积，其结果不仅能改善镀层的物理化学特性，而且还能降低析出电位较负金二） 脉冲电镀的优点脉冲电镀与直流电镀相比，概括起來有以下几个优点：1•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，山于脉冲电源输出为间 歇性矩形方波，在脉冲导通期间，金属离子在工件表而沉积的晶粒在镀液中溶解，使得工件表而沉积的 晶粒细化，镀层致密，大大降低了镀层的孔隙率实践农明，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2. 镀层应力低，成分稳定，深镀能力强 结品细化，改善与提筒镀层的均镀能力：脉冲电镀吋， 山于脉冲瞬间阴极表而上具有很高的电流密度如镀金吋瞬间电流密度可比平均电流密度左（1012）倍 这就使殆核形成的速度大于晶核成长的速度脉冲镀层的晶粒般为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。

3. 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-般说其 镀属厚度，脉冲镀比直流镀可减少4. 改善镀层的物理性能降低表而电阻和体电阻，提高导电性，增大耐磨性，减少应力孰化镀银 脉冲镀层的耐磨能力要比直流镀层增加一倍山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5. 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, 白银的每年用最超过百吨它主要用于电镀涂层，山于镀层超厚其金、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%,镀件受镀吋间减少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综上所述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看不町比拟的优越性因此研究新型高效的基于单片机脉冲电源的 设计是十分有必要的二、 毕业设计(论文)的主要内容、功能及技术指标1、 熟悉电镀工艺中脉冲电源的性能要求；2、 主电路的设计3、 控制电路设计;4、 键盘、显示电路设计；5、 绘制软件框图、编程并对部分程序做调试；6、 专业英文文献翻译。

7、 主要技术指标(1) 供电电源：3 相,50HZ, 380Vo(2) 输出峰值电流：4-40A,连续可调3) 输出电压幅值:3-30V,连续可调4) 脉冲频率：1-10KHZ,可调5) 脉冲占空比:40-70%,可调6) 脉冲宽度:ton: 1-100ms；(7) 电流电压波形:脉冲，键盘设定8) 工作方式:恒流/压任选9) 电镀时间可键盘设定，为0-9999S三、 硬件设计(一)主电路设计主电路山三部分构成，分别为电源部分、斩波部分、调压部分电源部分采用三相全控桥式整流电 路，斩波部分采用M0SFET场效应管的通断来控制，调压部分采用脉冲式变压器完成图1主电路示意图(二)控制电路设计电源控制电路釆用负反馈控制，使其输出电压或电流保持稳定，并达到一定的稳压或精度开关电 源的主电路及反馈控制电路构成了一个自动控制系统，其结构如图所示 控制Vt通断-——控制触发角nPic单片机—— -ut- 电流转换电路 一io 吒 I图2控制电路结构图电镀电源的主电路主要处理电能，而控制电路主要处理电信号，属于“弱电”电路，但它控制着主 电路中的开关器件的工作，一口出现失误，将造成严重后果，使整个电源停止工作或损坏。

设计电源控制电路主要考虑两个方面的因素：一是负载和外界环境；二是电源的主电路的特性结 合本次设计要求和以上两方而的因素，该控制电路主要具有电压检测模块、输出显示模块、键盘设定模 块、单片机构成，英原理图下图所示：/ X键盘 输入 Z电压 反馈图3控制电路原理图(1) 电压检测模块-15VII.-15V图4电压检测电路电源在T•作过程中，当输入输出的条件变化吋，电源应具备门动调节的功能这就要求电源的控制 电路具有稳沱输岀的功能控制电路能对主电路的输岀电床进行检测，然后将检测值同设足的参考值相 比较得出误差值，利用该误差值进行一定计算和处理后去控制主电路，使输出值不断的接近设定值，从 而达到稳定输出的目的电路运行时，电压检测电路将输出电斥转化为驻片机能够识别的电信号输入吃 片机，并和设立基准值进行比较得出差值，Z后单片机经过程序计算后得出新的p\m波形來控制晶闸管 导通角來调整电压2) 输出显示模块在控制系统中设计相应的显示模块，实时显示输出电压、电流、频率本次设计釆用741S373八段 透明锁存器Q 口接电阻后驱动七段发光二极管來进行数据显示373为三态输岀的八段透明锁存器，共有54S373和74LS373两种线路373的输出端Q0〜Q7可 直接与总线相连。

当三态允许控制端0E为低电平时，Q0〜Q7为止當逻辑状态，可用來驱动负载或总线当0E为高 电平时，Q0〜Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变当LE为低电平时，D被锁存在己建立的数据 电平当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400诃图5显示电路图中只画出了一位led数码管的显示电路，而实际线路是8位led数码显示电路，共使用了 8片 741s373 8位数据锁存芯片，cpu送來的数据通过742373锁存器进行锁存输出显示3) 键盘设定模块在控制系统中设计加入相应的键盘设定模块，可以完成对输出频率占空比等参数的设定°本设计采 用741S245作为键盘接口，构成按键扫描电路，打描到的电路通过c 口输出到cpu的总线上图6键盘电路工作原理与功能：简单的流程为：主程序扫描键盘，将设置信息输入，处理后，输出到LED显示器显示与晶闸管驱动 电路单片机的晶振为11.0592MHz,用到了三个定时器，分别进行频率、占空比与电镀时间的定吋，三个 定时器都是工作在方式1根据计算定时器初值的公式：计算出定时器所要装入的初值。

频率及占空比的显示电路山74LS373构成的驱动电路和LED数码显示管组成，利用八个数码管来显 示，有两位是用來显示频率的，有两位是显示占空比的，还有四位是显示定时时间的为了区分不同功 能，显示占空比的两位用绿色发光led显示器此电路的键盘是山一•个状态键，四个功能键（调节频率、占空比与时间的增减）纽•成，其特殊之处 在于利用外部中断实现键盘扫描状态键有三种状态，当其处于状态0时，则其它的键会处于无用状态, 当其处于状态1时，可通过按两个调节键來调节频率，处于第三种状态时，按四个调节键中的前两个便 可对占空比进行调节了，处于第四种状态时，按四个调节按键可以对电镀定时进行设定四、软件设计本设计采用PTC16F877单片机做为控制芯片，PTC16F877单片机支持C语言编程，C语言编程的特 点是逻辑结构清晰、可读性和可维护性好、可进行结构化编程，兼容性好，移植方便在开发过程中， PIC的C语言源程序经过编译Z后生成相应的机器码文件，再将机器码写入到相应的PIC芯片既可投入 使用软件部分采用C语言编程实现模块化结构，将其功能模块。