1．引言

　　微弧氧化（mao）是一種在金屬表面原位生長陶瓷層的表面處理技術，該技術是利用等離子體化學和電化學原理，使材料表面產(chǎn)生微區(qū)弧光放電，在化學、電化學和等離子體的共同作用下，原位生長陶瓷層的新技術。微弧氧化電源是保證微弧氧化工藝的關鍵環(huán)節(jié)之一，其主要功能是在微弧氧化處理生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生和控制具有脈沖電場以及過程參數(shù)的自動檢測和控制。

　　本文研制的微弧氧化電源采用功率模塊換流技術，實現(xiàn)了微弧氧化工藝所需的高電壓、大電流、寬頻帶和高質正、負脈沖輸出。利用基于arm的自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)電壓、電流、脈沖頻率、占空比等電參數(shù)的自動監(jiān)控。arm（advanced risc machines）處理器是一種32位嵌入式微處理器，和工業(yè)控制計算機相比，arm嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點；和參考文獻2[2]中的16位單片機相比，arm嵌入式微處理器具有速度快、功能多、功耗低、擴展性好等優(yōu)點。而本文研制的微弧氧化電源控制系統(tǒng)采用的cpu就是基于arm7的lpc2119處理器，它是一種支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16/32位cpu，具有零等待的256k的片內(nèi)flash和16k的sram，無需擴展存儲器，內(nèi)部具有uart、硬件i2c、spi總線、pwm、定時器、adc、can總線控制器等眾多外圍部件，功能強大。

2．控制系統(tǒng)的說明

　　微弧氧化電源的主電路由變壓器輸出、可控硅整流、電感電容濾波、igbt斬波變換器四部分組成[3]。本文所設計的微弧氧化電源控制系統(tǒng)的主要任務就是根據(jù)工藝要求，對微弧氧化控制系統(tǒng)的晶閘管、igbt等模塊進行驅動，完成設置工藝要求、存儲工藝編號、輸出報警信號的功能。所以本控制系統(tǒng)分為以下幾個部分：

　　最小系統(tǒng)部分：產(chǎn)生cpu工作電源、外部晶振及jatag調(diào)試口；

　　a/d和d/a轉換部分：采集電壓和電流值，并把設置值發(fā)送到晶閘管模塊；

　　輸入輸出部分：產(chǎn)生一些輸入和輸出信號；

　　can通信部分：傳送和接收一些設置參數(shù)；

　　e2prom部分：完成對工藝編號和實時數(shù)據(jù)的存儲。

3．硬件系統(tǒng)的設計

3.1最小系統(tǒng)部分

　　最小系統(tǒng)由復位電路、晶振電路、電源電路、lpc2119組成。復位芯片采用的是max809監(jiān)控芯片，它可以輸出寬度高達240ms的低電平復位脈沖，足以保證系統(tǒng)的，實時復位；外部晶振設定為11.0592mhz，內(nèi)部最大可倍頻至60mhz，大大提高了cpu的速度；電源電路部分主要給lpc2119提供其所需兩種電壓，一種是給外部端口供電的3.3伏，一種是給arm核供電的1.8伏；lpc2119具有零等待的256k的片內(nèi)flash和16k的sram，無需擴展存儲器，還自帶看門狗功能，這樣不僅為系統(tǒng)節(jié)約了資源，也提高了可靠性。

3.2 a/d和d/a轉換部分

　　tlc2543是ti公司的12位串行模數(shù)轉換器，使用開關電容逐次逼近技術完成a/d轉換過程。它具有10μs的轉換時間，11個模擬輸入通道，串行輸入結構，支持spi總線時序（而lpc2119本身就有spi接口，這就節(jié)省了i/o資源），且價格適中，分辨率較高。

　　max5322是±10v雙12位串口數(shù)模轉換器，工作電壓±12v~ ±15v，輸出從±5v~ ±10v，有極好的inl和dnl線性度，最大值為±1lsb，到0.5lsb的建立時間為10us，由于它也是串行輸入結構，支持spi總線時序，所以max5322和tlc2543可共用spi總線，只需通過片選來選擇不同的芯片，這樣設計既節(jié)省了lpc2119的i/o資源，又方便了編程。

　　tlc2543的作用是把采集到的實時電壓和電流值轉換為數(shù)字值，通過can總線傳輸?shù)缴衔粰C進行顯示；max5322的作用是把上位機設置的工作電壓和工作電流值轉換為模擬量用來控制晶閘管的輸出，使其在極短的時間內(nèi)達到設置的電壓。當有正負兩路輸出時，增加一個max5322便可達到要求。

3.3 can通信部分

　　can接口部分的作用是向上位機傳送要顯示的一些變量和向下位機傳送上位機設置的變量，如電壓，電流，pwm的頻率、占空比、正脈沖和負脈沖的個數(shù)等。can總線以其高性能、高可靠性、實時性等優(yōu)點，被廣泛應用于控制系統(tǒng)中的檢測和執(zhí)行機構之間的數(shù)據(jù)通信中，已被公認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一，它是多主總線，通信介質可以是雙絞線，通信速率可達1m/s，最遠通信距離可達10km。是一種支持分布式實時控制系統(tǒng)的串行通信局域網(wǎng)[1]。lpc2119自身就集成有can控制器，因此只需外加一個can的收發(fā)器pca82c250，便可驅動can總線通信。

3.4 e2prom部分

　　e2prom完成對工藝編號和實時數(shù)據(jù)的存儲。本文采用atmel公司生產(chǎn)的at24c64芯片，其存儲大小為8192字節(jié)；始終可讀寫；至少100萬次擦寫；至少100年數(shù)據(jù)保存期。它支持i2c總線，而lpc2119集成有i2c總線接口，這樣就可硬件實現(xiàn)通信。

4．軟件系統(tǒng)的設計

　　本系統(tǒng)功能多且復雜，基于工業(yè)控制對系統(tǒng)實時性要求的考慮，采用了實時性較高的uc/os-ii嵌入式操作系統(tǒng)。μc/os-ii是一個采用基于固定優(yōu)先級的占先式調(diào)度方式的實時多任務內(nèi)核，可