微弧氧化（MAO）是一種在金屬表面原位生長(zhǎng)陶瓷層的表面處理技術(shù)，該技術(shù)是利用等離子體化學(xué)和電化學(xué)原理，使材料表面產(chǎn)生微區(qū)弧光放電，在化學(xué)、電化學(xué)和等離子體的共同作用下，原位生長(zhǎng)陶瓷層的新技術(shù)。微弧氧化電源是保證微弧氧化工藝的關(guān)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(chǎng)以及過程參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和控制。 

      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。本文所設(shè)計(jì)的微弧氧化電源控制系統(tǒng)的主要任務(wù)就是根據(jù)工藝要求，對(duì)微弧氧化控制系統(tǒng)的晶閘管、IGBT等模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成設(shè)置工藝要求、存儲(chǔ)工藝編號(hào)、輸出報(bào)警信號(hào)的功能。

      基于LPC2119的微弧氧化電源控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已研制成功并應(yīng)用到實(shí)際產(chǎn)品，效果很好。此系統(tǒng)把LPC2119處理器和uC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)相結(jié)合應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，并且采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線來通信，大大提高了系統(tǒng)的高穩(wěn)定性和可靠性；可按上位機(jī)的設(shè)置來選擇恒壓或者恒流的工作方式；可設(shè)置電壓調(diào)整范圍在0"1000伏（不同型號(hào)最高值不同）；脈沖頻率在20Hz"10KHz可調(diào)；占空比在5%"95%之間可調(diào)。此系統(tǒng)方便維護(hù)和擴(kuò)展，足以滿足現(xiàn)在微弧氧化電源控制系統(tǒng)的需求。下面就來說明本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具體從硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面說明。

      一、硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

      1.最小系統(tǒng)部分

      最小系統(tǒng)由復(fù)位電路、晶振電路、電源電路、LPC2119組成。復(fù)位芯片采用的是MAX809監(jiān)控芯片，它可以輸出寬度高達(dá)240MS的低電平復(fù)位脈沖，足以保證系統(tǒng)的，實(shí)時(shí)復(fù)位；外部晶振設(shè)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(kuò)展存儲(chǔ)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。 2.A/D和D/A轉(zhuǎn)換部分 

      TLC2543是TI公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。它具有10μs的轉(zhuǎn)換時(shí)間，11個(gè)模擬輸入通道，串行輸入結(jié)構(gòu)，支持SPI總線時(shí)序（而LPC2119本身就有SPI接口，這就節(jié)省了I/O資源），且價(jià)格適中，分辨率較高。 

      MAX5322是±10V雙12位串口數(shù)模轉(zhuǎn)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(shí)間為10us，由于它也是串行輸入結(jié)構(gòu)，支持SPI總線時(shí)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(shè)計(jì)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(shí)時(shí)電壓和電流值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，通過CAN總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行顯示；MAX5322的作用是把上位機(jī)設(shè)置的工作電壓和工作電流值轉(zhuǎn)換為模擬量用來控制晶閘管的輸出，使其在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)置的電壓。當(dāng)有正負(fù)兩路輸出時(shí)，增加一個(gè)MAX5322便可達(dá)到要求。 

      CAN接口部分的作用是向上位機(jī)傳送要顯示的一些變量和向下位機(jī)傳送上位機(jī)設(shè)置的變量，如電壓，電流，PWM的頻率、占空比、正脈沖和負(fù)脈沖的個(gè)數(shù)等。CAN總線以其高性能、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于控制系統(tǒng)中的檢測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的數(shù)據(jù)通信中，已被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一，它是多主總線，通信介質(zhì)可以是雙絞線，通信速率可達(dá)1M/s，最遠(yuǎn)通信距離可達(dá)10km。是一種支持分布式實(shí)時(shí)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(gè)CAN的收發(fā)器PCA82C250，便可驅(qū)動(dòng)CAN總線通信。

      4.E2PROM部分 

      E2PROM完成對(duì)工藝編號(hào)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。本文采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT24C64芯片，其存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)通信。 

      二、軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

      本系統(tǒng)功能多且復(fù)雜，基于工業(yè)控制對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求的考慮，采用了實(shí)時(shí)性較高的uC/OS-II嵌入式操作系統(tǒng)。μC/OS-II是一個(gè)采用基于固定優(yōu)先級(jí)的占先式調(diào)度方式的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性，此外，μC/OS-II的鮮明特點(diǎn)就是源碼公開，便于移植和維護(hù)。本系統(tǒng)的任務(wù)順序如下： 

      任務(wù)一：建立任務(wù)二，任務(wù)三和任務(wù)四； 

      任務(wù)二：通過CAN接口接收上位機(jī)發(fā)送過來的信號(hào)，包括預(yù)先設(shè)好的參數(shù)值；（由上位機(jī)定時(shí)發(fā)送過來） 

      任務(wù)三：進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，PID調(diào)節(jié)，D/A轉(zhuǎn)換；這三者緊密相連：A/D轉(zhuǎn)換把輸入的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并作為PID調(diào)節(jié)的輸入，而PID調(diào)節(jié)的輸出通過D/A轉(zhuǎn)換輸出到晶閘管的輸入端，從而改變模塊的輸出； 

      任務(wù)四：E2PROM完成工藝編號(hào)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，CAN接口將輸出的參數(shù)值傳送給上位機(jī)顯示； 

      快速中斷：當(dāng)接到上位機(jī)的開始或者結(jié)束信號(hào)時(shí)，PWM快速中斷分別產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)和停止信號(hào)，此處對(duì)響應(yīng)速度的要求較高，如果不及時(shí)就可能燒壞模塊，所以必須采用快速中斷。