??? 摘 要：介紹一種基于單片機(jī)89C51組成的高壓靜電發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)，以及HD7279A接口芯片、頻壓轉(zhuǎn)換、光電隔離電路、高壓倍壓整流電路在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用和系統(tǒng)軟件控制流程。
??? 關(guān)鍵詞：高壓靜電; 靜電場(chǎng); 頻壓轉(zhuǎn)換; 倍壓整流
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??? 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)尤其是現(xiàn)代電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，“靜電”已被應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如靜電選礦、靜電除塵、靜電紡紗、靜電植絨、靜電噴涂、靜電防腐、靜電透藥、靜電固件等靜電技術(shù)的應(yīng)用，在社會(huì)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)映霾桓F。
1 靜電場(chǎng)
??? 靜電技術(shù)的應(yīng)用，離不開高壓靜電場(chǎng)。而高壓靜電場(chǎng)則須由高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生。高壓靜電發(fā)生器，實(shí)際上是一種高壓直流電源，能產(chǎn)生數(shù)千伏到數(shù)萬(wàn)伏或更高的直流電壓。高壓靜電電場(chǎng)的強(qiáng)弱，由形成電場(chǎng)的正、負(fù)兩極控制。實(shí)質(zhì)上是由高壓靜電發(fā)生器的兩輸出極正、負(fù)極控制，且可以調(diào)節(jié)，以針對(duì)不同的目標(biāo)體和環(huán)境輸出不同的高壓靜電電壓。
2? 高壓靜電發(fā)生器的原理結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)
??? 本文所介紹的高壓靜電發(fā)生器是一種由89C51單片機(jī)控制的可產(chǎn)生數(shù)千伏和數(shù)萬(wàn)伏的可調(diào)高壓輸出裝置。其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示。
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??? 其工作原理是：由鍵盤輸入欲產(chǎn)生電壓的伏值數(shù)經(jīng)鍵盤與LED控制芯片HD7279A送入89C51單片機(jī)，同時(shí)HD7279A將伏值數(shù)送LED數(shù)碼管顯示。89C51單片機(jī)根據(jù)HD7279A輸送的電壓伏值數(shù)進(jìn)行選頻，選擇對(duì)應(yīng)產(chǎn)生該伏值數(shù)頻率的脈沖電壓，經(jīng)光電隔離、前置放大、功率放大后，驅(qū)動(dòng)升壓裝置，使升壓變壓器升壓，再經(jīng)高壓倍壓整流后，輸出與鍵盤輸入的伏值數(shù)相對(duì)應(yīng)的直流靜電高壓供外部使用。
2.1輸入/輸出電路設(shè)計(jì)
??? 高壓靜電發(fā)生器的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出顯示電路由鍵盤與LED控制芯片HD7279A與89C51單片機(jī)接口構(gòu)成。根據(jù)輸入和輸出電壓伏值數(shù)的要求，與HD7279A接口的鍵盤和數(shù)碼顯示電路采用了4×5鍵盤和4位LED數(shù)碼顯示器。HD7279A與89C51單片機(jī)的接口電路如圖2所示[1]。
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??? HD7279A是一種管理鍵盤和LED顯示器的輸入/輸出專用智能控制接口芯片。它能對(duì)8位共陰極LED數(shù)碼管顯示器或64個(gè)LED發(fā)光管進(jìn)行管理、控制和驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，能對(duì)多達(dá)8×8的鍵盤矩陣的按鍵進(jìn)行監(jiān)視和管理，且具有自動(dòng)清除按鍵抖動(dòng)并識(shí)別按鍵產(chǎn)生的代碼的功能，因而提高了CPU的工作效率。HD7279A與89C51單片機(jī)之間接口的特點(diǎn)：
??? (1)采用了串行接口。HD7279A采用串行方式與CPU通信，串行數(shù)據(jù)從DATA引腳送入芯片，并由CLK端的信號(hào)同步后寫入HD7279A的緩存器。
??? (2)接口電路和外圍電路簡(jiǎn)單。
??? (3)節(jié)省單片機(jī)89C51的I/O口，占用口線少。
??? (4)性能價(jià)格比高。
2.2頻壓轉(zhuǎn)換與光電隔離
??? 直流高壓靜電發(fā)生器要求輸出多檔電壓，要產(chǎn)生數(shù)千到數(shù)萬(wàn)伏的直流高壓靜電，因此必須將220 V的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再轉(zhuǎn)換成脈沖電壓，然后將脈沖電壓升壓，經(jīng)高壓倍壓整流后得到輸出高壓。將直流電壓轉(zhuǎn)換成可變頻的脈沖電壓必須有一個(gè)可控、可變頻的振蕩源，這個(gè)振蕩源一般用模擬或數(shù)字電路構(gòu)成。而在高壓靜電發(fā)生器里，采用89C51單片機(jī)的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0替代了上述的可控/變頻振蕩源。通過(guò)對(duì)單片機(jī)89C51的T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器編程，產(chǎn)生不同頻率的脈沖電壓從P1.0口輸出，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生不同伏值的靜電電壓。這就是所謂的頻壓轉(zhuǎn)換，即單片機(jī)89C51的T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生不同頻率的脈沖電壓經(jīng)放大、升壓、倍壓整流后，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于頻率的不同的直流靜電高壓并輸出。
??? 由于高壓靜電發(fā)生器產(chǎn)生數(shù)千到數(shù)萬(wàn)伏的電壓，為了保護(hù)89C51單片機(jī)不被高壓電路產(chǎn)生的故障向前饋而損毀，故在單片機(jī)和升壓電路之間采用了光電隔離電路4N35，以保護(hù)89C51單片機(jī)的安全。頻壓轉(zhuǎn)換與隔離電路如圖3所示，頻壓轉(zhuǎn)換曲線如圖4所示。
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2.3升壓及高壓倍壓整流電路
??? 由單片機(jī)89C51P1.0口輸出的不同頻率的脈沖電壓經(jīng)4N35光電隔離后送前放電路放大后再送功率驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行功率放大后驅(qū)動(dòng)升壓變壓器升壓，然后經(jīng)高壓倍壓整流后輸出(見圖1)。
??? 升壓及高壓整流電路的特點(diǎn)是采用了雙路高壓倍壓整流電路，以提高高壓倍壓整流電路的功效。為了使高壓倍壓整流電路絕緣效果良好，高壓倍壓整流電路采用環(huán)氧樹脂封裝，其電路結(jié)構(gòu)如圖5所示。
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3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
??? 軟件設(shè)計(jì)的核心是使89C51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0產(chǎn)生不同頻率的脈沖電壓去對(duì)應(yīng)產(chǎn)生不同的高壓伏值。若使P1.0口輸出不同頻率的脈沖電壓，就必須對(duì)89C51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器和P1.0口編程。其主控程序流程框圖如圖6所示[2]。
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??? 本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與靜電技術(shù)的結(jié)合,用數(shù)字化計(jì)算機(jī)控制技術(shù)替代了模擬電子控制技術(shù)，使高壓靜電發(fā)生器的輸入、輸出信號(hào)顯示從模擬化變成了數(shù)字化，且應(yīng)用C語(yǔ)言編程和頻壓轉(zhuǎn)換技術(shù)使單片機(jī)產(chǎn)生不同頻率的脈沖電壓，從而產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的靜電高壓并輸出。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙依軍，胡戎．單片微機(jī)接口技術(shù)．北京：人民郵電出版社，1989.
[2]?陳龍山．8051單片機(jī)Ｃ語(yǔ)言控制與應(yīng)用．北京：清華大學(xué)出版社，1999.