18 《信息化纵横》2009年第7期 硬件纵横 Hardware Technique 欢迎网上投稿www.pcachina.com 随着现代科学技术尤其是现代电子技术和计算机 技术的发展, "静电" 已被应用于现代社会的各个生产领 域,如静电选矿、静电除尘、静电纺纱、静电植绒、 静电喷涂、静电防腐、静电透药、静电固件等静电技 术的应用,在社会各个生产领域层出不穷. 1 静电场 静电技术的应用,离不开高压静电场.而高压静 电场则须由高压静电发生器产生.高压静电发生器, 实际上是一种高压直流电源,能产生数千伏到数万伏 或更高的直流电压.高压静电电场的强弱,由形成电 场的正、负两极控制.实质上是由高压静电发生器的 两输出极正、负极控制,且可以调节,以针对不同的 目标体和环境输出不同的高压静电电压. 2 高压静电发生器的原理结构与设计 本文所介绍的高压静电发生器是一种由89C51单片 机控制的可产生数千伏和数万伏的可调高压输出装置.其原理结构如图1所示. 其工作原理是:由键盘输入欲产生电压的伏值数 经键盘与LED控制芯片HD7279A送入89C51单片机,同时 HD7279A将伏值数送LED数码管显示.89C51单片机根据 HD7279A输送的电压伏值数进行选频,选择对应产生该 伏值数频率的脉冲电压,经光电隔离、前置放大、功 率放大后,驱动升压装置,使升压变压器升压,再经 高压倍压整流后,输出与键盘输入的伏值数相对应的 直流静电高压供外部使用. 2.1 输入 / 输出电路设计 高压静电发生器的数据输入和数据输出显示电路 由键盘与LED控制芯片HD7279A与89C51单片机接口构 成.根据输入和输出电压伏值数的要求,与HD7279A接 口的键盘和数码显示电路采用了4*5键盘和4位LED数 码显示器.HD7279A与89C51单片机的接口电路如图2所示[1] . HD7279A是一种管理键盘和LED显示器的输入/输出 专用智能控制接口芯片.它能对8位共阴极LED数码管 显示 器或64个LED发光 管进 行 管理 、控制和驱 动. 同时,能对多达8*8的键盘矩阵的按键进行监视和管理, 基于 89C51 单片机的高压静电发生器设计与实现 王光平 (武汉理工大学 计算机科学与技术学院,湖北 武汉 430070) 摘要:介绍一种基于单片机 89C51 组成的高压静电发生器的原理结构与设计,以及 HD7279A 接口芯片、频压转换、光电隔离电路、高压倍压整流电路在设计中的应用和系统软件控制流程. 关键词:高压静电; 静电场; 频压转换; 倍压整流 中图分类号:TP391.8 文献标识码:A Design and implementation of high-voltage static generator based on 89C51 WANG Guang Ping (Computer Science and Technology College,Wuhan University of Technology , Wuhan 430070, China) Abstract: This paper introduced the principle structure and design of high-voltage static generator based on 89C51 single-chip microcomputer, as well as HD7279A interface chips, frequency voltage conversion, optical isolation circuit, high-voltage rectifier circuit in the design application and system software control flow. Key words: high-voltage static; electrostatic field; frequency voltage conversion; voltage rectifier 图1 高压静电发生器原理结构图 《信息化纵横》2009年第7期19 硬件纵横 Hardware Technique 且具有自动清除按键抖动并识别按键产生的代码的功 能,因而提高了CPU的工作效率.HD7279A与89C51单片 机之间接口的特点: (1)采用了串行接口.HD7279A采用串行方式与CPU 通信,串行数据从DATA引脚送入芯片,并由CLK端的 信号同步后写入HD7279A的缓存器. (2)接口电路和外围电路简单. (3)节省单片机89C51的I/O口,占用口线少. (4)性能价格比高. 2. 2 频压转换与光电隔离 直流高压静电发生器要求输出多档电压,要产生 数千到数万伏的直流高压静电,因此必须将220 V的交 流电转换成直流电,再转换成脉冲电压,然后将脉冲 电压升压,经高压倍压整流后得到输出高压.将直流 电压转换成可变频的脉冲电压必须有一个可控、可变 频的振荡源,这个振荡源一般用模拟或数字电路构成.而在高压静电发生器里,采用89C51单片机的可编 程定时/计数器T0替代了上述的可控/变频振荡源.通过 对单片机89C51的T0定时/计数器编程,产生不同频率的 脉冲电压 从P1.0口输出 ,对应 产生不 同伏 值的静 电电 压.这就是所谓的频压转换,即单片机89C51的T0定时/ 计数器产生不同频率的脉冲电压经放大、升压、倍压 整流后,产生对应于频率的不同的直流静电高压并输 出.由于高压静电发生器产生数千到数万伏的电压, 为了保护89C51单片机不被高压电路产生的故障向前馈 而损毁,故在单片机和升压电路之间采用了光电隔离 电路4N35,以保护89C51单片机的安全.频压转换与隔 离电路如图3所示,频压转换曲线如图4所示. 2 . 3 升压及高压倍压整流电路 由单片机89C51P1.0口输出的不同频率的脉冲电压经 4N35光电隔离后送前放电路放大后再送功率驱动电路进 行功率放大后驱动升压变压器升压,然后经高压倍压 整流后输出(见图1). 升压及高压整流电路的特点是采用了双路高压倍 压整流电路,以提高高压倍压整流电路的功效.为了 使高压倍压整流电路绝缘效果良好,高压倍压整流电 路采用环氧树脂封装,其电路结构如图5所示. 图5 升压及高压倍压整流电路 3 系统软件设计 软件设计的核心是使89C51单片机的定时/计数器T0 产生不同频率的脉冲电压去对应产生不同的高压伏值.若使P1.0口输出不 同频率 的脉冲 电压, 就必须 对图2 HD7279A与89C51接口电路 图4 频率电压转换图 图3 频压转换与隔离电路 (下转第23页) 《信息化纵横》2009年第7期23 硬件纵横 Hardware Technique return(0); } 基于SPI总线的数据通信技术已经广泛应用在MCU 与各种外围设备的串行通信中.如存储系统、A/D转换 系统、网络控制器和多MCU构成的分布式系统.本文 给出了74HC595芯片驱动LED数码管显示的电路,采用 SPI总线技术实现对LED显示的数据传输,方便快捷、准 确性高、速度快,满足了复杂微控制系统对外围设备 控制的要求. 参考文献 [1] 广州周立功单片机发展有限公司.EasyARM2103教材.2007: 图6 主控程序流程图89C51单片机的定时/计数器和P1.0口编程.其主控程序 流程框图如图6所示[2] . 本设计的特点是实现了单片机与静电技术的结合, 用数字化计算机控制技术替代了模拟电子控制技术, 使高压静电发生器的输入、输出信号显示从模拟化变 成了数字化,且应用C语言编程和频压转换技术使单片 机产生不同频率的脉冲电压,从而产生相对应的静电 高压并输出. 参考文献 [1] 赵依军,胡戎.单片微机接口技术.北京:人民邮电出版 社,1989. [2] 陈龙山.8051单片机C语言控制与应用.北京:清华大学出 版社,1999. (收稿日期:2008-12-17) 98-108. [2] 华卓立,姚若河.一种通用SPI总线接口的FPGA设计与实现 [J].微计算机信息,2008, 24(6): 212-213. [3] 周立功.ARM嵌入式系统基础教程.北京:北京航空航天大 学出版社,2005: 350-354. [4] 张经爱,许凯华,刘玉华.基于MSP430的模拟SPI串口通信 的实现[J].计算机工程与设计,2008, 29(5): 1169-1171. [5] 蔡尧,崔峰,贺玉成,等.Liunx环境下基于MPC8250的SPI 接口驱动程序开发[J].电子元器件应用,2007, 9(11): 12-15. (收稿日期:2009-01-12) (上接第19页) (上接第17页) 温度、烟尘密度、振动强度、压力、气体流量等 相关数据获取的有效性、实时性.对数据进行分类汇 总,并实时存储到数据库中进行数据挖掘是整个系统 的关键所在. 数据挖掘技术在焦化除尘中的应用研究为提高出 焦质量、减少烟尘和粉尘排放、建设节约型工业提供 了一种新的尝试方法.同时,提高了PLC焦化出焦除尘 系统的抗干扰能力和运行稳定性,改进生产,节约资 金和维护费用. 参考文献 [1] 劳有兰,曾文波,宁常红,等.基于PLC焦化出焦除尘控制系统的 设计. 广西工学院学报, 2005, 16(3). [2] 叶清, 赵守庭. PI-C在焦炉出焦除尘控制系统中的应用[J]. 基 础自动化, 2000(2): 39-41. [3] 舒世则, 王红玉, 常士忠, 等. PLC控制在焦炉出焦除尘系统中 的应用. 河南冶金, 2001(5). [4] 范明, 孟小峰. 数据挖掘概念与技术[M].北京:机械工业出 版社,2001. [5] 康晓东. 基于数据仓库的数据挖掘技术[M]. 北京: 机械工业出 版社, 2004. [6] 范明, 范宏建. 数据挖掘导论[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006. [7] HAN Jia Wei, KAMBER M.Data Mining Concepts and Techniques [M]. China Machine Press, 2005. [8] LECH Polkowski, SHUSAKU Tsumoto,TSAU Y. Lin.Rough Set Method and Applicaions: New Deverlopments in Knowledge Dis- covery in Information Systems.Physica-Verlag,2000,56: 649-681. [9] 李萌. 基于粗集理论的数据挖掘的数据预处理研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004. (收稿日期:2009-02-11)
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18 《信息化纵横》2009年第7期 硬件纵横 Hardware Technique 欢迎网上投稿www.pcachina.com 随着现代科学技术尤其是现代电子技术和计算机 技术的发展, "静电" 已被应用于现代社会的各个生产领 域,如静电选矿、静电除尘、静电纺纱、静电植绒、 静电喷涂、静电防腐、静电透药、静电固件等静电技 术的应用,在社会各个生产领域层出不穷. 1 静电场 静电技术的应用,离不开高压静电场.而高压静 电场则须由高压静电发生器产生.高压静电发生器, 实际上是一种高压直流电源,能产生数千伏到数万伏 或更高的直流电压.高压静电电场的强弱,由形成电 场的正、负两极控制.实质上是由高压静电发生器的 两输出极正、负极控制,且可以调节,以针对不同的 目标体和环境输出不同的高压静电电压. 2 高压静电发生器的原理结构与设计 本文所介绍的高压静电发生器是一种由89C51单片 机控制的可产生数千伏和数万伏的可调高压输出装置.其原理结构如图1所示. 其工作原理是:由键盘输入欲产生电压的伏值数 经键盘与LED控制芯片HD7279A送入89C51单片机,同时 HD7279A将伏值数送LED数码管显示.89C51单片机根据 HD7279A输送的电压伏值数进行选频,选择对应产生该 伏值数频率的脉冲电压,经光电隔离、前置放大、功 率放大后,驱动升压装置,使升压变压器升压,再经 高压倍压整流后,输出与键盘输入的伏值数相对应的 直流静电高压供外部使用. 2.1 输入 / 输出电路设计 高压静电发生器的数据输入和数据输出显示电路 由键盘与LED控制芯片HD7279A与89C51单片机接口构 成.根据输入和输出电压伏值数的要求,与HD7279A接 口的键盘和数码显示电路采用了4*5键盘和4位LED数 码显示器.HD7279A与89C51单片机的接口电路如图2所示[1] . HD7279A是一种管理键盘和LED显示器的输入/输出 专用智能控制接口芯片.它能对8位共阴极LED数码管 显示 器或64个LED发光 管进 行 管理 、控制和驱 动. 同时,能对多达8*8的键盘矩阵的按键进行监视和管理, 基于 89C51 单片机的高压静电发生器设计与实现 王光平 (武汉理工大学 计算机科学与技术学院,湖北 武汉 430070) 摘要:介绍一种基于单片机 89C51 组成的高压静电发生器的原理结构与设计,以及 HD7279A 接口芯片、频压转换、光电隔离电路、高压倍压整流电路在设计中的应用和系统软件控制流程. 关键词:高压静电; 静电场; 频压转换; 倍压整流 中图分类号:TP391.8 文献标识码:A Design and implementation of high-voltage static generator based on 89C51 WANG Guang Ping (Computer Science and Technology College,Wuhan University of Technology , Wuhan 430070, China) Abstract: This paper introduced the principle structure and design of high-voltage static generator based on 89C51 single-chip microcomputer, as well as HD7279A interface chips, frequency voltage conversion, optical isolation circuit, high-voltage rectifier circuit in the design application and system software control flow. Key words: high-voltage static; electrostatic field; frequency voltage conversion; voltage rectifier 图1 高压静电发生器原理结构图 《信息化纵横》2009年第7期19 硬件纵横 Hardware Technique 且具有自动清除按键抖动并识别按键产生的代码的功 能,因而提高了CPU的工作效率.HD7279A与89C51单片 机之间接口的特点: (1)采用了串行接口.HD7279A采用串行方式与CPU 通信,串行数据从DATA引脚送入芯片,并由CLK端的 信号同步后写入HD7279A的缓存器. (2)接口电路和外围电路简单. (3)节省单片机89C51的I/O口,占用口线少. (4)性能价格比高. 2. 2 频压转换与光电隔离 直流高压静电发生器要求输出多档电压,要产生 数千到数万伏的直流高压静电,因此必须将220 V的交 流电转换成直流电,再转换成脉冲电压,然后将脉冲 电压升压,经高压倍压整流后得到输出高压.将直流 电压转换成可变频的脉冲电压必须有一个可控、可变 频的振荡源,这个振荡源一般用模拟或数字电路构成.而在高压静电发生器里,采用89C51单片机的可编 程定时/计数器T0替代了上述的可控/变频振荡源.通过 对单片机89C51的T0定时/计数器编程,产生不同频率的 脉冲电压 从P1.0口输出 ,对应 产生不 同伏 值的静 电电 压.这就是所谓的频压转换,即单片机89C51的T0定时/ 计数器产生不同频率的脉冲电压经放大、升压、倍压 整流后,产生对应于频率的不同的直流静电高压并输 出.由于高压静电发生器产生数千到数万伏的电压, 为了保护89C51单片机不被高压电路产生的故障向前馈 而损毁,故在单片机和升压电路之间采用了光电隔离 电路4N35,以保护89C51单片机的安全.频压转换与隔 离电路如图3所示,频压转换曲线如图4所示. 2 . 3 升压及高压倍压整流电路 由单片机89C51P1.0口输出的不同频率的脉冲电压经 4N35光电隔离后送前放电路放大后再送功率驱动电路进 行功率放大后驱动升压变压器升压,然后经高压倍压 整流后输出(见图1). 升压及高压整流电路的特点是采用了双路高压倍 压整流电路,以提高高压倍压整流电路的功效.为了 使高压倍压整流电路绝缘效果良好,高压倍压整流电 路采用环氧树脂封装,其电路结构如图5所示. 图5 升压及高压倍压整流电路 3 系统软件设计 软件设计的核心是使89C51单片机的定时/计数器T0 产生不同频率的脉冲电压去对应产生不同的高压伏值.若使P1.0口输出不 同频率 的脉冲 电压, 就必须 对图2 HD7279A与89C51接口电路 图4 频率电压转换图 图3 频压转换与隔离电路 (下转第23页) 《信息化纵横》2009年第7期23 硬件纵横 Hardware Technique return(0); } 基于SPI总线的数据通信技术已经广泛应用在MCU 与各种外围设备的串行通信中.如存储系统、A/D转换 系统、网络控制器和多MCU构成的分布式系统.本文 给出了74HC595芯片驱动LED数码管显示的电路,采用 SPI总线技术实现对LED显示的数据传输,方便快捷、准 确性高、速度快,满足了复杂微控制系统对外围设备 控制的要求. 参考文献 [1] 广州周立功单片机发展有限公司.EasyARM2103教材.2007: 图6 主控程序流程图89C51单片机的定时/计数器和P1.0口编程.其主控程序 流程框图如图6所示[2] . 本设计的特点是实现了单片机与静电技术的结合, 用数字化计算机控制技术替代了模拟电子控制技术, 使高压静电发生器的输入、输出信号显示从模拟化变 成了数字化,且应用C语言编程和频压转换技术使单片 机产生不同频率的脉冲电压,从而产生相对应的静电 高压并输出. 参考文献 [1] 赵依军,胡戎.单片微机接口技术.北京:人民邮电出版 社,1989. [2] 陈龙山.8051单片机C语言控制与应用.北京:清华大学出 版社,1999. (收稿日期:2008-12-17) 98-108. [2] 华卓立,姚若河.一种通用SPI总线接口的FPGA设计与实现 [J].微计算机信息,2008, 24(6): 212-213. [3] 周立功.ARM嵌入式系统基础教程.北京:北京航空航天大 学出版社,2005: 350-354. [4] 张经爱,许凯华,刘玉华.基于MSP430的模拟SPI串口通信 的实现[J].计算机工程与设计,2008, 29(5): 1169-1171. [5] 蔡尧,崔峰,贺玉成,等.Liunx环境下基于MPC8250的SPI 接口驱动程序开发[J].电子元器件应用,2007, 9(11): 12-15. (收稿日期:2009-01-12) (上接第19页) (上接第17页) 温度、烟尘密度、振动强度、压力、气体流量等 相关数据获取的有效性、实时性.对数据进行分类汇 总,并实时存储到数据库中进行数据挖掘是整个系统 的关键所在. 数据挖掘技术在焦化除尘中的应用研究为提高出 焦质量、减少烟尘和粉尘排放、建设节约型工业提供 了一种新的尝试方法.同时,提高了PLC焦化出焦除尘 系统的抗干扰能力和运行稳定性,改进生产,节约资 金和维护费用. 参考文献 [1] 劳有兰,曾文波,宁常红,等.基于PLC焦化出焦除尘控制系统的 设计. 广西工学院学报, 2005, 16(3). [2] 叶清, 赵守庭. PI-C在焦炉出焦除尘控制系统中的应用[J]. 基 础自动化, 2000(2): 39-41. [3] 舒世则, 王红玉, 常士忠, 等. PLC控制在焦炉出焦除尘系统中 的应用. 河南冶金, 2001(5). [4] 范明, 孟小峰. 数据挖掘概念与技术[M].北京:机械工业出 版社,2001. [5] 康晓东. 基于数据仓库的数据挖掘技术[M]. 北京: 机械工业出 版社, 2004. [6] 范明, 范宏建. 数据挖掘导论[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2006. [7] HAN Jia Wei, KAMBER M.Data Mining Concepts and Techniques [M]. China Machine Press, 2005. [8] LECH Polkowski, SHUSAKU Tsumoto,TSAU Y. Lin.Rough Set Method and Applicaions: New Deverlopments in Knowledge Dis- covery in Information Systems.Physica-Verlag,2000,56: 649-681. [9] 李萌. 基于粗集理论的数据挖掘的数据预处理研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2004. (收稿日期:2009-02-11)