以單片機(jī)為核心的廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)

曹樹偉

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

以單片機(jī)為核心的廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)

曹樹偉

（赤峰學(xué)院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

隨著廣播節(jié)目的增加，廣播的時間長度也發(fā)生了變化，使每天的關(guān)機(jī)時間不再相同.由于已有的廣播發(fā)射機(jī)的設(shè)計將開關(guān)機(jī)的控制由人來執(zhí)行，廣播長度的變化給人工控制帶來了很大不便，使發(fā)生人為差錯的機(jī)會大大增加，這給對差率和實時性要求很高的廣播系統(tǒng)帶來了很大麻煩.解決這個問題有效方法之一，就是實現(xiàn)廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)的自動化.實現(xiàn)自動化的方法有很多,但從廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模實現(xiàn)性以及采用設(shè)備的性能價格比出發(fā)考慮，單片機(jī)是一個很好的選擇.本文以8051系列單片機(jī)為例進(jìn)行論述.

開關(guān)機(jī)系統(tǒng)；單片機(jī)；8051芯片；8279接口芯片

1 引言

現(xiàn)代科技給人類社會帶來翻天覆地的變化,其中最直接的就是發(fā)生在社會各個領(lǐng)域中的智能化和現(xiàn)代化.例如全自動洗衣機(jī)不用人動手就能把衣服洗干凈，電腦控制的微波爐，不但能按時間自動烹調(diào)，而且安全節(jié)電；還有工廠中的各種自動化裝置或系統(tǒng)，可以自動完成產(chǎn)品的加工、裝配、包裝、運輸、儲存等工作；辦公室里人們廣泛的引入微機(jī)電腦及信息網(wǎng)絡(luò)，文字處理機(jī)，電子傳真機(jī)，多功能復(fù)印機(jī)等技術(shù)和設(shè)備，不斷實現(xiàn)辦公自動化.在電信部門中，程控交換機(jī)取代人工交換，提高了通信的數(shù)量及質(zhì)量等等.可以說自動化和智能化，因其可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、省時省事等優(yōu)點，已經(jīng)滲透到人們生活的各個方面.

無線電廣播節(jié)目是人們主要的信息來源和娛樂方式，在人們的生活中起著很重要的作用，因此廣播系統(tǒng)對廣播發(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)時間以及對人為原因引起的差錯的控制要求十分嚴(yán)格.但是隨著廣播節(jié)目的增加，廣播的時間長度也發(fā)生了變化，使每天的關(guān)機(jī)時間不再相同.由于已有的廣播發(fā)射機(jī)的設(shè)計將開關(guān)機(jī)的控制由人來執(zhí)行，廣播長度的變化給人工控制帶來了很大不便，使發(fā)生人為差錯的機(jī)會大大增加，這給對差率和實時性要求很高的廣播系統(tǒng)帶來了很大麻煩.解決這個問題有效方法之一，就是實現(xiàn)廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)的自動化、智能化.由自動化設(shè)備按照一定時間規(guī)律模擬人工開關(guān)機(jī)過程，保證廣播播出的實時性和降低設(shè)備差錯率.

作為一個實時性自動開關(guān)機(jī)系統(tǒng)，需要解決三個主要問題：

一、實時控制模塊實現(xiàn)問題.當(dāng)開關(guān)機(jī)時間到，如何及時執(zhí)行開關(guān)機(jī)；當(dāng)系統(tǒng)出錯時，如何防止實時控制模塊繼續(xù)輸出命令.

二、開/關(guān)機(jī)子程序模塊實現(xiàn)問題.操作規(guī)程規(guī)定，開機(jī)過程按先后順序分為四步：啟動冷卻系統(tǒng)、升壓、加降壓，加高壓.在這四個設(shè)備啟動之間需要一定時間的延時.在升壓過程中，由于廣播發(fā)射機(jī)中的大型電子管燈絲中流過的電流為300A，如果瞬間達(dá)到，將會產(chǎn)生電流沖擊，損壞電子管.所以升壓過程至少需要60秒，之后還要15分鐘預(yù)熱.加高壓與加低壓之間要有大約1秒延時，以防電壓變化過大，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，損壞設(shè)備.

關(guān)機(jī)過程按先后順序也分為四步：停高壓、停低壓、降壓、關(guān)閉冷卻系統(tǒng).停高壓與停低壓、停低壓與降壓之間各需要1秒延時，降壓過程也需要60秒，原因不再重復(fù)說明.降壓之后，冷卻系統(tǒng)至少需要30分鐘，待系統(tǒng)徹底冷卻之后再停止工作.

三、開關(guān)信號輸出問題的解決.系統(tǒng)所控制的設(shè)備中含有許多繼電器線圈和電磁鐵線圈，會對通道產(chǎn)生很大干擾.另外，系統(tǒng)規(guī)定I/O輸出高電平啟動外部設(shè)備，但是，當(dāng)系統(tǒng)啟動或斷電后，復(fù)位電路會將P0到P3口全都置為高電位，會將所有設(shè)備同時啟動，產(chǎn)生嚴(yán)重后果.

2 系統(tǒng)功能介紹

廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)主要分為如下幾個模塊：實時時鐘模塊、實時控制模塊、開/關(guān)機(jī)程序模塊、信號輸出模塊、時鐘顯示模塊和鍵盤輸入模塊.如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)啟動之后,先由鍵盤輸入模塊對實時時鐘模塊進(jìn)行校對同時啟動時鐘顯示模塊.時間正確后,如果條件滿足,由人工執(zhí)行開機(jī)命令.之后啟動實時控制模塊.實時控制模塊啟動后，將不斷把時鐘模塊的時間與其內(nèi)部開關(guān)機(jī)時間表中的時間進(jìn)行比較.相同，則調(diào)用開/關(guān)機(jī)程序模塊；不同，則推出程序.開/關(guān)機(jī)程序被調(diào)用后，每發(fā)出一個指令，都要延時規(guī)定的時間，并檢測是否有設(shè)備的返回信號.有返回信號，發(fā)出下一指令；沒有返回信號，報警并禁止執(zhí)行實時控制模塊，然后退出程序等待工作人員處理.

各模塊具體功能為：

實時時鐘模塊的作用就是為實現(xiàn)控制模塊提供一個時間比較的依據(jù).它用定時器/計數(shù)器T0在工作方式2下對外部標(biāo)準(zhǔn)時鐘源提供的100Hz矩形脈沖計數(shù)，每滿100，產(chǎn)生一次中斷，對秒、分、時、周單元進(jìn)行檢測.秒單元滿60向分單元進(jìn)1，同時清0.分單元同理.時單元滿24向周單元進(jìn)1，同時清0.周單元滿7進(jìn)1，同時所有單元清0.

實時控制模塊主要完成對開/關(guān)機(jī)時間的不間斷監(jiān)控,一旦開/關(guān)機(jī)時間到,調(diào)用開關(guān)機(jī)程序模塊,完成自動開/關(guān)機(jī).具體做法是,實時控制模塊每隔0.01產(chǎn)生一次外部中斷，將實時時鐘模塊提供的時間與開關(guān)機(jī)時間表中的對應(yīng)時間進(jìn)行比較.時間到，調(diào)用開關(guān)機(jī)程序模塊；時間未到，中斷返回.需要說明的是，開關(guān)機(jī)程序模塊在每次時間比較之前，都要先檢測啟動/斷電單元和報警單元，如果這兩個單元中的任何一個被置位，程序都會退出開關(guān)機(jī)程序模塊.

開/關(guān)機(jī)程序模塊是的具體執(zhí)行開關(guān)機(jī)操作部分.開機(jī)過程按先后順序分為四步：啟動冷卻系統(tǒng)、升壓、加降壓，加高壓.冷卻系統(tǒng)啟動1秒后升壓，升壓過程大概需要60秒，為的是防止瞬間電流太大產(chǎn)生電流沖擊損壞設(shè)備.升壓之后不能立刻加低壓，中間需要給設(shè)備預(yù)熱15分鐘，加低壓與加高壓之間至少需要1秒鐘延時，原因同升壓過程.關(guān)機(jī)過程按先后順序也分為四步：停高壓、停低壓、降壓、關(guān)閉冷卻系統(tǒng).停高壓與停低壓、停低壓與降壓之間各需要1秒延時，降壓過程也需要60秒，原因不再重復(fù)說明.降壓之后，冷卻系統(tǒng)至少需要30分鐘，待系統(tǒng)徹底冷卻之后再停止工作.以上除第一個命令外，其余命令在輸出之前不但要延時規(guī)定的時間，還要檢測是否有設(shè)備的返回信號.有返回信號，輸出下一命令；沒有返回信號，報警并禁止執(zhí)行實時控制模塊，然后退出程序等待工作人員處理.

信號輸出模塊的功能是消除干擾和防止系統(tǒng)發(fā)出錯誤命令.由于設(shè)備中含有許多繼電器線圈和電磁鐵線圈，會對通道產(chǎn)生很大干擾.信號輸出模塊中采用了光電隔離的技術(shù)降低電磁干擾.另外，系統(tǒng)規(guī)定I/O輸出高電平啟動外部設(shè)備，但是，當(dāng)系統(tǒng)啟動或斷電后，復(fù)位電路會將P0到P3口全都置為高電位，會將所有設(shè)備同時啟動，產(chǎn)生嚴(yán)重后果.信號輸出模塊利用晶體管作為開關(guān)置于信號輸出通道上，系統(tǒng)復(fù)位之后，晶體管截止，通道斷路，信號無輸出.只有當(dāng)系統(tǒng)將P0到P3口全被全部置0后，晶體管才會導(dǎo)通，輸出命令才能被執(zhí)行.

時鐘顯示模塊的功能是顯示實時時鐘的時間，便于操作人員對實時時鐘進(jìn)行監(jiān)控.

鍵盤輸入模塊的功能是更正時間、關(guān)閉報警以及對系統(tǒng)啟動/斷電后進(jìn)行開/關(guān)機(jī)處理.

3 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

系統(tǒng)原理圖如圖2所示

圖2 系統(tǒng)原理圖

本系統(tǒng)主要由三部分組成：8051系列單片機(jī)和8279通用可編程鍵盤/顯示器接口芯片以及輸出驅(qū)動電路.硬件組成框圖如圖3所示.

以8051系列單片機(jī)為例原因是：首先，可靠性高，8051系列單片機(jī)是由INTEL公司開發(fā)的，經(jīng)過20多年市場檢驗，證明其性能是安全可靠的；其次，由于更換和購買，8051單片機(jī)是單片機(jī)中種類最全的，而且PHILIPS公司和ANTEL公司的產(chǎn)品完全與之兼容；再次，價格便,便宜只有十幾員左右；最后，以8051系列單片機(jī)為例具有一般性和代表性.

由于系統(tǒng)運行和斷電后，需對實時時鐘進(jìn)行修改，所以系統(tǒng)需要一個鍵盤接口電路來完成該任務(wù).同時，為得到直觀的實時時鐘運行情況，需有一個LED顯示器接口電路.如果分別設(shè)計這兩種電路，必定會增加系統(tǒng)復(fù)雜程度.所以本系統(tǒng)采用同時具備這兩種功能的8279通用編程鍵盤/顯示接口芯片，以簡化系統(tǒng).

8279是一種通用可編程鍵盤/顯示器接口芯片，是實現(xiàn)CPU與鍵盤、LED數(shù)碼顯示器之間進(jìn)行信息交換的一種專用芯片.8279與8051單片機(jī)的接口非常簡單，因而在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用.

8051系列單片機(jī)是系統(tǒng)的核心，它主要完成實時時鐘和實時控制的功能.實時時鐘主要是通過定時器/計數(shù)器T0對外部標(biāo)準(zhǔn)時鐘源提供的矩形脈沖計數(shù)實現(xiàn)的.它的任務(wù)是為實時控制提供標(biāo)準(zhǔn)時間.實時控制的任務(wù)是在中斷到來時，將實時時鐘提供的時間與表格中該天的開關(guān)機(jī)時間進(jìn)行比較，時間相同，執(zhí)行開關(guān)機(jī)命令；時間不同，退出程序，等待下次中斷.

8279芯片的任務(wù)是，顯示實時時鐘提供的時間以及通過鍵盤對實時時鐘進(jìn)行修改或完成某些特殊功能.

8051單片機(jī)與8279鍵盤/顯示器接口電路如圖4所示.

圖3 硬件組成框圖

圖4 8051單片機(jī)與8279鍵盤/顯示器接口電路圖

圖中，“0”鍵代表秒單元減 1，“1”鍵代表秒單元加1,每按下一次執(zhí)行一次操作.“2”“3”、“4”“5”、“6”“7”分別與分、時、周對應(yīng)，作用與“0”“1”鍵相同.“8”鍵用來關(guān)閉報警.“9”鍵用來控制是否執(zhí)行實時控制模塊.按下“9”鍵，執(zhí)行實時控制模塊，反退出程序.“10”鍵在系統(tǒng)啟動或斷電時用來人工控制執(zhí)行開/關(guān)機(jī)程序模塊.按下，運行開/關(guān)機(jī)程序模塊，反之退出.

輸出驅(qū)動電路的功能是消除干擾和防止系統(tǒng)發(fā)出錯誤命令.電路如圖5所示.

由圖可知，電路采用了光電耦合驅(qū)動，可以有效隔離電磁干擾，這就解決了緒論中提到的第一個問題.圖中P1代表單片機(jī)命令輸出口，P2代表單片機(jī)對輸出通道的控制命令輸出口.當(dāng)單片機(jī)復(fù)位后，所有的輸出口都變?yōu)楦唠娢唬藭r由于P2口與一反相功率放大器相連，發(fā)光二極管不發(fā)光，T1截止.此時P1口雖然給設(shè)備輸出了啟動命令，但V.輸出為0，防止了設(shè)備錯誤運行.這時用軟件將所有輸出口置0，系統(tǒng)將正常工作.

圖5 輸出驅(qū)動電路圖

4 結(jié)論

由于廣播節(jié)目不斷增多,關(guān)機(jī)時間不再固定，使得傳統(tǒng)人工操作開關(guān)機(jī)很易出錯.這給對實時性和準(zhǔn)確性要求很高的廣播系統(tǒng)帶來很大麻煩.本文利用在中小規(guī)模自動化中廣泛使用的單片機(jī)結(jié)合8279通用可編程鍵盤/顯示器接口芯片基本實現(xiàn)了對廣播發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)系統(tǒng)的自動化控制.文中利用8051單片機(jī)很好的解決了關(guān)機(jī)時間不固定的問題.輸出驅(qū)動電路的設(shè)計雖然理論上合理，但并不是最佳的，仍有很大的改動空間.

〔1〕房小翠，王金鳳.單片機(jī)實用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出社，1999:178-181.

〔2〕梅麗鳳，等.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社，2004:241-241.

〔3〕李玉峰,倪虹霞.MSC-51系列單片機(jī)原理與接口技術(shù)[M].北京:人民郵電出版社，2001:109-111.

〔4〕余錫存,曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

TP274

A

1673-260X（2011）02-0068-03