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

曹樹(shù)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(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)

曹樹(shù)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(shí)間長(zhǎng)度也發(fā)生了變化，使每天的關(guān)機(jī)時(shí)間不再相同.由于已有的廣播發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)將開(kāi)關(guān)機(jī)的控制由人來(lái)執(zhí)行，廣播長(zhǎng)度的變化給人工控制帶來(lái)了很大不便，使發(fā)生人為差錯(cuò)的機(jī)會(huì)大大增加，這給對(duì)差率和實(shí)時(shí)性要求很高的廣播系統(tǒng)帶來(lái)了很大麻煩.解決這個(gè)問(wèn)題有效方法之一，就是實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化.實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的方法有很多,但從廣播發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)的規(guī)模實(shí)現(xiàn)性以及采用設(shè)備的性能價(jià)格比出發(fā)考慮，單片機(jī)是一個(gè)很好的選擇.本文以8051系列單片機(jī)為例進(jìn)行論述.

開(kāi)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(huì)帶來(lái)翻天覆地的變化,其中最直接的就是發(fā)生在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域中的智能化和現(xiàn)代化.例如全自動(dòng)洗衣機(jī)不用人動(dòng)手就能把衣服洗干凈，電腦控制的微波爐，不但能按時(shí)間自動(dòng)烹調(diào)，而且安全節(jié)電；還有工廠中的各種自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)，可以自動(dòng)完成產(chǎn)品的加工、裝配、包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)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(shuō)自動(dòng)化和智能化，因其可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、省時(shí)省事等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)滲透到人們生活的各個(gè)方面.

無(wú)線電廣播節(jié)目是人們主要的信息來(lái)源和娛樂(lè)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(duì)廣播發(fā)射機(jī)的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間以及對(duì)人為原因引起的差錯(cuò)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(shí)間長(zhǎng)度也發(fā)生了變化，使每天的關(guān)機(jī)時(shí)間不再相同.由于已有的廣播發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)將開(kāi)關(guān)機(jī)的控制由人來(lái)執(zhí)行，廣播長(zhǎng)度的變化給人工控制帶來(lái)了很大不便，使發(fā)生人為差錯(cuò)的機(jī)會(huì)大大增加，這給對(duì)差率和實(shí)時(shí)性要求很高的廣播系統(tǒng)帶來(lái)了很大麻煩.解決這個(gè)問(wèn)題有效方法之一，就是實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化、智能化.由自動(dòng)化設(shè)備按照一定時(shí)間規(guī)律模擬人工開(kāi)關(guān)機(jī)過(guò)程，保證廣播播出的實(shí)時(shí)性和降低設(shè)備差錯(cuò)率.

作為一個(gè)實(shí)時(shí)性自動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)，需要解決三個(gè)主要問(wèn)題：

一、實(shí)時(shí)控制模塊實(shí)現(xiàn)問(wèn)題.當(dāng)開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間到，如何及時(shí)執(zhí)行開(kāi)關(guān)機(jī)；當(dāng)系統(tǒng)出錯(cuò)時(shí)，如何防止實(shí)時(shí)控制模塊繼續(xù)輸出命令.

二、開(kāi)/關(guān)機(jī)子程序模塊實(shí)現(xiàn)問(wèn)題.操作規(guī)程規(guī)定，開(kāi)機(jī)過(guò)程按先后順序分為四步：?jiǎn)?dòng)冷卻系統(tǒng)、升壓、加降壓，加高壓.在這四個(gè)設(shè)備啟動(dòng)之間需要一定時(shí)間的延時(shí).在升壓過(guò)程中，由于廣播發(fā)射機(jī)中的大型電子管燈絲中流過(guò)的電流為300A，如果瞬間達(dá)到，將會(huì)產(chǎn)生電流沖擊，損壞電子管.所以升壓過(guò)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(shí)，以防電壓變化過(guò)大，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，損壞設(shè)備.

關(guān)機(jī)過(guò)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(shí)，降壓過(guò)程也需要60秒，原因不再重復(fù)說(shuō)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(kāi)關(guān)信號(hào)輸出問(wèn)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(huì)對(duì)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(dòng)外部設(shè)備，但是，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)或斷電后，復(fù)位電路會(huì)將P0到P3口全都置為高電位，會(huì)將所有設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果.

2 系統(tǒng)功能介紹

廣播發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)主要分為如下幾個(gè)模塊：實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、實(shí)時(shí)控制模塊、開(kāi)/關(guān)機(jī)程序模塊、信號(hào)輸出模塊、時(shí)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(dòng)之后,先由鍵盤輸入模塊對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊進(jìn)行校對(duì)同時(shí)啟動(dòng)時(shí)鐘顯示模塊.時(shí)間正確后,如果條件滿足,由人工執(zhí)行開(kāi)機(jī)命令.之后啟動(dòng)實(shí)時(shí)控制模塊.實(shí)時(shí)控制模塊啟動(dòng)后，將不斷把時(shí)鐘模塊的時(shí)間與其內(nèi)部開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間表中的時(shí)間進(jìn)行比較.相同，則調(diào)用開(kāi)/關(guān)機(jī)程序模塊；不同，則推出程序.開(kāi)/關(guān)機(jī)程序被調(diào)用后，每發(fā)出一個(gè)指令，都要延時(shí)規(guī)定的時(shí)間，并檢測(cè)是否有設(shè)備的返回信號(hào).有返回信號(hào)，發(fā)出下一指令；沒(méi)有返回信號(hào)，報(bào)警并禁止執(zhí)行實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊的作用就是為實(shí)現(xiàn)控制模塊提供一個(gè)時(shí)間比較的依據(jù).它用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0在工作方式2下對(duì)外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源提供的100Hz矩形脈沖計(jì)數(shù)，每滿100，產(chǎn)生一次中斷，對(duì)秒、分、時(shí)、周單元進(jìn)行檢測(cè).秒單元滿60向分單元進(jìn)1，同時(shí)清0.分單元同理.時(shí)單元滿24向周單元進(jìn)1，同時(shí)清0.周單元滿7進(jìn)1，同時(shí)所有單元清0.

實(shí)時(shí)控制模塊主要完成對(duì)開(kāi)/關(guān)機(jī)時(shí)間的不間斷監(jiān)控,一旦開(kāi)/關(guān)機(jī)時(shí)間到,調(diào)用開(kāi)關(guān)機(jī)程序模塊,完成自動(dòng)開(kāi)/關(guān)機(jī).具體做法是,實(shí)時(shí)控制模塊每隔0.01產(chǎn)生一次外部中斷，將實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊提供的時(shí)間與開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間表中的對(duì)應(yīng)時(shí)間進(jìn)行比較.時(shí)間到，調(diào)用開(kāi)關(guān)機(jī)程序模塊；時(shí)間未到，中斷返回.需要說(shuō)明的是，開(kāi)關(guān)機(jī)程序模塊在每次時(shí)間比較之前，都要先檢測(cè)啟動(dòng)/斷電單元和報(bào)警單元，如果這兩個(gè)單元中的任何一個(gè)被置位，程序都會(huì)退出開(kāi)關(guān)機(jī)程序模塊.

開(kāi)/關(guān)機(jī)程序模塊是的具體執(zhí)行開(kāi)關(guān)機(jī)操作部分.開(kāi)機(jī)過(guò)程按先后順序分為四步：?jiǎn)?dòng)冷卻系統(tǒng)、升壓、加降壓，加高壓.冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)1秒后升壓，升壓過(guò)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(shí)，原因同升壓過(guò)程.關(guān)機(jī)過(guò)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(shí)，降壓過(guò)程也需要60秒，原因不再重復(fù)說(shuō)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(gè)命令外，其余命令在輸出之前不但要延時(shí)規(guī)定的時(shí)間，還要檢測(cè)是否有設(shè)備的返回信號(hào).有返回信號(hào)，輸出下一命令；沒(méi)有返回信號(hào)，報(bào)警并禁止執(zhí)行實(shí)時(shí)控制模塊，然后退出程序等待工作人員處理.

信號(hào)輸出模塊的功能是消除干擾和防止系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)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(huì)對(duì)通道產(chǎn)生很大干擾.信號(hào)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(dòng)外部設(shè)備，但是，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)或斷電后，復(fù)位電路會(huì)將P0到P3口全都置為高電位，會(huì)將所有設(shè)備同時(shí)啟動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果.信號(hào)輸出模塊利用晶體管作為開(kāi)關(guān)置于信號(hào)輸出通道上，系統(tǒng)復(fù)位之后，晶體管截止，通道斷路，信號(hào)無(wú)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(huì)導(dǎo)通，輸出命令才能被執(zhí)行.

時(shí)鐘顯示模塊的功能是顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘的時(shí)間，便于操作人員對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)控.

鍵盤輸入模塊的功能是更正時(shí)間、關(guān)閉報(bào)警以及對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)/斷電后進(jìn)行開(kāi)/關(guān)機(jī)處理.

3 系統(tǒng)實(shí)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(dòng)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(kāi)發(fā)的，經(jīng)過(guò)20多年市場(chǎng)檢驗(yàn)，證明其性能是安全可靠的；其次，由于更換和購(gòu)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(jià)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(yùn)行和斷電后，需對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行修改，所以系統(tǒng)需要一個(gè)鍵盤接口電路來(lái)完成該任務(wù).同時(shí)，為得到直觀的實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行情況，需有一個(gè)LED顯示器接口電路.如果分別設(shè)計(jì)這兩種電路，必定會(huì)增加系統(tǒng)復(fù)雜程度.所以本系統(tǒng)采用同時(shí)具備這兩種功能的8279通用編程鍵盤/顯示接口芯片，以簡(jiǎn)化系統(tǒng).

8279是一種通用可編程鍵盤/顯示器接口芯片，是實(shí)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(jiǎn)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(shí)時(shí)時(shí)鐘和實(shí)時(shí)控制的功能.實(shí)時(shí)時(shí)鐘主要是通過(guò)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0對(duì)外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源提供的矩形脈沖計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)的.它的任務(wù)是為實(shí)時(shí)控制提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間.實(shí)時(shí)控制的任務(wù)是在中斷到來(lái)時(shí)，將實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供的時(shí)間與表格中該天的開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間進(jìn)行比較，時(shí)間相同，執(zhí)行開(kāi)關(guān)機(jī)命令；時(shí)間不同，退出程序，等待下次中斷.

8279芯片的任務(wù)是，顯示實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供的時(shí)間以及通過(guò)鍵盤對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)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(shí)、周對(duì)應(yīng)，作用與“0”“1”鍵相同.“8”鍵用來(lái)關(guān)閉報(bào)警.“9”鍵用來(lái)控制是否執(zhí)行實(shí)時(shí)控制模塊.按下“9”鍵，執(zhí)行實(shí)時(shí)控制模塊，反退出程序.“10”鍵在系統(tǒng)啟動(dòng)或斷電時(shí)用來(lái)人工控制執(zhí)行開(kāi)/關(guān)機(jī)程序模塊.按下，運(yùn)行開(kāi)/關(guān)機(jī)程序模塊，反之退出.

輸出驅(qū)動(dòng)電路的功能是消除干擾和防止系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)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(dòng)，可以有效隔離電磁干擾，這就解決了緒論中提到的第一個(gè)問(wèn)題.圖中P1代表單片機(jī)命令輸出口，P2代表單片機(jī)對(duì)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?，此時(shí)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(shí)P1口雖然給設(shè)備輸出了啟動(dòng)命令，但V.輸出為0，防止了設(shè)備錯(cuò)誤運(yùn)行.這時(shí)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(dòng)電路圖

4 結(jié)論

由于廣播節(jié)目不斷增多,關(guān)機(jī)時(shí)間不再固定，使得傳統(tǒng)人工操作開(kāi)關(guān)機(jī)很易出錯(cuò).這給對(duì)實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求很高的廣播系統(tǒng)帶來(lái)很大麻煩.本文利用在中小規(guī)模自動(dòng)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(shí)現(xiàn)了對(duì)廣播發(fā)射機(jī)開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制.文中利用8051單片機(jī)很好的解決了關(guān)機(jī)時(shí)間不固定的問(wèn)題.輸出驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)雖然理論上合理，但并不是最佳的，仍有很大的改動(dòng)空間.

〔1〕房小翠，王金鳳.單片機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京:國(guó)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(guó)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