曹樹偉

（赤峰學院 物理與電子信息工程系，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

以單片機為核心的廣播發(fā)射機開關機系統(tǒng)

曹樹偉

（赤峰學院 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，使每天的關機時間不再相同.由于已有的廣播發(fā)射機的設計將開關機的控制由人來執(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)射機開關機系統(tǒng)的自動化.實現(xiàn)自動化的方法有很多,但從廣播發(fā)射機開關機系統(tǒng)的規(guī)模實現(xiàn)性以及采用設備的性能價格比出發(fā)考慮，單片機是一個很好的選擇.本文以8051系列單片機為例進行論述.

開關機系統(tǒng)；單片機；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)生在社會各個領域中的智能化和現(xiàn)代化.例如全自動洗衣機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電腦及信息網(wǎng)絡，文字處理機，電子傳真機，多功能復印機等技術和設備，不斷實現(xiàn)辦公自動化.在電信部門中，程控交換機取代人工交換，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、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)射機的開關機時間以及對人為原因引起的差錯的控制要求十分嚴格.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，使每天的關機時間不再相同.由于已有的廣播發(fā)射機的設計將開關機的控制由人來執(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)射機開關機系統(tǒng)的自動化、智能化.由自動化設備按照一定時間規(guī)律模擬人工開關機過程，保證廣播播出的實時性和降低設備差錯率.

作為一個實時性自動開關機系統(tǒng)，需要解決三個主要問題：

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

二、開/關機子程序模塊實現(xiàn)問題.操作規(guī)程規(guī)定，開機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)射機中的大型電子管燈絲中流過的電流為300A，如果瞬間達到，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)生電磁感應現(xiàn)象，損壞設備.

關機過程按先后順序也分為四步：停高壓、停低壓、降壓、關閉冷卻系統(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、開關信號輸出問題的解決.系統(tǒng)所控制的設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備，但是，當系統(tǒng)啟動或斷電后，復位電路會將P0到P3口全都置為高電位，會將所有設備同時啟動，產(chǎn)生嚴重后果.

2 系統(tǒng)功能介紹

廣播發(fā)射機開關機系統(tǒng)主要分為如下幾個模塊：實時時鐘模塊、實時控制模塊、開/關機程序模塊、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)部開關機時間表中的時間進行比較.相同，則調(diào)用開/關機程序模塊；不同，則推出程序.開/關機程序被調(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下對外部標準時鐘源提供的100Hz矩形脈沖計數(shù)，每滿100，產(chǎn)生一次中斷，對秒、分、時、周單元進行檢測.秒單元滿60向分單元進1，同時清0.分單元同理.時單元滿24向周單元進1，同時清0.周單元滿7進1，同時所有單元清0.

實時控制模塊主要完成對開/關機時間的不間斷監(jiān)控,一旦開/關機時間到,調(diào)用開關機程序模塊,完成自動開/關機.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機時間表中的對應時間進行比較.時間到，調(diào)用開關機程序模塊；時間未到，中斷返回.需要說明的是，開關機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，程序都會退出開關機程序模塊.

開/關機程序模塊是的具體執(zhí)行開關機操作部分.開機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)生電流沖擊損壞設備.升壓之后不能立刻加低壓，中間需要給設備預熱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.關機過程按先后順序也分為四步：停高壓、停低壓、降壓、關閉冷卻系統(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備，但是，當系統(tǒng)啟動或斷電后，復位電路會將P0到P3口全都置為高電位，會將所有設備同時啟動，產(chǎn)生嚴重后果.信號輸出模塊利用晶體管作為開關置于信號輸出通道上，系統(tǒng)復位之后，晶體管截止，通道斷路，信號無輸出.只有當系統(tǒng)將P0到P3口全被全部置0后，晶體管才會導通，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行監(jiān)控.

鍵盤輸入模塊的功能是更正時間、關閉報警以及對系統(tǒng)啟動/斷電后進行開/關機處理.

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系列單片機為例原因是：首先，可靠性高，8051系列單片機是由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單片機是單片機中種類最全的，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，需對實時時鐘進行修改，所以系統(tǒng)需要一個鍵盤接口電路來完成該任務.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.如果分別設計這兩種電路，必定會增加系統(tǒng)復雜程度.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)碼顯示器之間進行信息交換的一種專用芯片.8279與8051單片機的接口非常簡單，因而在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛應用.

8051系列單片機是系統(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對外部標準時鐘源提供的矩形脈沖計數(shù)實現(xiàn)的.它的任務是為實時控制提供標準時間.實時控制的任務是在中斷到來時，將實時時鐘提供的時間與表格中該天的開關機時間進行比較，時間相同，執(zhí)行開關機命令；時間不同，退出程序，等待下次中斷.

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

8051單片機與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，作用與“0”“1”鍵相同.“8”鍵用來關閉報警.“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/關機程序模塊.按下，運行開/關機程序模塊，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代表單片機命令輸出口，P2代表單片機對輸出通道的控制命令輸出口.當單片機復位后，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口雖然給設備輸出了啟動命令，但V.輸出為0，防止了設備錯誤運行.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 結論

由于廣播節(jié)目不斷增多,關機時間不再固定，使得傳統(tǒng)人工操作開關機很易出錯.這給對實時性和準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結合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)射機開關機系統(tǒng)的自動化控制.文中利用8051單片機很好的解決了關機時間不固定的問題.輸出驅(qū)動電路的設計雖然理論上合理，但并不是最佳的，仍有很大的改動空間.

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

TP274

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1673-260X（2011）02-0068-03