以单片机为核心的广播发射机开关机系统

曹树伟

（赤峰学院 物理与电子信息工程系，内蒙古 赤峰 024000）

以单片机为核心的广播发射机开关机系统

曹树伟

（赤峰学院 物理与电子信息工程系，内蒙古 赤峰 024000）

随着广播节目的增加，广播的时间长度也发生了变化，使每天的关机时间不再相同.由于已有的广播发射机的设计将开关机的控制由人来执行，广播长度的变化给人工控制带来了很大不便，使发生人为差错的机会大大增加，这给对差率和实时性要求很高的广播系统带来了很大麻烦.解决这个问题有效方法之一，就是实现广播发射机开关机系统的自动化.实现自动化的方法有很多,但从广播发射机开关机系统的规模实现性以及采用设备的性能价格比出发考虑，单片机是一个很好的选择.本文以8051系列单片机为例进行论述.

开关机系统；单片机；8051芯片；8279接口芯片

1 引言

现代科技给人类社会带来翻天覆地的变化,其中最直接的就是发生在社会各个领域中的智能化和现代化.例如全自动洗衣机不用人动手就能把衣服洗干净，电脑控制的微波炉，不但能按时间自动烹调，而且安全节电；还有工厂中的各种自动化装置或系统，可以自动完成产品的加工、装配、包装、运输、储存等工作；办公室里人们广泛的引入微机电脑及信息网络，文字处理机，电子传真机，多功能复印机等技术和设备，不断实现办公自动化.在电信部门中，程控交换机取代人工交换，提高了通信的数量及质量等等.可以说自动化和智能化，因其可靠、安全、经济、省时省事等优点，已经渗透到人们生活的各个方面.

无线电广播节目是人们主要的信息来源和娱乐方式，在人们的生活中起着很重要的作用，因此广播系统对广播发射机的开关机时间以及对人为原因引起的差错的控制要求十分严格.但是随着广播节目的增加，广播的时间长度也发生了变化，使每天的关机时间不再相同.由于已有的广播发射机的设计将开关机的控制由人来执行，广播长度的变化给人工控制带来了很大不便，使发生人为差错的机会大大增加，这给对差率和实时性要求很高的广播系统带来了很大麻烦.解决这个问题有效方法之一，就是实现广播发射机开关机系统的自动化、智能化.由自动化设备按照一定时间规律模拟人工开关机过程，保证广播播出的实时性和降低设备差错率.

作为一个实时性自动开关机系统，需要解决三个主要问题：

一、实时控制模块实现问题.当开关机时间到，如何及时执行开关机；当系统出错时，如何防止实时控制模块继续输出命令.

二、开/关机子程序模块实现问题.操作规程规定，开机过程按先后顺序分为四步：启动冷却系统、升压、加降压，加高压.在这四个设备启动之间需要一定时间的延时.在升压过程中，由于广播发射机中的大型电子管灯丝中流过的电流为300A，如果瞬间达到，将会产生电流冲击，损坏电子管.所以升压过程至少需要60秒，之后还要15分钟预热.加高压与加低压之间要有大约1秒延时，以防电压变化过大，发生电磁感应现象，损坏设备.

关机过程按先后顺序也分为四步：停高压、停低压、降压、关闭冷却系统.停高压与停低压、停低压与降压之间各需要1秒延时，降压过程也需要60秒，原因不再重复说明.降压之后，冷却系统至少需要30分钟，待系统彻底冷却之后再停止工作.

三、开关信号输出问题的解决.系统所控制的设备中含有许多继电器线圈和电磁铁线圈，会对通道产生很大干扰.另外，系统规定I/O输出高电平启动外部设备，但是，当系统启动或断电后，复位电路会将P0到P3口全都置为高电位，会将所有设备同时启动，产生严重后果.

2 系统功能介绍

广播发射机开关机系统主要分为如下几个模块：实时时钟模块、实时控制模块、开/关机程序模块、信号输出模块、时钟显示模块和键盘输入模块.如图1所示.

图1 系统组成框图

系统启动之后,先由键盘输入模块对实时时钟模块进行校对同时启动时钟显示模块.时间正确后,如果条件满足,由人工执行开机命令.之后启动实时控制模块.实时控制模块启动后，将不断把时钟模块的时间与其内部开关机时间表中的时间进行比较.相同，则调用开/关机程序模块；不同，则推出程序.开/关机程序被调用后，每发出一个指令，都要延时规定的时间，并检测是否有设备的返回信号.有返回信号，发出下一指令；没有返回信号，报警并禁止执行实时控制模块，然后退出程序等待工作人员处理.

各模块具体功能为：

实时时钟模块的作用就是为实现控制模块提供一个时间比较的依据.它用定时器/计数器T0在工作方式2下对外部标准时钟源提供的100Hz矩形脉冲计数，每满100，产生一次中断，对秒、分、时、周单元进行检测.秒单元满60向分单元进1，同时清0.分单元同理.时单元满24向周单元进1，同时清0.周单元满7进1，同时所有单元清0.

实时控制模块主要完成对开/关机时间的不间断监控,一旦开/关机时间到,调用开关机程序模块,完成自动开/关机.具体做法是,实时控制模块每隔0.01产生一次外部中断，将实时时钟模块提供的时间与开关机时间表中的对应时间进行比较.时间到，调用开关机程序模块；时间未到，中断返回.需要说明的是，开关机程序模块在每次时间比较之前，都要先检测启动/断电单元和报警单元，如果这两个单元中的任何一个被置位，程序都会退出开关机程序模块.

开/关机程序模块是的具体执行开关机操作部分.开机过程按先后顺序分为四步：启动冷却系统、升压、加降压，加高压.冷却系统启动1秒后升压，升压过程大概需要60秒，为的是防止瞬间电流太大产生电流冲击损坏设备.升压之后不能立刻加低压，中间需要给设备预热15分钟，加低压与加高压之间至少需要1秒钟延时，原因同升压过程.关机过程按先后顺序也分为四步：停高压、停低压、降压、关闭冷却系统.停高压与停低压、停低压与降压之间各需要1秒延时，降压过程也需要60秒，原因不再重复说明.降压之后，冷却系统至少需要30分钟，待系统彻底冷却之后再停止工作.以上除第一个命令外，其余命令在输出之前不但要延时规定的时间，还要检测是否有设备的返回信号.有返回信号，输出下一命令；没有返回信号，报警并禁止执行实时控制模块，然后退出程序等待工作人员处理.

信号输出模块的功能是消除干扰和防止系统发出错误命令.由于设备中含有许多继电器线圈和电磁铁线圈，会对通道产生很大干扰.信号输出模块中采用了光电隔离的技术降低电磁干扰.另外，系统规定I/O输出高电平启动外部设备，但是，当系统启动或断电后，复位电路会将P0到P3口全都置为高电位，会将所有设备同时启动，产生严重后果.信号输出模块利用晶体管作为开关置于信号输出通道上，系统复位之后，晶体管截止，通道断路，信号无输出.只有当系统将P0到P3口全被全部置0后，晶体管才会导通，输出命令才能被执行.

时钟显示模块的功能是显示实时时钟的时间，便于操作人员对实时时钟进行监控.

键盘输入模块的功能是更正时间、关闭报警以及对系统启动/断电后进行开/关机处理.

3 系统实现方法

系统原理图如图2所示

图2 系统原理图

本系统主要由三部分组成：8051系列单片机和8279通用可编程键盘/显示器接口芯片以及输出驱动电路.硬件组成框图如图3所示.

以8051系列单片机为例原因是：首先，可靠性高，8051系列单片机是由INTEL公司开发的，经过20多年市场检验，证明其性能是安全可靠的；其次，由于更换和购买，8051单片机是单片机中种类最全的，而且PHILIPS公司和ANTEL公司的产品完全与之兼容；再次，价格便,便宜只有十几员左右；最后，以8051系列单片机为例具有一般性和代表性.

由于系统运行和断电后，需对实时时钟进行修改，所以系统需要一个键盘接口电路来完成该任务.同时，为得到直观的实时时钟运行情况，需有一个LED显示器接口电路.如果分别设计这两种电路，必定会增加系统复杂程度.所以本系统采用同时具备这两种功能的8279通用编程键盘/显示接口芯片，以简化系统.

8279是一种通用可编程键盘/显示器接口芯片，是实现CPU与键盘、LED数码显示器之间进行信息交换的一种专用芯片.8279与8051单片机的接口非常简单，因而在单片机应用系统中得到广泛应用.

8051系列单片机是系统的核心，它主要完成实时时钟和实时控制的功能.实时时钟主要是通过定时器/计数器T0对外部标准时钟源提供的矩形脉冲计数实现的.它的任务是为实时控制提供标准时间.实时控制的任务是在中断到来时，将实时时钟提供的时间与表格中该天的开关机时间进行比较，时间相同，执行开关机命令；时间不同，退出程序，等待下次中断.

8279芯片的任务是，显示实时时钟提供的时间以及通过键盘对实时时钟进行修改或完成某些特殊功能.

8051单片机与8279键盘/显示器接口电路如图4所示.

图3 硬件组成框图

图4 8051单片机与8279键盘/显示器接口电路图

图中，“0”键代表秒单元减 1，“1”键代表秒单元加1,每按下一次执行一次操作.“2”“3”、“4”“5”、“6”“7”分别与分、时、周对应，作用与“0”“1”键相同.“8”键用来关闭报警.“9”键用来控制是否执行实时控制模块.按下“9”键，执行实时控制模块，反退出程序.“10”键在系统启动或断电时用来人工控制执行开/关机程序模块.按下，运行开/关机程序模块，反之退出.

输出驱动电路的功能是消除干扰和防止系统发出错误命令.电路如图5所示.

由图可知，电路采用了光电耦合驱动，可以有效隔离电磁干扰，这就解决了绪论中提到的第一个问题.图中P1代表单片机命令输出口，P2代表单片机对输出通道的控制命令输出口.当单片机复位后，所有的输出口都变为高电位，此时由于P2口与一反相功率放大器相连，发光二极管不发光，T1截止.此时P1口虽然给设备输出了启动命令，但V.输出为0，防止了设备错误运行.这时用软件将所有输出口置0，系统将正常工作.

图5 输出驱动电路图

4 结论

由于广播节目不断增多,关机时间不再固定，使得传统人工操作开关机很易出错.这给对实时性和准确性要求很高的广播系统带来很大麻烦.本文利用在中小规模自动化中广泛使用的单片机结合8279通用可编程键盘/显示器接口芯片基本实现了对广播发射机开关机系统的自动化控制.文中利用8051单片机很好的解决了关机时间不固定的问题.输出驱动电路的设计虽然理论上合理，但并不是最佳的，仍有很大的改动空间.

〔1〕房小翠，王金凤.单片机实用系统设计技术[M].北京:国防工业出社，1999:178-181.

〔2〕梅丽凤，等.单片机原理及接口技术[M].北京:清华大学出版社，北京交通大学出版社，2004:241-241.

〔3〕李玉峰,倪虹霞.MSC-51系列单片机原理与接口技术[M].北京:人民邮电出版社，2001:109-111.

〔4〕余锡存,曹国华.单片机原理及接口技术[M].西安:西安电子科技大学出版社，2000.

TP274

A

1673-260X（2011）02-0068-03