基于P89C51RA的智能廣播系統(tǒng)控制

1. 引言
隨著計算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)越來越多地應(yīng)用到社會各個領(lǐng)域。智能廣播系統(tǒng)是計算機(jī)技術(shù)和多媒體技術(shù)在廣播系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，是在原有廣播系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加計算機(jī)系統(tǒng)和控制器實(shí)現(xiàn)廣播系統(tǒng)的智能化升級。智能廣播系統(tǒng)具有以下功能：程序化自動廣播；廣播分區(qū)預(yù)設(shè)；無人職守全自動運(yùn)行；支持多種廣播模式。智能廣播系統(tǒng)一方面可以大大減輕廣播節(jié)目制作和播放人員的工作量，另一方面還為廣播節(jié)目的制作提供了豐富的素材和節(jié)目來源。智能廣播系統(tǒng)將廣泛地應(yīng)用于大、中、小各類學(xué)校和部分企、事業(yè)單位。
智能廣播系統(tǒng)主要由計算機(jī)軟件系統(tǒng)、計算機(jī)硬件系統(tǒng)、控制器和原有廣播體系構(gòu)成。控制器在整個系統(tǒng)中起著連接計算機(jī)系統(tǒng)和原有廣播體系的橋梁作用，實(shí)現(xiàn)對計算機(jī)發(fā)出的各種控制指令的解釋和執(zhí)行，因此，智能廣播系統(tǒng)控制器的性能在一定程度上決定著整個系統(tǒng)安全、可靠和穩(wěn)定地運(yùn)行。本文研究開發(fā)了一種基于P89C51RA的智能廣播系統(tǒng)控制器來實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
2. 智能廣播系統(tǒng)控制器的組成
智能廣播系統(tǒng)控制器要求能夠準(zhǔn)確接收PC主機(jī)發(fā)送的控制命令和控制信息，安全可靠地控制相應(yīng)的廣播設(shè)備和廣播分區(qū)。因此，在系統(tǒng)設(shè)計中力求以簡潔的硬件電路和最簡單有效的控制算法實(shí)現(xiàn)智能廣播系統(tǒng)的控制。由于PC主機(jī)與控制器和廣播設(shè)備都位于同一房間，距離較近，因此，PC主機(jī)與控制器之間采用RS-232串行通信，廣播設(shè)備和廣播分區(qū)采用繼電器控制其開/關(guān)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
系統(tǒng)工作原理：首先，PC主機(jī)根據(jù)當(dāng)前時間發(fā)送相應(yīng)的控制指令和控制信息，要求控制器打開相應(yīng)的廣播設(shè)備，并接通當(dāng)前需要接收廣播節(jié)目的分區(qū)開關(guān)；然后，控制器對接收到的信息進(jìn)行分析判斷接收信息的正確性，向PC主機(jī)發(fā)送確認(rèn)信息或接收錯誤信息，若接收信息錯誤，則不執(zhí)行任何動作，否則根據(jù)要求打開相應(yīng)的廣播設(shè)備和接通要求的廣播分區(qū)；控制器完成上述操作后，繼續(xù)等待PC主機(jī)的命令。
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3. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
3.1 單片機(jī)系統(tǒng)
目前，單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“單片機(jī)”這一名稱的含義，大多數(shù)公司推出的增強(qiáng)型單片機(jī)都集成了豐富的資源，采用了諸多最新技術(shù)。在系統(tǒng)開發(fā)中如何選擇一款性能優(yōu)異、價格低廉的單片機(jī)將使我們所設(shè)計系統(tǒng)在成本得到降低的前提下，性能反而得到大幅提升。
系統(tǒng)選用Philips公司推出的增強(qiáng)型8051單片機(jī)P89C51RA。Philips是最早獲得MCS-51技術(shù)授權(quán)的公司，在采用新技術(shù)繼承和發(fā)展MCS-51系列單片機(jī)方面做出了卓越貢獻(xiàn)，并取得了諸多突破。如：在標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口基礎(chǔ)上，通過簡單的外部開關(guān)控制，即可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部集成Flash存儲器單片機(jī)的在系統(tǒng)可編程（ISP——In System Programming）功能。到目前為止，Philips公司先后推出了8位、16位和32位單片機(jī)超過上百種，因此，Philips公司為我們根據(jù)不同系統(tǒng)需要選擇最具性價比和高穩(wěn)定性的單片機(jī)提供了良好的條件。本系統(tǒng)采用的P89C51RA單片機(jī)就是一款高性價比、高集成度、集成Flash存儲器和ISP功能的單片機(jī)。P89C51RA單片機(jī)內(nèi)部集成了8k Flsah程序存儲器，512字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器（RAM），雙DPTR，這為系統(tǒng)的電路簡化和程序設(shè)計的靈活性奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。
3.2 串行通信接口電路設(shè)計
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PC機(jī)配置的是標(biāo)準(zhǔn)的RS-232串行接口，而單片機(jī)的輸入、輸出都是TTL電平，兩者的電氣規(guī)范不同，要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通信，必須對單片機(jī)輸出TTL電平進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。在此，采用Sipex公司推出的高性能RS-232收發(fā)器芯片SP232E，它完全滿足RS-232和V.28串行協(xié)議，具有增強(qiáng)型ESD性能和120Kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。該芯片與MAX232完全兼容，但經(jīng)使用比較發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性和抗干擾能力均優(yōu)于MAX232。系統(tǒng)的串口通信電路原理圖如圖2所示。
3.3 ISP電路設(shè)計
P89C51RA的ISP功能是通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口來完成的，它是一種內(nèi)嵌的在線可編程功能，實(shí)現(xiàn)ISP功能只需要增加少量的電路板面積和元件。因此只要單片機(jī)系統(tǒng)配備了RS-232接口，就可以直接通過串口通信電纜來完成程序的下載，使用非常方便。具備ISP功能的單片機(jī)系統(tǒng)和普通單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計在別的方面沒什么區(qū)別，僅僅在RS-232C 串口的設(shè)計上增加ISP硬件激活開關(guān)即可，對于P89C51RA來說，編程電壓VPP＝5V，因此ISP硬件激活開關(guān)的電路原理如圖3所示。

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ISP功能的實(shí)現(xiàn)：當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)S2向下時，P89C51RA的PSEN引腳接地，ALE引腳懸空，EA/VPP引腳接5V編程電壓，此時，按復(fù)位鍵S1，單片機(jī)在復(fù)位后進(jìn)入ISP狀態(tài)，此時可在FlashMagic軟件或ZLGISP軟件環(huán)境下進(jìn)行單片機(jī)的Flash程序存儲器進(jìn)行擦、寫操作。當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)S2向上時，上電或按復(fù)位按鈕S1后單片機(jī)進(jìn)入正常工作狀態(tài)。關(guān)于ISP功能實(shí)現(xiàn)的詳情查閱相關(guān)資料。
ISP是P89C51RA單片機(jī)的一個優(yōu)異功能，利用這一功能不但大大方便了系統(tǒng)開發(fā)中對單片機(jī)中程序的調(diào)試與編寫，同時還使系統(tǒng)具有在線升級功能。
3.3 廣播設(shè)備和廣播區(qū)片控制電路設(shè)計
廣播設(shè)備和廣播區(qū)片控制都采用繼電器實(shí)現(xiàn)，為了保障系統(tǒng)的長期安全可靠運(yùn)行，系統(tǒng)選用單點(diǎn)觸點(diǎn)電流為10A的OMRON G2R-1 DC12 繼電器，該繼電器電磁線圈的額定控制電壓為12V直流電壓，額定電流小于50mA。
系統(tǒng)采用高電壓大電流八達(dá)林頓晶體管陣列集成電路ULN2803，每個達(dá)林頓管的最大驅(qū)動電壓/電流為50V/500mA。ULN2803的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)TTL電平兼容，這一特性使得該器件廣泛應(yīng)用于計算機(jī)控制、工業(yè)控制和消費(fèi)類產(chǎn)品中。
ULN2803的選用使驅(qū)動控制電路的可靠性、穩(wěn)定性和簡潔性得到了極大的提高。系統(tǒng)驅(qū)動控制電路原理如圖4所示。

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4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)
為了提高系統(tǒng)接收信息的可靠性和CPU的工作效率，系統(tǒng)軟件的串行通信采用中斷方式進(jìn)行，因此，系統(tǒng)軟件主要由主程序和串口通信中斷服務(wù)子程序兩部分組成。其中主程序流程圖如下圖5所示。
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串口通信中斷服務(wù)子程序的工作過程：首先關(guān)系統(tǒng)總中斷，然后將接收中斷標(biāo)志清零，接下來完成數(shù)據(jù)接收，最后開系統(tǒng)總中斷。在數(shù)據(jù)接收過程中關(guān)閉系統(tǒng)總中斷是保證信息可靠接收的必要條件，在軟件設(shè)計中必須予以足夠重視。
5. 結(jié) 語
本文的基于P89C51RA的智能廣播系統(tǒng)控制器只是新型單片機(jī)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中的一例，它已經(jīng)在智能廣播系統(tǒng)中得到穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。本例還可以作進(jìn)一步擴(kuò)展，運(yùn)用到安防、工業(yè)控制等領(lǐng)域。
本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：采用Philips公司的P89C51RA單片機(jī)和達(dá)林頓管陣列ULN2803，使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)得到極大地簡化，采用ISP功能使系統(tǒng)具有在線調(diào)試和升級功能。