基于P89C51RA的智能廣播系統(tǒng)控制

1. 引言

隨著計算機技術和多媒體技術的發(fā)展，計算機越來越多地應用到社會各個領域。智能廣播系統(tǒng)是計算機技術和多媒體技術在廣播系統(tǒng)中的綜合應用，是在原有廣播系統(tǒng)的基礎上增加計算機系統(tǒng)和控制器實現廣播系統(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)預設；無人職守全自動運行；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)將廣泛地應用于大、中、小各類學校和部分企、事業(yè)單位。

智能廣播系統(tǒng)主要由計算機軟件系統(tǒng)、計算機硬件系統(tǒng)、控制器和原有廣播體系構成?？刂破髟谡麄€系統(tǒng)中起著連接計算機系統(tǒng)和原有廣播體系的橋梁作用，實現對計算機發(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)控制器來實現整個系統(tǒng)的安全可靠運行。

2. 智能廣播系統(tǒng)控制器的組成

智能廣播系統(tǒng)控制器要求能夠準確接收PC主機發(fā)送的控制命令和控制信息，安全可靠地控制相應的廣播設備和廣播分區(qū)。因此，在系統(tǒng)設計中力求以簡潔的硬件電路和最簡單有效的控制算法實現智能廣播系統(tǒng)的控制。由于PC主機與控制器和廣播設備都位于同一房間，距離較近，因此，PC主機與控制器之間采用RS-232串行通信，廣播設備和廣播分區(qū)采用繼電器控制其開/關。系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。

系統(tǒng)工作原理：首先，PC主機根據當前時間發(fā)送相應的控制指令和控制信息，要求控制器打開相應的廣播設備，并接通當前需要接收廣播節(jié)目的分區(qū)開關；然后，控制器對接收到的信息進行分析判斷接收信息的正確性，向PC主機發(fā)送確認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，否則根據要求打開相應的廣播設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主機的命令。

3. 系統(tǒng)硬件電路設計

3.1 單片機系統(tǒng)

目前，單片機的發(fā)展已經遠遠超出了“單片機”這一名稱的含義，大多數公司推出的增強型單片機都集成了豐富的資源，采用了諸多最新技術。在系統(tǒng)開發(fā)中如何選擇一款性能優(yōu)異、價格低廉的單片機將使我們所設計系統(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公司推出的增強型8051單片機P89C51RA。Philips是最早獲得MCS-51技術授權的公司，在采用新技術繼承和發(fā)展MCS-51系列單片機方面做出了卓越貢獻，并取得了諸多突破。如：在標準的RS-232接口基礎上，通過簡單的外部開關控制，即可實現內部集成Flash存儲器單片機的在系統(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位單片機超過上百種，因此，Philips公司為我們根據不同系統(tǒng)需要選擇最具性價比和高穩(wěn)定性的單片機提供了良好的條件。本系統(tǒng)采用的P89C51RA單片機就是一款高性價比、高集成度、集成Flash存儲器和ISP功能的單片機。P89C51RA單片機內部集成了8k Flsah程序存儲器，512字節(jié)的數據存儲器（RAM），雙DPTR，這為系統(tǒng)的電路簡化和程序設計的靈活性奠定了堅實的基礎。

3.2 串行通信接口電路設計

PC機配置的是標準的RS-232串行接口，而單片機的輸入、輸出都是TTL電平，兩者的電氣規(guī)范不同，要實現單片機與PC機的數據通信，必須對單片機輸出TTL電平進行電平轉換。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，具有增強型ESD性能和120Kbps的數據傳輸速率。該芯片與MAX232完全兼容，但經使用比較發(fā)現其穩(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電路設計

P89C51RA的ISP功能是通過標準RS-232C串口來完成的，它是一種內嵌的在線可編程功能，實現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功能的單片機系統(tǒng)和普通單片機系統(tǒng)的設計在別的方面沒什么區(qū)別，僅僅在RS-232C 串口的設計上增加ISP硬件激活開關即可，對于P89C51RA來說，編程電壓VPP＝5V，因此ISP硬件激活開關的電路原理如圖3所示。

ISP功能的實現：當雙刀雙擲開關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，按復位鍵S1，單片機在復位后進入ISP狀態(tài)，此時可在FlashMagic軟件或ZLGISP軟件環(huán)境下進行單片機的Flash程序存儲器進行擦、寫操作。當雙刀雙擲開關S2向上時，上電或按復位按鈕S1后單片機進入正常工作狀態(tài)。關于ISP功能實現的詳情查閱相關資料。

ISP是P89C51RA單片機的一個優(yōu)異功能，利用這一功能不但大大方便了系統(tǒng)開發(fā)中對單片機中程序的調試與編寫，同時還使系統(tǒng)具有在線升級功能。

3.3 廣播設備和廣播區(qū)片控制電路設計

廣播設備和廣播區(qū)片控制都采用繼電器實現，為了保障系統(tǒng)的長期安全可靠運行，系統(tǒng)選用單點觸點電流為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林頓晶體管陣列集成電路ULN2803，每個達林頓管的最大驅動電壓/電流為50V/500mA。ULN2803的設計與標準TTL電平兼容，這一特性使得該器件廣泛應用于計算機控制、工業(yè)控制和消費類產品中。

ULN2803的選用使驅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)驅動控制電路原理如圖4所示。

4. 系統(tǒng)軟件設計與實現

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行，因此，系統(tǒng)軟件主要由主程序和串口通信中斷服務子程序兩部分組成。其中主程序流程圖如下圖5所示。

串口通信中斷服務子程序的工作過程：首先關系統(tǒng)總中斷，然后將接收中斷標志清零，接下來完成數據接收，最后開系統(tǒng)總中斷。在數據接收過程中關閉系統(tǒng)總中斷是保證信息可靠接收的必要條件，在軟件設計中必須予以足夠重視。

5. 結 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廣泛應用于各行各業(yè)中的一例，它已經在智能廣播系統(tǒng)中得到穩(wěn)定、可靠地運行。本例還可以作進一步擴展，運用到安防、工業(yè)控制等領域。

本文作者的創(chuàng)新點：采用Philips公司的P89C51RA單片機和達林頓管陣列ULN2803，使系統(tǒng)硬件結構得到極大地簡化，采用ISP功能使系統(tǒng)具有在線調試和升級功能。