基于P89C51RA的智能广播系统控制

1. 引言
随着计算机技术和多媒体技术的发展，计算机越来越多地应用到社会各个领域。智能广播系统是计算机技术和多媒体技术在广播系统中的综合应用，是在原有广播系统的基础上增加计算机系统和控制器实现广播系统的智能化升级。智能广播系统具有以下功能：程序化自动广播；广播分区预设；无人职守全自动运行；支持多种广播模式。智能广播系统一方面可以大大减轻广播节目制作和播放人员的工作量，另一方面还为广播节目的制作提供了丰富的素材和节目来源。智能广播系统将广泛地应用于大、中、小各类学校和部分企、事业单位。
智能广播系统主要由计算机软件系统、计算机硬件系统、控制器和原有广播体系构成。控制器在整个系统中起着连接计算机系统和原有广播体系的桥梁作用，实现对计算机发出的各种控制指令的解释和执行，因此，智能广播系统控制器的性能在一定程度上决定着整个系统安全、可靠和稳定地运行。本文研究开发了一种基于P89C51RA的智能广播系统控制器来实现整个系统的安全可靠运行。
2. 智能广播系统控制器的组成
智能广播系统控制器要求能够准确接收PC主机发送的控制命令和控制信息，安全可靠地控制相应的广播设备和广播分区。因此，在系统设计中力求以简洁的硬件电路和最简单有效的控制算法实现智能广播系统的控制。由于PC主机与控制器和广播设备都位于同一房间，距离较近，因此，PC主机与控制器之间采用RS-232串行通信，广播设备和广播分区采用继电器控制其开/关。系统结构框图如图1所示。
系统工作原理：首先，PC主机根据当前时间发送相应的控制指令和控制信息，要求控制器打开相应的广播设备，并接通当前需要接收广播节目的分区开关；然后，控制器对接收到的信息进行分析判断接收信息的正确性，向PC主机发送确认信息或接收错误信息，若接收信息错误，则不执行任何动作，否则根据要求打开相应的广播设备和接通要求的广播分区；控制器完成上述操作后，继续等待PC主机的命令。
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3. 系统硬件电路设计
3.1 单片机系统
目前，单片机的发展已经远远超出了“单片机”这一名称的含义，大多数公司推出的增强型单片机都集成了丰富的资源，采用了诸多最新技术。在系统开发中如何选择一款性能优异、价格低廉的单片机将使我们所设计系统在成本得到降低的前提下，性能反而得到大幅提升。
系统选用Philips公司推出的增强型8051单片机P89C51RA。Philips是最早获得MCS-51技术授权的公司，在采用新技术继承和发展MCS-51系列单片机方面做出了卓越贡献，并取得了诸多突破。如：在标准的RS-232接口基础上，通过简单的外部开关控制，即可实现内部集成Flash存储器单片机的在系统可编程（ISP——In System Programming）功能。到目前为止，Philips公司先后推出了8位、16位和32位单片机超过上百种，因此，Philips公司为我们根据不同系统需要选择最具性价比和高稳定性的单片机提供了良好的条件。本系统采用的P89C51RA单片机就是一款高性价比、高集成度、集成Flash存储器和ISP功能的单片机。P89C51RA单片机内部集成了8k Flsah程序存储器，512字节的数据存储器（RAM），双DPTR，这为系统的电路简化和程序设计的灵活性奠定了坚实的基础。
3.2 串行通信接口电路设计
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PC机配置的是标准的RS-232串行接口，而单片机的输入、输出都是TTL电平，两者的电气规范不同，要实现单片机与PC机的数据通信，必须对单片机输出TTL电平进行电平转换。在此，采用Sipex公司推出的高性能RS-232收发器芯片SP232E，它完全满足RS-232和V.28串行协议，具有增强型ESD性能和120Kbps的数据传输速率。该芯片与MAX232完全兼容，但经使用比较发现其稳定性和抗干扰能力均优于MAX232。系统的串口通信电路原理图如图2所示。
3.3 ISP电路设计
P89C51RA的ISP功能是通过标准RS-232C串口来完成的，它是一种内嵌的在线可编程功能，实现ISP功能只需要增加少量的电路板面积和元件。因此只要单片机系统配备了RS-232接口，就可以直接通过串口通信电缆来完成程序的下载，使用非常方便。具备ISP功能的单片机系统和普通单片机系统的设计在别的方面没什么区别，仅仅在RS-232C 串口的设计上增加ISP硬件激活开关即可，对于P89C51RA来说，编程电压VPP＝5V，因此ISP硬件激活开关的电路原理如图3所示。

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ISP功能的实现：当双刀双掷开关S2向下时，P89C51RA的PSEN引脚接地，ALE引脚悬空，EA/VPP引脚接5V编程电压，此时，按复位键S1，单片机在复位后进入ISP状态，此时可在FlashMagic软件或ZLGISP软件环境下进行单片机的Flash程序存储器进行擦、写操作。当双刀双掷开关S2向上时，上电或按复位按钮S1后单片机进入正常工作状态。关于ISP功能实现的详情查阅相关资料。
ISP是P89C51RA单片机的一个优异功能，利用这一功能不但大大方便了系统开发中对单片机中程序的调试与编写，同时还使系统具有在线升级功能。
3.3 广播设备和广播区片控制电路设计
广播设备和广播区片控制都采用继电器实现，为了保障系统的长期安全可靠运行，系统选用单点触点电流为10A的OMRON G2R-1 DC12 继电器，该继电器电磁线圈的额定控制电压为12V直流电压，额定电流小于50mA。
系统采用高电压大电流八达林顿晶体管阵列集成电路ULN2803，每个达林顿管的最大驱动电压/电流为50V/500mA。ULN2803的设计与标准TTL电平兼容，这一特性使得该器件广泛应用于计算机控制、工业控制和消费类产品中。
ULN2803的选用使驱动控制电路的可靠性、稳定性和简洁性得到了极大的提高。系统驱动控制电路原理如图4所示。

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4. 系统软件设计与实现
为了提高系统接收信息的可靠性和CPU的工作效率，系统软件的串行通信采用中断方式进行，因此，系统软件主要由主程序和串口通信中断服务子程序两部分组成。其中主程序流程图如下图5所示。
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串口通信中断服务子程序的工作过程：首先关系统总中断，然后将接收中断标志清零，接下来完成数据接收，最后开系统总中断。在数据接收过程中关闭系统总中断是保证信息可靠接收的必要条件，在软件设计中必须予以足够重视。
5. 结 语
本文的基于P89C51RA的智能广播系统控制器只是新型单片机广泛应用于各行各业中的一例，它已经在智能广播系统中得到稳定、可靠地运行。本例还可以作进一步扩展，运用到安防、工业控制等领域。
本文作者的创新点：采用Philips公司的P89C51RA单片机和达林顿管阵列ULN2803，使系统硬件结构得到极大地简化，采用ISP功能使系统具有在线调试和升级功能。