專利名稱:程控定時軍號發(fā)生器的制作方法
本實用新型屬于自動控制技術(shù)。
目前，解放軍及武警的部隊、機關(guān)、院校、醫(yī)院等單位均采用軍號報時。最早是由人按規(guī)定時間直接吹奏軍號，后來改成將軍號號音灌制成唱片或錄在錄音磁帶上，再經(jīng)擴大機播放。采用以上辦法的缺點是一、浪費人力，要有專人負責。二、時間準確性差，容易造成時間誤差或時間到了忘記吹號。三、播放各種號譜時會造成人為錯誤(如把起床號吹成休息號)。四、耐用性差，無論唱片或磁帶長期使用造成磨損而音質(zhì)變壞。即使實現(xiàn)時間上自動控制，錄音機或電唱機的使用上仍存在一些問題。近年來，隨著微機技術(shù)的普及、推廣，人們在計時、控制、奏樂等方面都有了應用，為我們考慮采用微機技術(shù)控制時間，播放軍號提供了基礎。
本實用新型的目的在于利用微計算機控制時間發(fā)出軍號聲，以達到計時、控制、發(fā)音、播放等全部工作實現(xiàn)自動化。
本實用新型的結(jié)構(gòu)是以TP801單板機為核心，用軟件程序來實現(xiàn)定時和產(chǎn)生各類號譜的號音信號，號音信號經(jīng)外部硬件放大電路放大、濾波、整形送至擴音機。擴音機開啟也是由單板機控制，考慮到目前電子管擴音機還有相當數(shù)量在使用，所以在控制的時序上采取高低壓兩級啟動分別接通的方法。先接通低壓，自動延長一段時間后，再接通高壓，如使用晶體管擴音機連接更為簡便。為了提高單板機時間控制的準確性，采用外部秒脈沖產(chǎn)生器作為時基信號。圖1為整機結(jié)構(gòu)方框圖。圖中〔A〕為TP801單板機，〔B〕為外時基電路，〔C〕為號音放大電路，〔D〕為濾波整形電路，〔E〕為低壓控制電路，〔F〕為高壓控制電路，〔G〕為輸出控制電路，〔H〕為擴音機，〔I〕為直流穩(wěn)壓電源。
本實用新型的外部硬件有外時基電路、兩級啟動電源控制電路、號音放大濾波整形電路。圖2、圖3為本實用新型的實施例。
秒脈沖信號產(chǎn)生電路(即外時基)見圖2，是給單板機提供秒基準信號，它的精度將直接影響單板機的走時和控制精度。所以采用進口CMOS高頻鐘電路5512F，這是一種新型計時器件，用它與石英晶體組成高精度的秒基準信號源。外接晶振頻率為4.19MHZ，因此，比一般低頻鐘電路精度高。5512F內(nèi)部電路可分為振蕩、分頻和驅(qū)動部分。第一部分由倒相器、外接晶體及電容構(gòu)成振蕩頻率為4.19MHZ的振蕩器。分頻器由23級二分頻電路組成，4.19MHZ經(jīng)23級分頻后成為0.5HZ的信號，最后經(jīng)集成電路內(nèi)部驅(qū)動電路形成具有一定幅度的輸出脈沖。5512F的⑦和⑧腳外接晶體JT和電容CD、Cg、Cg′，調(diào)整Cg可微調(diào)頻率。③和④腳接二極管D1、D2將輸出脈沖組成頻率為1HZ的秒基準脈沖，BG1作為輸出整形。①腳由D8、D4二只整流二極管正向?qū)▔航倒╇?，使秒脈沖發(fā)生器有了寬的工作電壓范圍，以便和單板機相配接。秒脈沖信號接至單板機CTC的(23)腳，即O通道的CLK／TRG(o)口，并由控制字決定在脈沖上升沿工作。該秒脈沖發(fā)生器的誤差在0.02秒／日以內(nèi)。
電源的兩級啟動控制電路，分別為低壓控制和高壓控制兩個部分。低壓控制電路主要由I555定時器組成。555集成定時器是一種將模擬功能和邏輯功能集成在同一硅片上的時基電路，只要外接少量元件，就可構(gòu)成多種模擬或數(shù)字電路，555定時器如圖4所示。由兩個電壓比較器Ⅰ、Ⅱ和一個RS觸發(fā)器，一個輸出級Ⅲ，一個復位晶體管〔Ⅰ〕為直流穩(wěn)壓器，一組輸出＋25V，供外部硬件工作。另一組輸出＋5V經(jīng)二極管D9給單板機供電，同時，可對電池進行浮充。停電后穩(wěn)壓電源沒有輸出，電池自動切換供電，二極管D9用以防止直流電池向穩(wěn)壓電源倒灌，單板機顯示電路接D9正端，是為了停電時顯示電路可暫不顯示，其它電路保證供電，節(jié)約電能，來電后，仍可恢復顯示。
本實用新型使用的TP801單板機，采用了Z80系列，Z80單板機有三條總線數(shù)據(jù)總線DB，地址總線AB，控制總線CB0掛在三條總線的器件有Z80－CPU、存貯器、Z80－PIO及Z80－CTC等。其中PIO是通用的并行I／O口芯片，有兩個八位口，即A口、B口，本設計用B口輸出，且采用位控方式。Z80－CTC采用中斷方式工作，在單板機作為時間控制時，CTC用于計數(shù)器方式，當單板機控制奏出號音時，CTC用于定時器工作方式。
本實用新型的軟件設計，結(jié)合單板機特點具有以下功能1、首先對時間進行顯示，不需外接顯示設備。利用單板機上七段LED顯示器來顯示。右兩位顯示“秒”，中間兩位顯示“分”，左兩位顯示“時”。
2、實現(xiàn)定時控制。即到了予定時間，應該向Z80－PIO的B口送具有一定寬度的脈沖信號，以便控制外設工作。
3、完成奏號功能，將各類勤務號譜寫入后，需要時，按予先設置的進行調(diào)用。
根據(jù)上述功能的要求，進行程序設計時，首先編寫一個實時計時程序，然后附加一個時間檢查段，和到時信號輸出程序段，以及各種號譜程序段。為了保證計時精度，采用了外部時基的方案。因此在編寫主程序時，不使用CTC定時方式，避開了由于輸入時間常數(shù)而帶來的誤差，而將CTC置成計數(shù)器方式。
主程序的設計，采用功能較強的中斷方式2，選擇CTC的O通道，置計數(shù)器工作方式，PIO選擇B通道，置工作方式3(位控方式)。初始化后開中斷，然后調(diào)輸入時間進入顯示緩沖區(qū)子程序，接下去調(diào)顯示子程序，主程序流程圖如圖5所示。
中斷服務程序的設計，由于奏號時間只要準確到分、時，所以秒不到60(即不到1分鐘)中斷返回。計時時，時或分每改變一次數(shù)值都要檢查，看是否到奏號時間，到了，在PIO的PBO中輸出一方波信號，即奏號控制起動，然后判斷要奏什么號譜，調(diào)用該號的子程序。如不到則中斷返回。奏號的時間按排是每小時中可有四次奏號時間(分)，每次奏號時間可隨意安排奏一種號。總共有18組奏號時間，(每天可安排18個小時奏號)，這樣每天共可按排72次號，可根據(jù)需要予置到程序TIMEI存儲區(qū)。為解決每周的休息日奏號時間的特殊性，設置了一個“星期”存放單元，予置時將現(xiàn)行的星期數(shù)送入，計時時，通過判斷來確定是否是休息日予置的奏號時間，這樣休息日也同樣可以安排另外18組奏號時間，給實際使用帶來很大方便。休息日奏號時間予置到程序TIME2存儲區(qū)。圖6給出了中斷服務程序流程圖。
奏號子程序是以單板機本身的時鐘作為振蕩源，利用CTC的定時功能進行分頻，為滿足號譜中特殊要求的指令，做了合理調(diào)整，綜合實現(xiàn)的。所有各類號譜，都是由高低不同音階，按照不同的節(jié)拍排列起來的，其音階高低是由振蕩頻率所決定，而節(jié)拍長短是由某個音階BG1，一個放電晶體管BG2組成，比較器的基準電壓由三個5KΩ電阻分壓提供。定時器的②腳為觸發(fā)端，比較器Ⅱ的(＋)端接入1／3Vcc的基準，當其(－)端V2＜1／3Vcc時比較器Ⅱ使RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出V0③腳變?yōu)楦唠娖?。④腳為復位端，V4低電平可強迫輸出V0③腳為低電平，此端不用時可接Vcc。⑤腳為外電壓控制端，不用時經(jīng)電容C2接地。⑥腳為門限端，比較器Ⅰ的(－)端接入2／3Vcc的基準，當V6＞2／3Vcc時，比較器Ⅰ使RS觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出V0③腳為低電平。555定時器的②腳經(jīng)電容C3接至PIO的PBO(27)腳，當?shù)阶嗵枙r間時，Z80PIO的PBO輸出一脈沖信號，D5起保護和泄放作用。在其負跳變沿③腳輸出一延時高電平，使BG2導通，低壓繼電器J1吸動，D6用來消除J1線圈的自感電勢，以保護BG2不被擊穿。J1動作后，有兩組控制接點接通，一組為1、2接點，接通高壓控制電路的電源，另一組接點3、4，接通低壓中間繼電器J3，J3吸動后，將擴音機的交流電源接通。因為J1繼電器(JRC－5M)本身接點功率小，并考慮到防止電火花干擾單板機，因此采用低壓中間繼電器J3(JRX－13F)且離開一定距離，可靠近擴音機安放。J1吸動的延遲時間，由R4和C1的時常數(shù)所決定，延遲時間td＝1.1R4C1，因低壓先接通1分鐘，而奏號時間為43秒，因此該電路共需延遲1分43秒?？赏ㄟ^調(diào)整R4、C1來實現(xiàn)。
高壓啟動控制部分的電源，由J1的1、2接點接通。高壓控制電路也是由I555定時器組成，但其控制過程不同于低壓控制部分。電源接通后，由于C5的作用，555②腳仍呈低電位，③腳輸出高電平，當電源經(jīng)R8對C5充電后，②腳的電位才逐漸升高，這樣經(jīng)過一段時間的延遲后，③腳才變?yōu)榈碗娖?，J2高壓啟動繼電器吸動，此時td約為1分鐘，延遲時間由R8、C5決定。J2動作后，也有兩組接點，其中一組1、2接點接通高壓中間繼電器J4，J4將擴音機的高壓電源接通，J2另一組接點3、4接通，將號音信號送至擴音機的拾音扦孔(1N)。至此完成了先接低壓后接高壓的兩級啟動的控制過程。
單板機奏出的號音信號，首先送至LA3210組成的前置放大器放大見圖3，一方面提高信號電平，另一方面改善輸入阻抗，以滿足擴音機輸入電平的要求。LA3210具有低噪聲，ALC范圍寬，降壓特性好等特點。各管腳功能如下①集電極，②輸入信號端，③反饋端，④ALC輸入端，⑤接地端，⑥ALC輸出端，⑦旁路端，⑧輸出端，⑨電源端。在規(guī)范條件下，其閉環(huán)電壓增益約為33－37dB，改變R3可改變閉環(huán)增益。號音信號從單板機轉(zhuǎn)錄扦孔J2(AUX)至放大器的輸入端，經(jīng)運放放大后，送到由BG1、BG2組成的有源濾波器。因號音信號由單板機奏出，盡管在軟件上做了多方努力，在音調(diào)、節(jié)拍上模擬了軍號的號音，但其頻率成分，終究不完全同于軍號所奏的號音，為得到滿意的收聽效果，改善音色，使其向軍號音靠近，接入有源濾波器后，波形有了改進，逼真度也有所提高。該濾波器可抑制較高頻率，BG1用來放大輸入信號，在它的發(fā)射極上設計了RC低通濾波網(wǎng)絡，BG2用作射極輸出，并把輸出信號通過C9正反饋到RC網(wǎng)絡，RC網(wǎng)絡確定了濾波器的上限頻率，下限頻率是由放大器的響應所決定，在較低頻率上，以每倍頻程6dB線性下降。BG3組成的共發(fā)射極阻容耦合放大器，用以補償濾波器的電平損耗。W1可調(diào)整輸出電平，經(jīng)J2繼電器轉(zhuǎn)換接點3、4，將號音送至擴音機拾音扦孔。
在電源供給上，為了防止在停電時，計時停止和予置的奏號時間丟失，采用主電源〔Ⅰ〕和備用電源〔DC〕共同供電的方法。主電源持續(xù)時間所決定，為盡可能模擬軍號音效果，使其逼真，使基波頻率上一致，首先采取措施，找出號譜“5”音約為414HZ，然后按照十二平均律的關(guān)系，得出號譜的其它三個音階頻率5414HZ1414×(122]]>)5＝553HZ3414×(212]]>)9＝696HZ5414×(212]]>)12＝414×2＝828HZ這樣就可編程來產(chǎn)生上述頻率。單板機的時鐘頻率為1.9968MHZ，近似為2MHZ，當CTC的定標系數(shù)為16時，即對2MHZ進行16次分頻，可得到125KHZ的頻率，然后再按以上各音階的頻率，分別求出時間常數(shù)，并在CTC的下一個控制字寫入CTC，就可由CTC輸出號譜音階信號了。
設計時采用轉(zhuǎn)錄扦孔輸出，CTC通道1本身經(jīng)過U14分頻作用，在計算時間常數(shù)時，要把U14的分頻作用考慮在內(nèi)，采用轉(zhuǎn)錄扦孔輸出的最大優(yōu)點是輸出阻抗和輸出電平高，且本身有抑制高頻成分的能力，比CTC其它通道的輸出能力都強。按上述方法求出號譜音階的時間常數(shù)為十六進制的71H，51H，48H。中音階與低音階的頻率相差1倍，時間常數(shù)相差一倍，將時間常數(shù)左移1位(實際×2)即可。節(jié)拍實現(xiàn)的問題，通過CTC定時器被啟動后，利用調(diào)用延時程序次數(shù)來解決。本程序所設計的延時子程序DELy，在延遲參數(shù)B＝OFH時，約為3.183mS，每個節(jié)拍需要多長時間，只要填寫不同的參數(shù)即可，奏號子程序流程圖如圖7所示。
在單板機執(zhí)行奏號子程序時，CTC通道1在工作，工作在定時方式，CPU對CTCO通道的中斷中請不再響應，計時停止，LED七段顯示器停止在六個數(shù)字中的某一數(shù)字上，由于經(jīng)過精確的計算，已將各類號譜的奏號時間統(tǒng)一了，只要在奏號完畢時，把這一段時間加上，計時仍然會精確地回到現(xiàn)行時間上，再繼續(xù)響應CTC通道O的中斷申請。
本實用新型由于采用程控方式，使用靈活，操作極為方便。奏號時間、號譜、次數(shù)均可任意按排，根據(jù)季節(jié)變換，臨時需要可隨意更改或添加。使用該設備，計時、監(jiān)控、奏號、播放全過程實現(xiàn)自動化，準確可靠。改變了以往放(吹)號離不了人的現(xiàn)象，解決了計時不準或人為誤差的問題，克服了維護操作不便，設備易于磨損的缺陷。該設備經(jīng)過實驗調(diào)整，模擬試用，計時準確無誤，所奏各類號譜的聲音與軍號音十分相似，收聽效果甚佳。
權(quán)利要求
1.程控定時軍號發(fā)生器，由微型計算機、外部時基、號音放大與電源控制等電路組成，其特征是應用程序經(jīng)過固化能準時產(chǎn)生軍號號音的微機系統(tǒng)，有一個控制微機走時精度的外時基電路，改進號聲音質(zhì)的放大、濾波、整形電路與控制擴音機電源的兩級啟動電路。
2.按照權(quán)利要求
1，所述的程控定時軍號發(fā)生器，其特征是有一個通過內(nèi)時鐘，能進行分頻，產(chǎn)生軍號號音的CTC電路。
3.按照權(quán)利要求
1，所述的程控定時軍號發(fā)生器，其特征是控制微機走時精度的外時基，由CMOS高頻鐘電路5512F與石英晶體組成高精度秒基準信號源。
4.按照權(quán)利要求
1，所述的程控定時軍號發(fā)生器，其特征是改進號聲音質(zhì)的放大濾波整形電路，由LA3210作前置放大，第二級放大管的發(fā)射極接有RC網(wǎng)絡組成的有源濾波器，第三級射隨接至末級放大輸出。
5.按照權(quán)利要求
1，所述的程控定時軍號發(fā)生器，其特征是電源開機時間由兩級啟動，分別為低壓控制電路和高壓控制電路。
6.按照權(quán)利要求
5，所述的程控定時軍號發(fā)生器 其特征是低壓控制電路是由I555定時器組成，并有一只低壓啟動繼電器J1與一只低壓中間繼電器J8和能調(diào)節(jié)的控制啟動延時的R4C1充電回路。
7.按照權(quán)利要求
5，所述程控軍號發(fā)生器的電源啟動電路，其特征是高壓控制電路由I555定時器組成，有一個受低壓控制電路繼電器J1接點控制的高壓啟動繼電器J2和高壓中間繼電器J4和能調(diào)節(jié)控制啟動延時的R8C5電路。
專利摘要
程控定時軍號發(fā)生器屬于自動控制技術(shù)。由微機、外時基、號音放大、電源控制等電路組成，能與晶體管或電子管擴音機相配接。利用微機控制時間，發(fā)出軍號音，以實現(xiàn)計時、監(jiān)控、發(fā)音、播放全過程的自動化。能任意按排奏號時間及各類號譜，每周有一日與六日可不同。節(jié)省了人力，解決了計時不準和人為誤差問題，克服了維修操作不便，設備易于磨損等缺陷，所奏號譜聲音與軍號音十分相似，適用于部隊各系統(tǒng)作自動報時設備。
文檔編號G06F9/06GK86207368SQ86207368
公開日1988年2月24日 申請日期1986年9月20日
發(fā)明者胡衛(wèi)國, 王建群 申請人:武警山東省總隊司令部通信處導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan