专利名称:程控定时军号发生器的制作方法
本实用新型属于自动控制技术。
目前，解放军及武警的部队、机关、院校、医院等单位均采用军号报时。最早是由人按规定时间直接吹奏军号，后来改成将军号号音灌制成唱片或录在录音磁带上，再经扩大机播放。采用以上办法的缺点是一、浪费人力，要有专人负责。二、时间准确性差，容易造成时间误差或时间到了忘记吹号。三、播放各种号谱时会造成人为错误(如把起床号吹成休息号)。四、耐用性差，无论唱片或磁带长期使用造成磨损而音质变坏。即使实现时间上自动控制，录音机或电唱机的使用上仍存在一些问题。近年来，随着微机技术的普及、推广，人们在计时、控制、奏乐等方面都有了应用，为我们考虑采用微机技术控制时间，播放军号提供了基础。
本实用新型的目的在于利用微计算机控制时间发出军号声，以达到计时、控制、发音、播放等全部工作实现自动化。
本实用新型的结构是以TP801单板机为核心，用软件程序来实现定时和产生各类号谱的号音信号，号音信号经外部硬件放大电路放大、滤波、整形送至扩音机。扩音机开启也是由单板机控制，考虑到目前电子管扩音机还有相当数量在使用，所以在控制的时序上采取高低压两级启动分别接通的方法。先接通低压，自动延长一段时间后，再接通高压，如使用晶体管扩音机连接更为简便。为了提高单板机时间控制的准确性，采用外部秒脉冲产生器作为时基信号。图1为整机结构方框图。图中〔A〕为TP801单板机，〔B〕为外时基电路，〔C〕为号音放大电路，〔D〕为滤波整形电路，〔E〕为低压控制电路，〔F〕为高压控制电路，〔G〕为输出控制电路，〔H〕为扩音机，〔I〕为直流稳压电源。
本实用新型的外部硬件有外时基电路、两级启动电源控制电路、号音放大滤波整形电路。图2、图3为本实用新型的实施例。
秒脉冲信号产生电路(即外时基)见图2，是给单板机提供秒基准信号，它的精度将直接影响单板机的走时和控制精度。所以采用进口CMOS高频钟电路5512F，这是一种新型计时器件，用它与石英晶体组成高精度的秒基准信号源。外接晶振频率为4.19MHZ，因此，比一般低频钟电路精度高。5512F内部电路可分为振荡、分频和驱动部分。第一部分由倒相器、外接晶体及电容构成振荡频率为4.19MHZ的振荡器。分频器由23级二分频电路组成，4.19MHZ经23级分频后成为0.5HZ的信号，最后经集成电路内部驱动电路形成具有一定幅度的输出脉冲。5512F的⑦和⑧脚外接晶体JT和电容CD、Cg、Cg′，调整Cg可微调频率。③和④脚接二极管D1、D2将输出脉冲组成频率为1HZ的秒基准脉冲，BG1作为输出整形。①脚由D8、D4二只整流二极管正向导通压降供电，使秒脉冲发生器有了宽的工作电压范围，以便和单板机相配接。秒脉冲信号接至单板机CTC的(23)脚，即O通道的CLK／TRG(o)口，并由控制字决定在脉冲上升沿工作。该秒脉冲发生器的误差在0.02秒／日以内。
电源的两级启动控制电路，分别为低压控制和高压控制两个部分。低压控制电路主要由I555定时器组成。555集成定时器是一种将模拟功能和逻辑功能集成在同一硅片上的时基电路，只要外接少量元件，就可构成多种模拟或数字电路，555定时器如图4所示。由两个电压比较器Ⅰ、Ⅱ和一个RS触发器，一个输出级Ⅲ，一个复位晶体管〔Ⅰ〕为直流稳压器，一组输出＋25V，供外部硬件工作。另一组输出＋5V经二极管D9给单板机供电，同时，可对电池进行浮充。停电后稳压电源没有输出，电池自动切换供电，二极管D9用以防止直流电池向稳压电源倒灌，单板机显示电路接D9正端，是为了停电时显示电路可暂不显示，其它电路保证供电，节约电能，来电后，仍可恢复显示。
本实用新型使用的TP801单板机，采用了Z80系列，Z80单板机有三条总线数据总线DB，地址总线AB，控制总线CB0挂在三条总线的器件有Z80－CPU、存贮器、Z80－PIO及Z80－CTC等。其中PIO是通用的并行I／O口芯片，有两个八位口，即A口、B口，本设计用B口输出，且采用位控方式。Z80－CTC采用中断方式工作，在单板机作为时间控制时，CTC用于计数器方式，当单板机控制奏出号音时，CTC用于定时器工作方式。
本实用新型的软件设计，结合单板机特点具有以下功能1、首先对时间进行显示，不需外接显示设备。利用单板机上七段LED显示器来显示。右两位显示“秒”，中间两位显示“分”，左两位显示“时”。
2、实现定时控制。即到了予定时间，应该向Z80－PIO的B口送具有一定宽度的脉冲信号，以便控制外设工作。
3、完成奏号功能，将各类勤务号谱写入后，需要时，按予先设置的进行调用。
根据上述功能的要求，进行程序设计时，首先编写一个实时计时程序，然后附加一个时间检查段，和到时信号输出程序段，以及各种号谱程序段。为了保证计时精度，采用了外部时基的方案。因此在编写主程序时，不使用CTC定时方式，避开了由于输入时间常数而带来的误差，而将CTC置成计数器方式。
主程序的设计，采用功能较强的中断方式2，选择CTC的O通道，置计数器工作方式，PIO选择B通道，置工作方式3(位控方式)。初始化后开中断，然后调输入时间进入显示缓冲区子程序，接下去调显示子程序，主程序流程图如图5所示。
中断服务程序的设计，由于奏号时间只要准确到分、时，所以秒不到60(即不到1分钟)中断返回。计时时，时或分每改变一次数值都要检查，看是否到奏号时间，到了，在PIO的PBO中输出一方波信号，即奏号控制起动，然后判断要奏什么号谱，调用该号的子程序。如不到则中断返回。奏号的时间按排是每小时中可有四次奏号时间(分)，每次奏号时间可随意安排奏一种号。总共有18组奏号时间，(每天可安排18个小时奏号)，这样每天共可按排72次号，可根据需要予置到程序TIMEI存储区。为解决每周的休息日奏号时间的特殊性，设置了一个“星期”存放单元，予置时将现行的星期数送入，计时时，通过判断来确定是否是休息日予置的奏号时间，这样休息日也同样可以安排另外18组奏号时间，给实际使用带来很大方便。休息日奏号时间予置到程序TIME2存储区。图6给出了中断服务程序流程图。
奏号子程序是以单板机本身的时钟作为振荡源，利用CTC的定时功能进行分频，为满足号谱中特殊要求的指令，做了合理调整，综合实现的。所有各类号谱，都是由高低不同音阶，按照不同的节拍排列起来的，其音阶高低是由振荡频率所决定，而节拍长短是由某个音阶BG1，一个放电晶体管BG2组成，比较器的基准电压由三个5KΩ电阻分压提供。定时器的②脚为触发端，比较器Ⅱ的(＋)端接入1／3Vcc的基准，当其(－)端V2＜1／3Vcc时比较器Ⅱ使RS触发器翻转，输出V0③脚变为高电平。④脚为复位端，V4低电平可强迫输出V0③脚为低电平，此端不用时可接Vcc。⑤脚为外电压控制端，不用时经电容C2接地。⑥脚为门限端，比较器Ⅰ的(－)端接入2／3Vcc的基准，当V6＞2／3Vcc时，比较器Ⅰ使RS触发器翻转，输出V0③脚为低电平。555定时器的②脚经电容C3接至PIO的PBO(27)脚，当到奏号时间时，Z80PIO的PBO输出一脉冲信号，D5起保护和泄放作用。在其负跳变沿③脚输出一延时高电平，使BG2导通，低压继电器J1吸动，D6用来消除J1线圈的自感电势，以保护BG2不被击穿。J1动作后，有两组控制接点接通，一组为1、2接点，接通高压控制电路的电源，另一组接点3、4，接通低压中间继电器J3，J3吸动后，将扩音机的交流电源接通。因为J1继电器(JRC－5M)本身接点功率小，并考虑到防止电火花干扰单板机，因此采用低压中间继电器J3(JRX－13F)且离开一定距离，可靠近扩音机安放。J1吸动的延迟时间，由R4和C1的时常数所决定，延迟时间td＝1.1R4C1，因低压先接通1分钟，而奏号时间为43秒，因此该电路共需延迟1分43秒。可通过调整R4、C1来实现。
高压启动控制部分的电源，由J1的1、2接点接通。高压控制电路也是由I555定时器组成，但其控制过程不同于低压控制部分。电源接通后，由于C5的作用，555②脚仍呈低电位，③脚输出高电平，当电源经R8对C5充电后，②脚的电位才逐渐升高，这样经过一段时间的延迟后，③脚才变为低电平，J2高压启动继电器吸动，此时td约为1分钟，延迟时间由R8、C5决定。J2动作后，也有两组接点，其中一组1、2接点接通高压中间继电器J4，J4将扩音机的高压电源接通，J2另一组接点3、4接通，将号音信号送至扩音机的拾音扦孔(1N)。至此完成了先接低压后接高压的两级启动的控制过程。
单板机奏出的号音信号，首先送至LA3210组成的前置放大器放大见图3，一方面提高信号电平，另一方面改善输入阻抗，以满足扩音机输入电平的要求。LA3210具有低噪声，ALC范围宽，降压特性好等特点。各管脚功能如下①集电极，②输入信号端，③反馈端，④ALC输入端，⑤接地端，⑥ALC输出端，⑦旁路端，⑧输出端，⑨电源端。在规范条件下，其闭环电压增益约为33－37dB，改变R3可改变闭环增益。号音信号从单板机转录扦孔J2(AUX)至放大器的输入端，经运放放大后，送到由BG1、BG2组成的有源滤波器。因号音信号由单板机奏出，尽管在软件上做了多方努力，在音调、节拍上模拟了军号的号音，但其频率成分，终究不完全同于军号所奏的号音，为得到满意的收听效果，改善音色，使其向军号音靠近，接入有源滤波器后，波形有了改进，逼真度也有所提高。该滤波器可抑制较高频率，BG1用来放大输入信号，在它的发射极上设计了RC低通滤波网络，BG2用作射极输出，并把输出信号通过C9正反馈到RC网络，RC网络确定了滤波器的上限频率，下限频率是由放大器的响应所决定，在较低频率上，以每倍频程6dB线性下降。BG3组成的共发射极阻容耦合放大器，用以补偿滤波器的电平损耗。W1可调整输出电平，经J2继电器转换接点3、4，将号音送至扩音机拾音扦孔。
在电源供给上，为了防止在停电时，计时停止和予置的奏号时间丢失，采用主电源〔Ⅰ〕和备用电源〔DC〕共同供电的方法。主电源持续时间所决定，为尽可能模拟军号音效果，使其逼真，使基波频率上一致，首先采取措施，找出号谱“5”音约为414HZ，然后按照十二平均律的关系，得出号谱的其它三个音阶频率5414HZ1414×(122]]>)5＝553HZ3414×(212]]>)9＝696HZ5414×(212]]>)12＝414×2＝828HZ这样就可编程来产生上述频率。单板机的时钟频率为1.9968MHZ，近似为2MHZ，当CTC的定标系数为16时，即对2MHZ进行16次分频，可得到125KHZ的频率，然后再按以上各音阶的频率，分别求出时间常数，并在CTC的下一个控制字写入CTC，就可由CTC输出号谱音阶信号了。
设计时采用转录扦孔输出，CTC通道1本身经过U14分频作用，在计算时间常数时，要把U14的分频作用考虑在内，采用转录扦孔输出的最大优点是输出阻抗和输出电平高，且本身有抑制高频成分的能力，比CTC其它通道的输出能力都强。按上述方法求出号谱音阶的时间常数为十六进制的71H，51H，48H。中音阶与低音阶的频率相差1倍，时间常数相差一倍，将时间常数左移1位(实际×2)即可。节拍实现的问题，通过CTC定时器被启动后，利用调用延时程序次数来解决。本程序所设计的延时子程序DELy，在延迟参数B＝OFH时，约为3.183mS，每个节拍需要多长时间，只要填写不同的参数即可，奏号子程序流程图如图7所示。
在单板机执行奏号子程序时，CTC通道1在工作，工作在定时方式，CPU对CTCO通道的中断中请不再响应，计时停止，LED七段显示器停止在六个数字中的某一数字上，由于经过精确的计算，已将各类号谱的奏号时间统一了，只要在奏号完毕时，把这一段时间加上，计时仍然会精确地回到现行时间上，再继续响应CTC通道O的中断申请。
本实用新型由于采用程控方式，使用灵活，操作极为方便。奏号时间、号谱、次数均可任意按排，根据季节变换，临时需要可随意更改或添加。使用该设备，计时、监控、奏号、播放全过程实现自动化，准确可靠。改变了以往放(吹)号离不了人的现象，解决了计时不准或人为误差的问题，克服了维护操作不便，设备易于磨损的缺陷。该设备经过实验调整，模拟试用，计时准确无误，所奏各类号谱的声音与军号音十分相似，收听效果甚佳。
权利要求
1.程控定时军号发生器，由微型计算机、外部时基、号音放大与电源控制等电路组成，其特征是应用程序经过固化能准时产生军号号音的微机系统，有一个控制微机走时精度的外时基电路，改进号声音质的放大、滤波、整形电路与控制扩音机电源的两级启动电路。
2.按照权利要求
1，所述的程控定时军号发生器，其特征是有一个通过内时钟，能进行分频，产生军号号音的CTC电路。
3.按照权利要求
1，所述的程控定时军号发生器，其特征是控制微机走时精度的外时基，由CMOS高频钟电路5512F与石英晶体组成高精度秒基准信号源。
4.按照权利要求
1，所述的程控定时军号发生器，其特征是改进号声音质的放大滤波整形电路，由LA3210作前置放大，第二级放大管的发射极接有RC网络组成的有源滤波器，第三级射随接至末级放大输出。
5.按照权利要求
1，所述的程控定时军号发生器，其特征是电源开机时间由两级启动，分别为低压控制电路和高压控制电路。
6.按照权利要求
5，所述的程控定时军号发生器 其特征是低压控制电路是由I555定时器组成，并有一只低压启动继电器J1与一只低压中间继电器J8和能调节的控制启动延时的R4C1充电回路。
7.按照权利要求
5，所述程控军号发生器的电源启动电路，其特征是高压控制电路由I555定时器组成，有一个受低压控制电路继电器J1接点控制的高压启动继电器J2和高压中间继电器J4和能调节控制启动延时的R8C5电路。
专利摘要
程控定时军号发生器属于自动控制技术。由微机、外时基、号音放大、电源控制等电路组成，能与晶体管或电子管扩音机相配接。利用微机控制时间，发出军号音，以实现计时、监控、发音、播放全过程的自动化。能任意按排奏号时间及各类号谱，每周有一日与六日可不同。节省了人力，解决了计时不准和人为误差问题，克服了维修操作不便，设备易于磨损等缺陷，所奏号谱声音与军号音十分相似，适用于部队各系统作自动报时设备。
文档编号G06F9/06GK86207368SQ86207368
公开日1988年2月24日 申请日期1986年9月20日
发明者胡卫国, 王建群 申请人:武警山东省总队司令部通信处导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan