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基于單片機(jī)的中波廣播智能音頻循環(huán)切換器設(shè)計(jì)

2024-11-06 00:00:00黃杰偉
數(shù)字通信世界 2024年10期

摘要:該文設(shè)計(jì)一款用于音頻系統(tǒng)的切換器,有8路輸入通道(1~8)和2路輸出通道,可進(jìn)行手動(dòng)和自動(dòng)循環(huán)切換,在手動(dòng)模式下,能夠通過按鍵選擇不同通道的輸出信號(hào),監(jiān)聽對(duì)應(yīng)通道廣播信號(hào);在自動(dòng)模式下,循環(huán)輸出信號(hào),循環(huán)監(jiān)聽接收的廣播信號(hào),循環(huán)時(shí)間通過按鍵結(jié)合OLED設(shè)定。該文介紹的用單片機(jī)控制原理開發(fā)出的中波廣播音頻循環(huán)切換器,實(shí)現(xiàn)了中波廣播信號(hào)監(jiān)測功能,包括監(jiān)測中波發(fā)射臺(tái)站音頻廣播信號(hào)源和接收解調(diào)后的廣播信號(hào)。該文提出了在傳統(tǒng)的音頻切換器設(shè)計(jì)上采用A/D電平檢測是否有音頻輸入的改進(jìn)方法,達(dá)到智能音頻循環(huán)的目的,供同行參考。本設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)電路、音頻選通電路、A/D電平檢測電路、按鍵及指示燈電路、顯示屏電路、串口通信電路部分。

關(guān)鍵詞:單片機(jī)控制;智能音頻循環(huán)切換器;音頻選通;A/D

doi:10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.021

中圖分類號(hào):TN 94;TP 3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編碼:1672-7274(2024)10-00-04

Design of Intelligent Audio Loop Switcher for Medium Wave Broadcasting Based on SCM

Abstract: This paper designs a switcher for audio system, with 8 input channels (1~8) and 2 output channels, which can be switched manually and automatically. In manual mode, the output signal of different channels can be selected by pressing the button to monitor the broadcast signal of the corresponding channel; In the automatic mode, the output signal is cycled, the received broadcast signal is cycled, and the cycle time is set by the button combined with the OLED. In this paper, a medium wave broadcast audio loop switcher is developed based on the control principle of single chip microcomputer, which realizes the monitoring work of medium wave broadcast signal, including monitoring the audio broadcast signal source of medium wave transmitting station and receiving the demodulated broadcast signal. This design proposes an improved method to detect whether there is audio input by A/D level on the traditional audio switcher design, so as to achieve the purpose of intelligent audio cycle. The design mainly includes MCU circuit, audio circuit, A/D level detection circuit, key and indicator circuit, display circuit, serial communication circuit.

Keywords: single chip control; intelligent audio loop switcher; audio selector circuit; A/D

1 研究背景

為了保障廣播電視信號(hào)不間斷安全播出,實(shí)現(xiàn)廣播信號(hào)監(jiān)測,為加快推進(jìn)我省智慧廣電建設(shè),實(shí)現(xiàn)廣播電視無線發(fā)射臺(tái)站智慧運(yùn)維建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化,根據(jù)國家廣播電視總局《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”發(fā)展規(guī)劃》《關(guān)于促進(jìn)智慧廣電發(fā)展的指導(dǎo)意見》和《廣播電視安全播出管理規(guī)定》等文件要求,推進(jìn)廣播電視信號(hào)監(jiān)測的智能化應(yīng)用,且方便中波發(fā)射臺(tái)站的使用,我們對(duì)其音頻監(jiān)聽的方法進(jìn)行改進(jìn)[1],研發(fā)了一種基于單片機(jī)的音頻循環(huán)切換器,該操作器操作簡單且控制方便,可設(shè)定循環(huán)路數(shù)和循環(huán)時(shí)間。本文中提出的在傳統(tǒng)的音頻切換器設(shè)計(jì)上采用A/D電平檢測是否有音頻輸入的改進(jìn)方法,達(dá)到智能音頻循環(huán)的目的,同時(shí)也將此判別音頻輸入的方法作為安全播出監(jiān)測報(bào)警的一個(gè)手段,這對(duì)實(shí)際監(jiān)測具有重要的意義[2]。

2 設(shè)計(jì)原理

2.1 音頻循環(huán)切換器設(shè)計(jì)框圖

廣東省惠州中波轉(zhuǎn)播臺(tái)共轉(zhuǎn)播發(fā)射4套廣播信號(hào),需要對(duì)臺(tái)站音頻廣播信號(hào)源進(jìn)行監(jiān)測,同時(shí)需要監(jiān)測接收解調(diào)后的廣播信號(hào),因此音頻循環(huán)切換器是必不可少的監(jiān)聽設(shè)備。本設(shè)計(jì)基于單片機(jī)原理實(shí)現(xiàn)的中波廣播音頻循環(huán)切換器有如下功能:具有8路音頻信號(hào)輸入,2路音頻信號(hào)輸出;具備手動(dòng)切換和自動(dòng)切換功能;具備通過按鍵和指示燈顯示輸出通道功能;通過按鍵和OLED實(shí)現(xiàn)設(shè)置循環(huán)時(shí)間;通過按鍵和OLED實(shí)現(xiàn)設(shè)置AD閾值,實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻輸入的檢測,若某通道沒有音頻輸入,則在自動(dòng)模式下自動(dòng)跳過該通道。

音頻循環(huán)切換器硬件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方案,圍繞系統(tǒng)功能要求,系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為中央處理模塊、音頻選通模塊、鍵盤模塊、指示燈模塊、A/D電平檢測電路、OLED顯示模塊和串口通信模塊7大功能模塊。音頻循環(huán)切換器設(shè)計(jì)整體框圖如圖1所示。

2.2 各模塊介紹

(1)單片機(jī)處理模塊。單片機(jī)處理模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心,其他各個(gè)模塊均需要通過單片機(jī)模塊配合完成相應(yīng)的功能。

(2)音頻選通模塊。單片機(jī)通過音頻選通模塊,實(shí)現(xiàn)8路音頻輸入通道和切換出2路輸出通道,可對(duì)中波發(fā)射臺(tái)站4路音頻廣播信號(hào)源和4路接收解調(diào)后的廣播信號(hào)進(jìn)行切換輸出。

(3)鍵盤模塊。手動(dòng)和自動(dòng)模式的選擇通過按鍵控制。在手動(dòng)模式下,通過按鍵手動(dòng)選擇不同通道的信號(hào)輸出。在自動(dòng)模式下,循環(huán)輸出各路信號(hào)。按鍵還有切換LED設(shè)置模式和加減循環(huán)時(shí)間功能。

(4)指示燈模塊。包括8個(gè)輸出指示燈。當(dāng)輸入通道信號(hào)被輸出時(shí),對(duì)應(yīng)通道指示燈亮,否則指示燈滅。

(5)A/D電平檢測電路。將音頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字化電平后,通過單片機(jī)語言設(shè)定起限電平AD閾值,低于起限電平代表此通道無輸入,將自動(dòng)跳過此通道循環(huán)。

(6)OLED顯示模塊。實(shí)現(xiàn)播出通道顯示,并通過按鍵模塊配合完成循環(huán)時(shí)間的設(shè)置。

(7)串口通信模塊。設(shè)計(jì)的循環(huán)切換器帶有RS-232串行通信接口,可受控于計(jì)算機(jī)或外部控制設(shè)備,例如,可和計(jì)算機(jī)等設(shè)備組成自動(dòng)切換系統(tǒng)。串行接口參數(shù):波特率為9 600 B,無奇偶校驗(yàn),8位數(shù)據(jù),1位停止位。

3 硬件各部分電路設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)模塊電路

單片機(jī)選用STC 89C5X系列單片機(jī),所使用的引腳如圖2所示。

引腳功能定義說明:

(1)S1=P0.0,S2=P0.2,S3=P1.0,S4=P1.2,S5=P1.4,S6=P1.6,S7=P3.2,S8=P3.4,S9=P3.6,S10=P2.5,S11=P2.6,S12=P2.7,S1~S8代表8通道音頻選擇按鍵,S9為自動(dòng)模式按鍵,S11為模式切換按鍵,S10為設(shè)置“+”鍵,S12為設(shè)置“-”鍵。

(2)LED1=P0.1,LED2=P0.3,LED3=P1.1,LED4=P1.3,LED5=P1.5,LED6=P1.7,LED7=P3.3,LED8=P3.5,LED9=P3.7,LED1~LED8代表8通道音頻亮燈,LED9為自動(dòng)模式亮燈。

(3)A=P2.0,B=P2.1,C=P2.2,代表某音頻通道的二進(jìn)制碼,例如,按鍵S2按下,單片機(jī)A、B、C=001時(shí),播出第二路音頻。

(4)SCL=P2.3,SDA=P2.4,與顯示屏通信。

(5)Key3=P3.4,假負(fù)載開;Key4=P3.5,假負(fù)載關(guān)。

(6)SDA=P2.1,SCK=P2.0,顯示屏通信。

(7)P3.0=RXD,P3.1=TXD,下載程序代碼端口和數(shù)據(jù)交互接口。

3.2 按鍵和LED電路(見圖3)

3.3 音頻選通電路

音頻選通電路采用CD4051芯片,±5 V供電,各通道隔離度好,由單片機(jī)輸出000,001,010,

011,100,101,110,111控制音頻in1~in8通道選擇輸出。音頻選通電路如圖4所示。

3.4 電源輸入和顯示屏電路

整個(gè)電路輸入有+5 V、-5 V、3.3 V,電源均采用電容濾波,如圖5所示。

3.5 A/D電平檢測電路

A/D電平檢測電路由兩塊PCF8591F芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道音頻輸入的采集,主要目的是判別通道是否有音頻輸入,同時(shí),也為以后音頻比對(duì)提供數(shù)據(jù),電路圖如圖6所示。

3.6 串口通信部分

串口通信部分用MAX232芯片,輸出為DB9接口,如圖7所示。

4 軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試

4.1 單片機(jī)主程序

倒換程序初始化設(shè)置各個(gè)按鍵和接口的定義。部分程序如下:

4.2 手動(dòng)/自動(dòng)模式切換部分程序

如果按下按鍵S9,那么就啟動(dòng)自動(dòng)模式,同時(shí)LED9亮燈,由A/D電平檢測電路一直采集音頻輸入將模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字,單片機(jī)一直判斷該通道是否有音頻輸入,如果沒有音頻輸入,音頻循環(huán)將會(huì)直接跳過該通道,從而達(dá)到智能音頻循環(huán)的目的,這也是本設(shè)計(jì)改進(jìn)的地方,同時(shí)也將此判別音頻輸入的方法作為安全播出監(jiān)測報(bào)警的手段。手動(dòng)/自動(dòng)模式切換部分程序如下:

4.3 輸出通道設(shè)定部分程序

在音頻選通部分,由單片機(jī)輸出000,001,010,

011,100,101,110,111選擇輸出,輸出通道設(shè)定部分程序如下:

5 結(jié)束語

至此,基于單片機(jī)的中波廣播音頻循環(huán)切換器設(shè)計(jì)工作完成??梢钥闯觯瑔纹瑱C(jī)適合用于實(shí)現(xiàn)音頻通道控制電路,基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的音頻循環(huán)切換器可以作為智慧臺(tái)站建設(shè)的一部分,以適應(yīng)廣電技術(shù)向“數(shù)字化、高清化、智慧化”發(fā)展。隨著可編程硬件技術(shù)的發(fā)展,結(jié)合目前流行的5G技術(shù)、AIGC、AIot技術(shù),可以解決制約廣播電視系統(tǒng)的技術(shù)瓶頸問題,推進(jìn)數(shù)字智慧臺(tái)站建設(shè),更好地實(shí)現(xiàn)一體化監(jiān)控與管理,大力推動(dòng)廣播電視技術(shù)更進(jìn)一步往智能化方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)于促進(jìn)智慧廣電發(fā)展的指導(dǎo)意見(廣電發(fā)〔2018〕71號(hào))[Z].國家廣播電視總局印發(fā).

[2] 彭志平,陳福強(qiáng).廣播發(fā)射機(jī)音頻信號(hào)快速切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].北京:電聲技術(shù),2021,45(9):44-46.

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