轉(zhuǎn)播臺(tái)專用音頻切換器設(shè)計(jì)

陸國(guó)富

信號(hào)源的切換是廣播電視播出中必要的環(huán)節(jié)，音頻信號(hào)切換器是必用的設(shè)備，現(xiàn)有的音頻切換器通常是針對(duì)中心臺(tái)、發(fā)射臺(tái)等的通用設(shè)備，為了滿足各種需要，通常設(shè)計(jì)復(fù)雜，甚至采用音頻、視頻矩陣電路，且很多時(shí)候是外界干預(yù)的切換而非自動(dòng)切換，直接用于中波轉(zhuǎn)播臺(tái)，投入的費(fèi)用大，需要的功能卻不能滿足。2017年廣電部要求所有中波轉(zhuǎn)播臺(tái)都采用備用的衛(wèi)星信號(hào)源，以遼寧朝陽(yáng)三二八轉(zhuǎn)播臺(tái) 為例，主信號(hào)源是中星6A，備用信號(hào)源是中星9號(hào)，工作中僅僅需要主備的切換。中波轉(zhuǎn)播臺(tái)要求是操作簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定可靠。為此我們?cè)O(shè)計(jì)了本產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的實(shí)際應(yīng)用，達(dá)到了預(yù)期的目的。

1 工作原理

1.1 電路原理

圖1是音頻切換器的電路原理圖。電路主要由信號(hào)輸入、輸出部分，信號(hào)切換部分，信號(hào)電平顯示部分，信號(hào)處理部分，單片機(jī)檢測(cè)控制部分以及延時(shí)時(shí)間顯示部分組成。

音頻信號(hào)的主信號(hào)源和備機(jī)信號(hào)源送入音頻繼電器的⑤⑥⑦⑧腳，③④腳輸出音頻信號(hào)；兩路音頻輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器，送往單片機(jī)U1檢測(cè)；同時(shí)將兩路輸入的音頻信號(hào)，送往音頻電平指示電路；單片機(jī)驅(qū)動(dòng)兩位數(shù)碼管，用于顯示設(shè)定的延時(shí)時(shí)間；單片機(jī)還驅(qū)動(dòng)由Q4和FM1蜂鳴器組成的報(bào)警電路，在信號(hào)中斷時(shí)給出聲音提示。

單片機(jī)U1以及外圍電路，單片機(jī)是設(shè)計(jì)中的核心器件，采用了美國(guó)atemal公司的atmega8，該芯片具有低功耗、強(qiáng)抗干擾的特點(diǎn)。其功能主要完成檢測(cè)、控制、顯示和按鍵的處理等功能。U1的AD輸入端?、?腳檢測(cè)音頻信號(hào)電平，與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)?shù)陀谠O(shè)定值時(shí)，認(rèn)為信號(hào)異常，開(kāi)始計(jì)時(shí)，達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間（例如25秒），則控制繼電器轉(zhuǎn)換到備用信號(hào)源，從而完成了信號(hào)的自動(dòng)切換。U1的?、?分別控制2個(gè)繼電器動(dòng)作。U1的⑦、⑧腳外接led指示燈，對(duì)應(yīng)主信號(hào)源和備信號(hào)源，信號(hào)源被選擇時(shí)，對(duì)應(yīng)的led亮，任何一路信號(hào)源故障時(shí)對(duì)應(yīng)的led閃動(dòng)。U1?、?腳輸出數(shù)據(jù)，顯示預(yù)設(shè)的時(shí)間，通常此時(shí)間范圍在20～30秒范圍。U5、U6是8位移位寄存器，用于驅(qū)動(dòng)7段數(shù)碼管，在此采用靜態(tài)顯示，工作穩(wěn)定占用CPU時(shí)間短。U1的PD1～7連接7個(gè)按鍵，完成相應(yīng)的功能，如圖1所示。設(shè)計(jì)中的運(yùn)放必須采用正負(fù)電源，負(fù)電源由集成電路TC7662構(gòu)成，輸出-5 V電壓。

電路中的低通濾波器，有預(yù)算放大器由LM324組成，低通濾波器的上限頻率大約是8 KHz，同時(shí)采用了峰值檢波電路，實(shí)時(shí)采集液體信號(hào)的幅度，送入單片機(jī)的AD輸入端；數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路由74ls164和7段共陰數(shù)碼管組成，單片機(jī)串口輸出數(shù)據(jù)送往74ls164；所有音頻信號(hào)對(duì)外鏈接采用蓮花插座，采用非平衡輸入輸出，輸入信號(hào)來(lái)自衛(wèi)星接收機(jī)的音頻輸出，輸出信號(hào)送往阻抗變換器，由阻抗變換器輸出平衡的音頻信號(hào)，送往發(fā)射機(jī)；圖1中的箭頭表示了信號(hào)的走向。來(lái)自主信號(hào)源和備信號(hào)源的音頻同時(shí)送到下面的2個(gè)電路，一個(gè)是由U6、U7組成的信號(hào)電平指示電路，用于直觀地觀察信號(hào)的幅度；另一路送入由U2組成的濾波電路、峰值檢測(cè)電路，形成代表信號(hào)幅度的直流電平，輸入到U1腳、腳。

1.2 程序流程

本設(shè)計(jì)程序由主程序、鍵盤(pán)檢測(cè)、顯示、信號(hào)檢測(cè)等組成，部分流程如圖2所示。

圖1 電路原理圖

圖2 定時(shí)器中斷

圖2是定時(shí)器中斷流程圖，音頻信號(hào)播出過(guò)程幅度不斷變化，間歇時(shí)長(zhǎng)不定，有時(shí)達(dá)到幾秒或十幾秒，所以對(duì)音頻的測(cè)量采用每秒鐘一次。測(cè)量和判斷在定時(shí)器中斷里完成。圖3是主程序流程，當(dāng)檢測(cè)到音頻信號(hào)故障時(shí)，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志，然后在主程序里判斷并控制繼電器和報(bào)警輸出。

主程序流程包括各種端口和寄存器的初始化、延時(shí)時(shí)間的顯示、按鍵判斷與處理、故障標(biāo)志判斷與處理、led閃動(dòng)處理。之所以將這些判斷處理分開(kāi)，是讓程序代碼更清晰，易于操作。

2 結(jié)論

圖3 主程序流程

本設(shè)計(jì)主要考慮中波轉(zhuǎn)播臺(tái)的特點(diǎn)，本著易用、可靠的原則，設(shè)備在未通電的情況下，繼電器與主信號(hào)源連通，所以即便是設(shè)備出現(xiàn)故障停機(jī)后，仍然保證主信號(hào)源的正常輸出。在此，僅僅是對(duì)一套廣播節(jié)目的信號(hào)源的切換，如果一個(gè)轉(zhuǎn)播臺(tái)轉(zhuǎn)播2套或3套節(jié)目，可以在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)方便擴(kuò)充。切換器雖然是為中波轉(zhuǎn)播臺(tái)設(shè)計(jì)，但是同樣可用于電視轉(zhuǎn)播臺(tái)。