基于單片機的中波廣播智能音頻循環切換器設計

摘要：該文設計一款用于音頻系統的切換器，有8路輸入通道（1～8）和2路輸出通道，可進行手動和自動循環切換，在手動模式下，能夠通過按鍵選擇不同通道的輸出信號，監聽對應通道廣播信號；在自動模式下，循環輸出信號，循環監聽接收的廣播信號，循環時間通過按鍵結合OLED設定。該文介紹的用單片機控制原理開發出的中波廣播音頻循環切換器，實現了中波廣播信號監測功能，包括監測中波發射臺站音頻廣播信號源和接收解調后的廣播信號。該文提出了在傳統的音頻切換器設計上采用A/D電平檢測是否有音頻輸入的改進方法，達到智能音頻循環的目的，供同行參考。本設計主要包括單片機電路、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。

關鍵詞：單片機控制；智能音頻循環切換器；音頻選通；A/D

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.021

中圖分類號：TN 94；TP 3 文獻標志碼：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不間斷安全播出，實現廣播信號監測，為加快推進我省智慧廣電建設，實現廣播電視無線發射臺站智慧運維建設標準化規范化，根據國家廣播電視總局《廣播電視和網絡視聽“十四五”發展規劃》《關于促進智慧廣電發展的指導意見》和《廣播電視安全播出管理規定》等文件要求，推進廣播電視信號監測的智能化應用，且方便中波發射臺站的使用，我們對其音頻監聽的方法進行改進[1]，研發了一種基于單片機的音頻循環切換器，該操作器操作簡單且控制方便，可設定循環路數和循環時間。本文中提出的在傳統的音頻切換器設計上采用A/D電平檢測是否有音頻輸入的改進方法，達到智能音頻循環的目的，同時也將此判別音頻輸入的方法作為安全播出監測報警的一個手段，這對實際監測具有重要的意義[2]。

2 設計原理

2.1 音頻循環切換器設計框圖

廣東省惠州中波轉播臺共轉播發射4套廣播信號，需要對臺站音頻廣播信號源進行監測，同時需要監測接收解調后的廣播信號，因此音頻循環切換器是必不可少的監聽設備。本設計基于單片機原理實現的中波廣播音頻循環切換器有如下功能：具有8路音頻信號輸入，2路音頻信號輸出；具備手動切換和自動切換功能；具備通過按鍵和指示燈顯示輸出通道功能；通過按鍵和OLED實現設置循環時間；通過按鍵和OLED實現設置AD閾值，實現對音頻輸入的檢測，若某通道沒有音頻輸入，則在自動模式下自動跳過該通道。

音頻循環切換器硬件設計采用模塊化設計方案，圍繞系統功能要求，系統設計分為中央處理模塊、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。音頻循環切換器設計整體框圖如圖1所示。

2.2 各模塊介紹

（1）單片機處理模塊。單片機處理模塊是整個系統的核心，其他各個模塊均需要通過單片機模塊配合完成相應的功能。

（2）音頻選通模塊。單片機通過音頻選通模塊，實現8路音頻輸入通道和切換出2路輸出通道，可對中波發射臺站4路音頻廣播信號源和4路接收解調后的廣播信號進行切換輸出。

（3）鍵盤模塊。手動和自動模式的選擇通過按鍵控制。在手動模式下，通過按鍵手動選擇不同通道的信號輸出。在自動模式下，循環輸出各路信號。按鍵還有切換LED設置模式和加減循環時間功能。

（4）指示燈模塊。包括8個輸出指示燈。當輸入通道信號被輸出時，對應通道指示燈亮，否則指示燈滅。

（5）A/D電平檢測電路。將音頻輸入信號轉為數字化電平后，通過單片機語言設定起限電平AD閾值，低于起限電平代表此通道無輸入，將自動跳過此通道循環。

（6）OLED顯示模塊。實現播出通道顯示，并通過按鍵模塊配合完成循環時間的設置。

（7）串口通信模塊。設計的循環切換器帶有RS-232串行通信接口，可受控于計算機或外部控制設備，例如，可和計算機等設備組成自動切換系統。串行接口參數：波特率為9 600 B，無奇偶校驗，8位數據，1位停止位。

3 硬件各部分電路設計

3.1 單片機模塊電路

單片機選用STC 89C5X系列單片機，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為自動模式按鍵，S11為模式切換按鍵，S10為設置“+”鍵，S12為設置“-”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為自動模式亮燈。

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

（4）SCL=P2.3，SDA=P2.4，與顯示屏通信。

（5）Key3=P3.4，假負載開；Key4=P3.5，假負載關。

（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據交互接口。

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芯片實現對8個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，也為以后音頻比對提供數據，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 軟件設計與調試

4.1 單片機主程序

倒換程序初始化設置各個按鍵和接口的定義。部分程序如下：

4.2 手動/自動模式切換部分程序

如果按下按鍵S9，那么就啟動自動模式，同時LED9亮燈，由A/D電平檢測電路一直采集音頻輸入將模擬轉換為數字，單片機一直判斷該通道是否有音頻輸入，如果沒有音頻輸入，音頻循環將會直接跳過該通道，從而達到智能音頻循環的目的，這也是本設計改進的地方，同時也將此判別音頻輸入的方法作為安全播出監測報警的手段。手動/自動模式切換部分程序如下：

4.3 輸出通道設定部分程序

在音頻選通部分，由單片機輸出000，001，010，

011，100，101，110，111選擇輸出，輸出通道設定部分程序如下：

5 結束語

至此，基于單片機的中波廣播音頻循環切換器設計工作完成。可以看出，單片機適合用于實現音頻通道控制電路，基于單片機設計的音頻循環切換器可以作為智慧臺站建設的一部分，以適應廣電技術向“數字化、高清化、智慧化”發展。隨著可編程硬件技術的發展，結合目前流行的5G技術、AIGC、AIot技術，可以解決制約廣播電視系統的技術瓶頸問題，推進數字智慧臺站建設，更好地實現一體化監控與管理，大力推動廣播電視技術更進一步往智能化方向發展。

參考文獻

[1] 關于促進智慧廣電發展的指導意見（廣電發〔2018〕71號）[Z]．國家廣播電視總局印發.

[2] 彭志平，陳福強．廣播發射機音頻信號快速切換系統設計[J]．北京：電聲技術，2021，45（9）：44-46.