轉播臺專用音頻切換器設計

陸國富

信號源的切換是廣播電視播出中必要的環節，音頻信號切換器是必用的設備，現有的音頻切換器通常是針對中心臺、發射臺等的通用設備，為了滿足各種需要，通常設計復雜，甚至采用音頻、視頻矩陣電路，且很多時候是外界干預的切換而非自動切換，直接用于中波轉播臺，投入的費用大，需要的功能卻不能滿足。2017年廣電部要求所有中波轉播臺都采用備用的衛星信號源，以遼寧朝陽三二八轉播臺 為例，主信號源是中星6A，備用信號源是中星9號，工作中僅僅需要主備的切換。中波轉播臺要求是操作簡單、工作穩定可靠。為此我們設計了本產品，經過幾個月的實際應用，達到了預期的目的。

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。電路主要由信號輸入、輸出部分，信號切換部分，信號電平顯示部分，信號處理部分，單片機檢測控制部分以及延時時間顯示部分組成。

音頻信號的主信號源和備機信號源送入音頻繼電器的⑤⑥⑦⑧腳，③④腳輸出音頻信號；兩路音頻輸入信號經過低通濾波器，送往單片機U1檢測；同時將兩路輸入的音頻信號，送往音頻電平指示電路；單片機驅動兩位數碼管，用于顯示設定的延時時間；單片機還驅動由Q4和FM1蜂鳴器組成的報警電路，在信號中斷時給出聲音提示。

單片機U1以及外圍電路，單片機是設計中的核心器件，采用了美國atemal公司的atmega8，該芯片具有低功耗、強抗干擾的特點。其功能主要完成檢測、控制、顯示和按鍵的處理等功能。U1的AD輸入端?、?腳檢測音頻信號電平，與設定值進行比較，當低于設定值時，認為信號異常，開始計時，達到預設的時間（例如25秒），則控制繼電器轉換到備用信號源，從而完成了信號的自動切換。U1的?、?分別控制2個繼電器動作。U1的⑦、⑧腳外接led指示燈，對應主信號源和備信號源，信號源被選擇時，對應的led亮，任何一路信號源故障時對應的led閃動。U1?、?腳輸出數據，顯示預設的時間，通常此時間范圍在20～30秒范圍。U5、U6是8位移位寄存器，用于驅動7段數碼管，在此采用靜態顯示，工作穩定占用CPU時間短。U1的PD1～7連接7個按鍵，完成相應的功能，如圖1所示。設計中的運放必須采用正負電源，負電源由集成電路TC7662構成，輸出-5 V電壓。

電路中的低通濾波器，有預算放大器由LM324組成，低通濾波器的上限頻率大約是8 KHz，同時采用了峰值檢波電路，實時采集液體信號的幅度，送入單片機的AD輸入端；數碼管驅動電路由74ls164和7段共陰數碼管組成，單片機串口輸出數據送往74ls164；所有音頻信號對外鏈接采用蓮花插座，采用非平衡輸入輸出，輸入信號來自衛星接收機的音頻輸出，輸出信號送往阻抗變換器，由阻抗變換器輸出平衡的音頻信號，送往發射機；圖1中的箭頭表示了信號的走向。來自主信號源和備信號源的音頻同時送到下面的2個電路，一個是由U6、U7組成的信號電平指示電路，用于直觀地觀察信號的幅度；另一路送入由U2組成的濾波電路、峰值檢測電路，形成代表信號幅度的直流電平，輸入到U1腳、腳。

1.2 程序流程

本設計程序由主程序、鍵盤檢測、顯示、信號檢測等組成，部分流程如圖2所示。

圖1 電路原理圖

圖2 定時器中斷

圖2是定時器中斷流程圖，音頻信號播出過程幅度不斷變化，間歇時長不定，有時達到幾秒或十幾秒，所以對音頻的測量采用每秒鐘一次。測量和判斷在定時器中斷里完成。圖3是主程序流程，當檢測到音頻信號故障時，設置相應的標志，然后在主程序里判斷并控制繼電器和報警輸出。

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

2 結論

圖3 主程序流程

本設計主要考慮中波轉播臺的特點，本著易用、可靠的原則，設備在未通電的情況下，繼電器與主信號源連通，所以即便是設備出現故障停機后，仍然保證主信號源的正常輸出。在此，僅僅是對一套廣播節目的信號源的切換，如果一個轉播臺轉播2套或3套節目，可以在一個機箱內方便擴充。切換器雖然是為中波轉播臺設計，但是同樣可用于電視轉播臺。