转播台专用音频切换器设计

陆国富

信号源的切换是广播电视播出中必要的环节，音频信号切换器是必用的设备，现有的音频切换器通常是针对中心台、发射台等的通用设备，为了满足各种需要，通常设计复杂，甚至采用音频、视频矩阵电路，且很多时候是外界干预的切换而非自动切换，直接用于中波转播台，投入的费用大，需要的功能却不能满足。2017年广电部要求所有中波转播台都采用备用的卫星信号源，以辽宁朝阳三二八转播台 为例，主信号源是中星6A，备用信号源是中星9号，工作中仅仅需要主备的切换。中波转播台要求是操作简单、工作稳定可靠。为此我们设计了本产品，经过几个月的实际应用，达到了预期的目的。

1 工作原理

1.1 电路原理

图1是音频切换器的电路原理图。电路主要由信号输入、输出部分，信号切换部分，信号电平显示部分，信号处理部分，单片机检测控制部分以及延时时间显示部分组成。

音频信号的主信号源和备机信号源送入音频继电器的⑤⑥⑦⑧脚，③④脚输出音频信号；两路音频输入信号经过低通滤波器，送往单片机U1检测；同时将两路输入的音频信号，送往音频电平指示电路；单片机驱动两位数码管，用于显示设定的延时时间；单片机还驱动由Q4和FM1蜂鸣器组成的报警电路，在信号中断时给出声音提示。

单片机U1以及外围电路，单片机是设计中的核心器件，采用了美国atemal公司的atmega8，该芯片具有低功耗、强抗干扰的特点。其功能主要完成检测、控制、显示和按键的处理等功能。U1的AD输入端㉓、㉔脚检测音频信号电平，与设定值进行比较，当低于设定值时，认为信号异常，开始计时，达到预设的时间（例如25秒），则控制继电器转换到备用信号源，从而完成了信号的自动切换。U1的㉕、㉖分别控制2个继电器动作。U1的⑦、⑧脚外接led指示灯，对应主信号源和备信号源，信号源被选择时，对应的led亮，任何一路信号源故障时对应的led闪动。U1⑫、⑬脚输出数据，显示预设的时间，通常此时间范围在20～30秒范围。U5、U6是8位移位寄存器，用于驱动7段数码管，在此采用静态显示，工作稳定占用CPU时间短。U1的PD1～7连接7个按键，完成相应的功能，如图1所示。设计中的运放必须采用正负电源，负电源由集成电路TC7662构成，输出-5 V电压。

电路中的低通滤波器，有预算放大器由LM324组成，低通滤波器的上限频率大约是8 KHz，同时采用了峰值检波电路，实时采集液体信号的幅度，送入单片机的AD输入端；数码管驱动电路由74ls164和7段共阴数码管组成，单片机串口输出数据送往74ls164；所有音频信号对外链接采用莲花插座，采用非平衡输入输出，输入信号来自卫星接收机的音频输出，输出信号送往阻抗变换器，由阻抗变换器输出平衡的音频信号，送往发射机；图1中的箭头表示了信号的走向。来自主信号源和备信号源的音频同时送到下面的2个电路，一个是由U6、U7组成的信号电平指示电路，用于直观地观察信号的幅度；另一路送入由U2组成的滤波电路、峰值检测电路，形成代表信号幅度的直流电平，输入到U1脚、脚。

1.2 程序流程

本设计程序由主程序、键盘检测、显示、信号检测等组成，部分流程如图2所示。

图1 电路原理图

图2 定时器中断

图2是定时器中断流程图，音频信号播出过程幅度不断变化，间歇时长不定，有时达到几秒或十几秒，所以对音频的测量采用每秒钟一次。测量和判断在定时器中断里完成。图3是主程序流程，当检测到音频信号故障时，设置相应的标志，然后在主程序里判断并控制继电器和报警输出。

主程序流程包括各种端口和寄存器的初始化、延时时间的显示、按键判断与处理、故障标志判断与处理、led闪动处理。之所以将这些判断处理分开，是让程序代码更清晰，易于操作。

2 结论

图3 主程序流程

本设计主要考虑中波转播台的特点，本着易用、可靠的原则，设备在未通电的情况下，继电器与主信号源连通，所以即便是设备出现故障停机后，仍然保证主信号源的正常输出。在此，仅仅是对一套广播节目的信号源的切换，如果一个转播台转播2套或3套节目，可以在一个机箱内方便扩充。切换器虽然是为中波转播台设计，但是同样可用于电视转播台。