基于MT8804的广播发射机房节目源系统设计与应用

赵勇 杨忠钰 廖世得

赵勇：18950888566

国家新闻出版广电总局七六一台

【摘 要】本文简述了我发射机房音频系统的现状，论述了进行技术改造的必要性，提出了实现的方法，运用了大规模CMOS电路MT8804、单片机AT89C55和专业声卡RME HDSP 9632，设计出基于MT8804的发射机房节目源系统，使节目源切换更加直观、方便、准确。【关键词】 MT8804 单片机 声卡1 前言随着我国广播事业的发展，同一广播发射机在不同时段常常在不同的节目源间互相切换，以往的方法往往是用机械或或者人工方法进行切换，随着单片机技术和电子技术的发展，设计一款操作方便的集软硬件控制于一体的节目源控制系统已经成为必要。本系统由大规模CMOS电路MT8804设计组成，其通路输出受控于单片机AT89C55，系统中还使用了专业声卡RME HDSP 9632作为全硬盘试机、打击乐信号输出单元。2 发射机房节目源系统概述根据我机房的实际情况，共有两部发射机，每部发射机有各自的数字音频信号和模拟音频信号，两部机还共备一路数字音频信号。同时最近根据总局文件要求发射机在试机时要使用专门的试机音周，以及在特定时段使用打击乐的要求，我们使用RME HDSP 9632声卡，作为全硬盘音频播出设备。2.1 发射机房节目源系统方案设计的依据RME HDSP 9632功能很强，它完全能满足我们系统设计的需要，可是它是一款纯软件控制的声卡，值班员在上班时，时间长，任务单一，容易产生彼劳，因而我们设计了这套按键控制并带有通路指示的节目源四选一作为节目源切换的的主要操件对象，而把RME HDSP 9632作为全硬盘节目播出设备，做到软硬件控制结合使用。2.2 发射机房音周系统框图功能介绍系统框图如图1所示，以下以1#为例对框图进行说明，输入到1#四选一的有四路信号，分别为：本机数字音频、本机模拟音频、备用数字音频、声卡音频。每个数字D/A都有左右两路相同的输出，分别是L和R，本机D/A只使用L，备用D/A的L和R分别分配给1#和2#四选一使用。2.3 RME HDSP 9632功能介绍不带扩展子卡的HDSP 9632有12个输入通道、12个输出通道、12个内部通道；外部输入口包括：1个数字光纤输入口、1个数字同轴口、6个模拟输入口、1个midi输入；外部输出包括：1个数字光纤输出口、1个数字同轴口、6个模拟输出口、1个midi输出。所有输入通道和内部回放通道可以任意分配到输出通道上，支持ASIO2.0、GSIF2驱动，支持Windows2000、XP 操作系统，是一款功能强大的专业声卡，本系统中只使用其模拟输出口。2.4 节目源系统四选一简介节目源四选一电路包括：信号预处理单元、信号输出转换单元、模拟开关阵列MT8804单元、AT89C55单片机控制单元组成。3 发射机房节目源系统四选一设计3.1 信号预处理单元信号预处理单元由四路完全相同的电路组成，每路的信号预处理电路如图2所示。输入信号vin2的输入阻抗为600Ω，经耦合电容C21、C22加到假负载R21，起到阻抗匹配的作用，电阻R22、R24、R25、R26和集成运放A21组成平衡—不平衡转换电路，同时对信号进行放大处理，可调电阻R26阻值从零欧到5KΩ，输出电平调节范围计算如下（假设在音频范围内C21、C22阻抗很小）：当R26从0KΩ到5KΩ变化时，本级放大被数在1.625-2.375间调节。

图1 音周系统框图

3.2 信号输出转换单元信号输出转换单元由两路完全相同的电路组成，一路输出送入音频处理器，作为发射机输入信号；另一路去监听设备。每路信号输出转换单元如图3所示。电阻R10、R11、R12、R13和集成运放A11组成运算放大电路，R11是可调电阻，其阻值调节范围从零欧到47KΩ，A11的放大倍数-R11/R10的最大值为-1.6。电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19和集成运放A12、A13组成不平衡—平衡转换电路，假设输入到A12+端的信号为ui，则输出信号+vout1和-vout1计算如下：

所以A12、A13组成的不平衡—平衡转换器的放大倍数是4。

图2 信号预处理电路图 3 信号输出转换电路

3.3 模拟开关阵列MT8804单元⑴ 模拟开关阵列MT8804的特点模拟开关阵列MT8804 兼容了微处理器和控制输入，使用电压从5.0V到15.0V，在内存和地址译码芯片控制行寻址，由主站进行复位并清除内存，8×4阵列有32个交叉点开关，开关阵列间的串扰小，导通电阻小，开关频率可高达40MHz，具有非常小的导通时间和非常低的关断漏电流。其广泛应用在数据采集系统、测试设备、模拟/数字多路复用器中，它的这些特性完全符合音频系统通路切换的需要，是交叉点开关应用的理想选择。⑵模拟开关阵列MT8804功能说明

MT8804是一个CMOS大规模集成电路8X4路模拟开关阵列控制存储器、解码器和数字逻辑电平转换器，结构如图4所示，它由模拟开关阵列、3/8地址译码器、控制锁存储器组成。

图4 MT8804结构图

该模拟开关阵列布置8行和4列，行输入/输出被称为行（L0-L7）和列输入/输出称为列（J0-J3）。MT8804的地址（A0-A2）通过芯片上的地址译码器的输入所选择的8个字，通过四个DATA输入端（D0-D3）数据被呈现给存储器，这个数据是异步写入控制存储器的，地址使能（AE）输入为高时，存储单元写入，高电平打开相应的交叉点开关为“ON”（打开），而一个低电平导致交叉点变成“OFF”（关闭），模拟开关阵列MT8804的各引脚说明如表1所示。

表1MT8804引脚说明

3.4 AT89C55单片机控制单元⑴ 单片机键盘扫描程序设计 ①查询是否有键按下。首先单片机向行扫描P3.0 ~ P3.3输出全为"0"扫描码F0H，然后从列检查口P3.4~ P3.7输入列扫描信号，只要有一列信号不为"1"，即P3口不为F0H，则表示有键按下。②查询按下键所在的行列位置。单片机将得到的信号取反，P3.4~P7.7中的为1的位便是键所在的列。接下来要确定键所在的行，需要进行逐行扫描。单片机首先使P3.0为"0"，P3.1~P3.7为"1"，即向P3口发送扫描码FEH，接着输入列检查信号，若全为"1"，表示不在第一行。接着使P3.1接地，其余为"1"，再读入列信号……这样逐行发"0"扫描码，直到找到按下键所在的行，将该行扫描码取反保留。当各行都扫描以后仍没有找到，则放弃扫描，认为是键的误动作。③对得到的行号和列号译码，得到键值。④键的抖动处理。当用手按下一个键时，往往会出现所按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才稳定到闭合状态的情况。在释放一个键时，也会出现类似的情况，这就是键抖动，抖动的持续时间不一，通常不会大于10 ms，若抖动问题不解决，就会引起对闭合键的多次读入，对于键抖动最方便的解决方法就是当发现有键按下后，不是立即进行逐行扫描，而是延时10 ms后再进行。由于键按下的时间持续上百毫秒，延时后再也不迟扫描函数的返回值为键特征码，若无键按下，返回值为0。⑵ 单片机看门狗电路X5045看门狗定时器把上电复位、看门狗定时器、电压监控和E2PROM四种常用功能组合在单个芯片里。设置“看门狗”定时器的目的是使“看门狗”监控系统程序，在程序跑飞或系统“死机”后能够迅速使程序回到原位，而不会影响程序的正常功能。要使"看门狗"起到监控作用而不产生非正常失效，则要综合考虑系统要求和程序的特点进行“看门狗”复位方案设计。以下事项是在设计复位监控程序时必须注意的。① 不要在局部循环中使用喂狗指令。② 一般不在中断服务子程序中使用喂狗指令。即使使用，也要进行条件判断。因为有时程序跑飞时，中断程序仍然可以正常执行。③ 防止执行不必要的喂狗指令。“看门狗”的CS引脚是与单片机的I/O引脚相连的，在进行I/O操作或读写操作时，有可能执行了喂狗指令。如果这个指令在某个死循环中，则"看门狗"电路会失效。④“看门狗”的超时周期T应该根据循环程序的耗时来选择。T太短，会造成误动作；太长，则影响系统死机等待时间。以下是清看门狗复位标志的几种应用方案：① 程序运行中喂狗方案。把程序运行时间分段，在程序中喂狗。方案不能正确估计程序运行时间，可能会喂狗过频，也可能因分段不合理导致看门狗错误复位，而且程序中使用喂狗指令将会影响程序的整洁性。② 定时器中断有条件喂狗。在主程序设定喂狗标志，在定时中断服务程序中根据喂狗标志喂狗，喂完狗后清标志。例如，设定看门狗超时时间为600ms，设定定时器定时时间为10ms，这样在看门狗的超时时间内，定时中断将进行60次喂狗标志判断。利用这种方式，只要程序中喂狗标志设置合理，就不会出现“看门狗”失效或误动作。③ 方案①和②结合使用。即使有定时器作定时喂狗保证，但考虑到各种可能意外的出现，可将方案①和②结合使用。例如，在主程序中大循环起始处喂狗，程序其它地方则设喂狗标志，会起到更好的效果。X5045采用SPI串行接口，只要了解SPI原理和X5045的指令定义，就很容易对X5045进行操作。综合起来，读写X5045有以下几条规则：① SCK由1变0时，从SO引脚读取1位数据；SCK由0变为1时，向SI引脚发送的1位数据被采样。X5045正是基于这一原理实现基本读写操作的。② 在任何以字节为单位的读写操作前，应先选中芯片，即复位CS；置位CS则表示操作结束；为了防止误操作，每一次复位或置位CS时应复位SCK。③ 写操作前应先读取状态寄存器，判断WIP为0时，在写使能允许命令后就可以写状态寄存器或向E2PROM写数据。

图五四选一系统全图

4 工控机安装使用4.1工控机打击乐安装与普通声卡的安装过程完全相同，在PCI插槽装入声卡，开启电源，系统会自动发现新硬件，提示你找驱动，按照提示安装，在随机光盘中找到相应驱动软件，安装安后重新启动电脑。4.2 工控机声卡基本设置与普通声卡不同，RME HDSP 9632不能被 Windows 所控制，它有自己的控制软件。在电脑屏幕右下角，会找到 RME 的设置图标 ，点击它，会调出 RME 的控制软件，如图六所示。

图六工控机声卡基本设置

控制软件里的各项目含义如下：①MME Check Input ：在MME驱动录音时检查输入端口，如果没有输入信号那么录音将不能进行。②AEB ADAT Int. ：如果安装了AEB的扩展卡，需要把这个项目选上，否则不选。AEB扩展卡它需要占用声卡的ADAT通道的，安装了AEB卡后需要通过设置这个把ADAT通道给该卡使用。②Buffer Size ：ASIO、GSIF驱动从输入到输出口的延迟时间，这决定了MME驱动的缓冲大小。③SyncCheck ：检查声卡当前接收到的从其他设备发送过来的有效的同步信号。④SPDIF In ：选择把硬件上的哪一个输入端口作为SPDIF数字输入口使用。Optical是光纤口，Coaxial是同轴口，Internal是内部数字输入口，AES是AES/EBU数字卡农口；SPDIF Out ：9632声卡会把SPDIF信号持续不断地从数字同轴输出口发送出去，如果想让光纤输出口也能输出SPDIF，那么就需要选上Optical，其余几个项目是具体的格式选项。9632声卡已经作了兼容性的优化一般不需要选择，如果遇到与其他数字设备有数字格式兼容问题则可以选择这些选项，如果使用电脑DVD，并且把AC-3格式的数字信号通过SPDIF发送给外部解码器那么就需要选上Non-Audio项目。⑤TMS ：允许接收SPDIF中的曲目标记信息。⑥Clock Mode ：时钟设置。Master是使用声卡上的内部时钟，AutoSync是自动锁定外部时钟；Pref. Sync Ref ：设置外部时钟源。声卡会优先考虑你的选择，如果检测不到时钟那么声卡会自动找下一个，如果都找不到声卡会自动使用内部时钟。⑦AutoSync Ref ：目前被声卡抓获的外部时钟信号以及频率；System Clock ：目前声卡正在使用的时钟和频率。Master表示正在使用内部时钟，Slave表示正在使用被AutoSync抓获的外部时钟。⑧Breakout Cable XLR：如果9632安装了卡农模拟口那么就需要选上这个项目，使用莲花模拟口则不选。⑨Input Level ：输入电平设置。如果上一个设备的输出是 +4dBu电平那么就设置+4dBu，如果上一个设备的输出是-10dBV电平那么就设置-10dBV。电平一定要正确，否则会影响模拟录音音质；Output Level ：输出电平设置；Phones ：耳机输出音量控制。所有的设置都是即时生效的。4.3工控机调音台的使用RME HDSP 9632 声卡，都有一个叫做 TotalMix 的调音台，用来设置和调节各个通道的音量，如图七所示。

图七调音台

⑴ 声卡输入监听这个声卡输入监听不是调节录音音频电平而是调节声卡监听的音量。所谓的输入监听就是实时收听这个合成器的声音，RME 声卡只能调节输入监听音频电平，不能改变输入音频电平。⑵电脑内部声音监听就是调节电脑的音频信号发送到声卡输出口的音量电平大小。⑶ 声卡输出这就是声卡输出的音频电平，声卡输入监听和电脑内部声音监听最终都要切换到这里，所以这里的音频电平调节可以改变所有的音频电平的大小。而且通过通道设置可以将输入、输出的信号任意搭桥。5 结束语本系统投入运行以来，性能稳定，操作简单方便，在其他部门推广使用后也得到了好评，是广播发射机房一套安全可靠的保安全播出的节目源传输系统。 参考文献[1]顾治华编著《C语言程序设计》机械工业出版社2007-2-1

[2]张校珩 主编《单片机C语言编程100例》中国电力出版社2013-11-1

[3]张玲玲 等编著《C语言编程新手自学手册》机械工业出版社2012-1-1

[4]丁向荣等编著《单片机C语言编程与实践》电子工业出版社2009-8-1

[5]马忠梅等《单片机的C语言应用程序设计》北京航空航天大学出1999

编辑：中国新闻技术工作者联合会