1 系統(tǒng)組成和各部分功能

智能校園廣播/考試系統(tǒng)的組成如圖1所示,該系統(tǒng)充分利用校驗原來的CATV網(wǎng)絡(luò),將各種音源設(shè)備的音頻信號通過電視射頻調(diào)制器,調(diào)制成不同頻道的射頻電視信號,與CATV信號共纜傳輸?shù)綇V播終端,廣播終端通過多媒體電子調(diào)諧器就欲接收頻道的音頻信號解調(diào)出來,進(jìn)行功率放大,驅(qū)動喇叭實現(xiàn)廣播。

音源設(shè)備包括遙控電腦的聲卡、話筒、DVD、卡座等,用以輸出音源信號,多路前置放大器分別放大各路音源信號,使得達(dá)到電視射頻調(diào)制器音頻數(shù)據(jù)所需的電平,電視射頻調(diào)制器將各音源設(shè)備輸出的音源信號,分別調(diào)制到不同電視頻道的載波頻率上,調(diào)制器音頻輸入端子接收音頻現(xiàn)象,而視頻輸入端子則懸空不解,整個系統(tǒng)受控于一臺遙控電腦,遙控電腦通過COM口發(fā)出控制信號,經(jīng)RS－232/RS－485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成485格式總線信號,傳輸?shù)街悄芸刂破骱蛷V播終端,以實現(xiàn)相應(yīng)的控制,智能控制器將接收到的遙控電腦控制信號譯碼,控制音源設(shè)備的工作狀態(tài)（開啟、關(guān)閉、播放等）廣播終端的功能是將音頻信號解調(diào)出來實現(xiàn)廣播,可由遙控電腦和廣播終端分別控制。

2 硬件設(shè)計及實現(xiàn)

2.1 智能控制器

智能控制器的作用是將接收的遙控電腦指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的紅外遙控信號,紅外遙控信號具有自學(xué)習(xí)功能,用以控制音源設(shè)備的工作狀態(tài),智能控制器組成如圖2所示,主控制以單片機TA89C52為核心,紅外遙控信號由一串編碼脈沖經(jīng)過38－40KHz的載頻調(diào)制而成,紅外遙控信號的自學(xué)習(xí)功能則通過測量解調(diào)后編碼脈沖的高電平寬度與低電平寬度,并依脈沖次序?qū)挾葦?shù)據(jù)寫入存儲器來實現(xiàn),紅外遙控信號的還原只需從存儲器去除已學(xué)習(xí)存儲數(shù)據(jù),產(chǎn)生原來的編碼脈沖串,并調(diào)制成紅外信號來實現(xiàn)。

紅外遙控信號自學(xué)習(xí)時,紅外接收器（SFH506－38）負(fù)責(zé)將待學(xué)習(xí)的紅外遙控信號解調(diào),解調(diào)后的遙控編碼脈沖串直接送入AT89C52的INTO和TO腳,由單片機AT89C52對各個脈沖的高電平寬度與低電平寬度進(jìn)行測量,具有I2C總線接口的E2PROM芯片AT24C64作為存儲器,用來保存遙控編碼脈沖串高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù),各功能紅外遙控信號E2PROM中占用相應(yīng)的空間。 AT89C52通過MAX3082接收播控電腦指令,將其譯碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的遙控編碼脈沖信號從P1.1輸出,并與P1.0輸出的38KHz的載波信號進(jìn)行“或非”完成調(diào)制,經(jīng)9013驅(qū)動后,由紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外遙控信號,控制音源設(shè)備工作狀態(tài)。

2.2 廣播終端

廣播終端硬件原理圖如圖3所示,控制核心為AT89C51單片機多媒體電子調(diào)協(xié)器TCL2002MB－2為廣播接收解調(diào)模塊,廣播終端由廣播接收調(diào)節(jié)、聲音控制、功放、按鍵、顯示、存儲、總線驅(qū)動等模塊組成,廣播接收解調(diào)、聲音控制、數(shù)據(jù)存儲都采用I2C總線控制模式,單片機的P1.7定義為SDA,P1.6定義為SCL。

2.2.1 廣播接收解調(diào)模塊

TCL2002MB－2是TCL公司專為計算機多媒體環(huán)境中的射頻應(yīng)用而設(shè)計的,體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定,可直接從射頻信號解調(diào)出峰值為1V的視頻信號和音頻信號,可解調(diào)的射頻效果覆蓋了全部電視頻道,調(diào)諧和波段切換是通過變成數(shù)字鎖相環(huán)系統(tǒng)完成的,控制信息由I2C總線寫入,在廣播終端中只使用調(diào)諧器的音頻輸出,而視頻輸出不用。

TCL2002MB－2的I2C寫模式如表1所示,而I2C寫控制方式邏輯如表2所示,其中,MA1和MAO的取值由調(diào)諧器AS引腳電壓決定,通常使AS引腳接地,此時MA1MAO為00;CP用于設(shè)置調(diào)諧速度,通常置CP＝0,調(diào)諧為中速;T2T1T0置為001;RSARSB為調(diào)諧步長設(shè)置,通常置為11,調(diào)諧步長為62.5KHz,可以正確調(diào)諧到所需頻道;UHF、VH、VL為波段開關(guān),1為關(guān)閉,0為打開,N14－70為編程分頻比,可由公式計算得到,fRF（pc）為欲接收頻道的圖像載頻,單位為MHz。

各個頻道的編程分頻比和程序一起燒寫固化在單片機ROM里, 收聽頻道選擇時,單片機通過差表取出欲接收頻道的編程分頻比,以表1規(guī)約的I2C寫模式寫入調(diào)諧器,進(jìn)行調(diào)諧,解調(diào)出音頻信號,參考文獻(xiàn)[1]中提出一種按平臺模式設(shè)計、適用于80C51系列單片機的虛擬I2C總線軟件包,可依規(guī)約的讀寫模式直接調(diào)用該I2C總線軟件包的數(shù)據(jù)讀寫子程序,對調(diào)諧器和其他I2C總線器件實現(xiàn)操作。

2.2.2 數(shù)字音量、音調(diào)控制與功放模塊

為了實現(xiàn)播控電腦和廣播終端對廣播終端音量和音調(diào)進(jìn)行控制,系統(tǒng)選用PHILIPS的TDA 7315雙聲道數(shù)字音頻處理器,TDA7315可以實現(xiàn)音量、音調(diào)、聲道均衡控制,所有控制信息由CPU通過I2C總線寫入。

TDA7315的寫入模式如表3所示,而I2C寫控制方式邏輯表如表4所示,其中A2A1A0為000時,音量衰減為0dB,由000遞增至111時,音量以1.25dB步長衰減,B2B1B0為000時,音量衰減為0dB,由000遞增至111時,音量以10dB步長衰減;L為0時音量打開,為1時靜音;C3C2C1C0為0111時,音調(diào)衰減為0dB,由0111遞減至0000時,音調(diào)以2dB步長衰減,由0111遞增至1111時,音調(diào)以2dB步長遞增。

調(diào)整音量、音調(diào)時,單片機從E2PROM讀出當(dāng)前值,進(jìn)行增、減運算,再將運算結(jié)果以表3規(guī)約的寫模式寫入TDA7315實現(xiàn)相應(yīng)控制。

功放模塊采用TDA2030,每路輸出功率可達(dá)12W,能滿足大部分廣播終端的要求。

2.2.3 總線驅(qū)動、顯示、接地及地址設(shè)置

廣播終端與播控電腦通信使用RS－485規(guī)范,AT89C51通過串行口接入RS－485總線,總線驅(qū)動采用MAX3082,可以掛接256個終端,能滿足大多數(shù)學(xué)校的要求。

圖3所示的2位LED數(shù)碼管可以顯示收聽頻道、音量、音調(diào)等狀況,默認(rèn)顯示為當(dāng)前的收聽頻道,當(dāng)選擇聲音操作時可顯示當(dāng)前音量、音調(diào)狀況。顯示電路采用靜態(tài)掃描方式,CD4513為BCD－7段鎖存/譯碼驅(qū)動器,P1.0、P1.1、P1.2、P1.3輸出顯示數(shù)字的BCD碼,P1.4、P1.5產(chǎn)生位輸入鎖存信號。

廣播終端面板的“STATUS”接鍵實現(xiàn)音量、音調(diào)、頻道功能轉(zhuǎn)換,“UP”、“DOWN”按鍵實現(xiàn)音量、音調(diào)、頻道增減,單片機通過判別P2.2的低電平次數(shù)作出相應(yīng)功能改變,通過判別P2.1、P2.0的低電平作出音量、音調(diào)和頻道的改變, 并將設(shè)置值寫入I2C總線式的E2PROM（AT24C02）中的記憶。

各廣播終端串接在RS－485總線上,播控主機通過多機通信方式與各個廣播終端通信,每個廣播終端都有自己的地址,單片機通過讀DIP開關(guān)狀態(tài)設(shè)定終端的地址。

3 軟件設(shè)計

3.1 播控主機軟件

播控電腦的軟件主要由自動播放模塊和控制模塊組成,自動播放模塊包括播放庫與定時播放模塊,播放庫可存放海量的音源文件,音源文件格式為MP3,通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)可以不斷添加新的MP3格式聲音文件,并歸類;將MP3播放器嵌入定時播放模塊,定時播放模塊可以設(shè)定播放時間、播放具體的歌曲,也可以設(shè)定播放某類歌曲,啟動聲卡定時播放鈴聲、課間操及課間歇息音樂等;控制模塊完成命令的發(fā)送,包括對廣播終端和廣播設(shè)備命令,整套軟件采用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計方法,使用可視化的編程工具DELPHI,電腦與其他設(shè)備的通信使用控件MSCOMM,數(shù)據(jù)庫采用SYBASE系統(tǒng)。

3.2 智能控制器軟件

智能控制軟件的核心為紅外遙控信號自學(xué)習(xí)模塊和紅外遙控信號發(fā)射模塊,其程序框圖如圖4所示。

在紅外遙控信號自學(xué)習(xí)時,定時器T0和T1定義為工作方式1,T0的GATE位置位,INT0外部終端方式置為邊沿觸發(fā),無紅外信號時,紅外接收器輸出高電平,有紅外信號時,紅外接收器輸出的脈沖串由高電平往低電平跳變,引起INT0外部中斷,每次INTO外部中斷時首先停止定時,記錄T 0、T 1的計數(shù)值（T0的計數(shù)值為脈沖的高電平寬度,而低電平寬度為T1的計數(shù)值減去T0的計數(shù)值）,然后T 0、T1計數(shù)值清零,并重新啟動定時,同時將高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù)寫入AT24C64中保存,依次逐一測出遙控編碼脈沖串的各個高電平與低點平的寬度,并按次序存放在E2PROM中記憶。

在紅外遙控信號發(fā)射時,T0置于工作方式1,按指令查表,依次從E2PROM中取出已學(xué)習(xí)的存儲的高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù),賦計數(shù)初值給定時器T0并啟動,計數(shù)初值為測量值反碼,通過T0中斷,在P1.1還原出紅外遙控編碼脈沖串。

3.3 廣播終端軟件

廣播終端上電復(fù)位后,即進(jìn)入等待接收控制命令狀態(tài),命令處理程序框圖如圖5所示。

本系統(tǒng)已獲國家專利,并在兩廣地區(qū)各類學(xué)校得到了廣泛應(yīng)用,由于該系統(tǒng)功能齊全、操作方便,效果良好,深受使用學(xué)校的歡迎。