傳統(tǒng)的廣播系統(tǒng)，一般需要由人工定時(shí)操作，且只能實(shí)現(xiàn)一路廣播，功能少；傳統(tǒng)的打鈴設(shè)備，音源單一，聲音刺耳。隨著學(xué)校教學(xué)改革的不斷深入，這些電教設(shè)備已不能滿(mǎn)足學(xué)校的要求和發(fā)展。根據(jù)學(xué)校的需求，筆者利用電腦多媒體技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合CATV系統(tǒng)設(shè)計(jì)出了智能校園廣播/考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅可以實(shí)現(xiàn)多路調(diào)頻廣播，而且可以尋址廣播，控制校園任一廣播終端的功能操作，如廣播開(kāi)關(guān)、聲音調(diào)節(jié)和頻道切換等；同時(shí)廣播終端也可以對(duì)自已的廣播功能進(jìn)行操作；還可以通過(guò)播控電腦進(jìn)行全自動(dòng)定時(shí)廣播，實(shí)現(xiàn)打鈴、課間操、課間音樂(lè)、年級(jí)語(yǔ)言考試等功能。因此，該系統(tǒng)是學(xué)校現(xiàn)代教育“三網(wǎng)”工程的一個(gè)較佳選擇。
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)充分利用校園原來(lái)的CATV網(wǎng)絡(luò)，將各種音源設(shè)備的音頻信號(hào)通過(guò)電視射頻調(diào)制器，調(diào)制成不同頻道的射頻電視信號(hào)，與CATV信號(hào)共纜傳輸?shù)綇V播終端，廣播終端通過(guò)多媒體電子調(diào)諧器" title="調(diào)諧器">調(diào)諧器將欲接收頻道的音頻信號(hào)解調(diào)出來(lái)，進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)喇叭實(shí)現(xiàn)廣播。

　　音源設(shè)備包括播控電腦的聲卡、話(huà)筒、DVD、卡座等，用以輸出音源信號(hào)；多路前置放大器分別放大各路音源信號(hào)，使之達(dá)到電視射頻調(diào)制器音頻輸入所需的電平；電視射頻調(diào)制器將各音源設(shè)備輸出的音源信號(hào)，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信號(hào)，而視頻輸入端子則懸空不接；整個(gè)系統(tǒng)受控于一臺(tái)播控電腦，播控電腦通過(guò)COM口發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成485格式總線(xiàn)信號(hào)，傳輸?shù)?a class="cblue" href="http://www.viuna.cn/search/?q=智能控制器" title="智能控制器">智能控制器和廣播終端，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制；智能控制器將接收到的播控電腦控制信號(hào)譯碼，控制音源設(shè)備的工作狀態(tài)(開(kāi)啟、關(guān)閉、播放等)；廣播終端的功能是將音頻信號(hào)解調(diào)出來(lái)實(shí)現(xiàn)廣播，可由播控電腦和廣播終端分別控制。
2 硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)
2.1 智能控制器
　　智能控制器的作用是將接收的播控電腦指令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的紅外遙控" title="紅外遙控">紅外遙控信號(hào)，紅外遙控信號(hào)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(jī)AT89C52為核心。 紅外遙控信號(hào)由一串編碼脈沖經(jīng)過(guò)38~40kHz載頻調(diào)制而成，紅外遙控信號(hào)的自學(xué)習(xí)功能則通過(guò)測(cè)量解調(diào)后的編碼脈沖的高電平" title="高電平">高電平寬度與低電平寬度，并依脈沖次序?qū)挾葦?shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。紅外遙控信號(hào)的還原只需從存儲(chǔ)器取出已學(xué)習(xí)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，產(chǎn)生原來(lái)的編碼脈沖串" title="脈沖串">脈沖串，并調(diào)制成紅外信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)時(shí)，紅外接收器(SFH506-38)負(fù)責(zé)將待學(xué)習(xí)的紅外遙控信號(hào)解調(diào)，解調(diào)后的遙控編碼脈沖串直接送入AT89C52的和T0腳，由單片機(jī)AT89C52對(duì)各個(gè)脈沖的高電平寬度與低電平寬度進(jìn)行測(cè)量，具有I²C總線(xiàn)接口的E²PROM芯片AT24C64作為存儲(chǔ)器，用來(lái)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(hào)在E²PROM中占用相應(yīng)的空間。
　　AT89C52通過(guò)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(hào)從P1.1輸出，并與P1.0輸出的38kHz載波信號(hào)進(jìn)行“或非”完成調(diào)制，經(jīng)9013驅(qū)動(dòng)后，由紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外遙控信號(hào)，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(jī)，多媒體電子調(diào)諧器TCL2002MB-2為廣播接收解調(diào)模塊。廣播終端由廣播接收解調(diào)、聲音控制、功放、按鍵、顯示、存儲(chǔ)、總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)等模塊組成，廣播接收解調(diào)、聲音控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)都采用I²C總線(xiàn)控制模式，單片機(jī)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(zhuān)為計(jì)算機(jī)多媒體環(huán)境中的射頻應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定，可直接從射頻信號(hào)解調(diào)出峰值為1V的視頻信號(hào)和音頻信號(hào)，可解調(diào)的射頻信號(hào)覆蓋了全部電視頻道，調(diào)諧和波段切換是通過(guò)編程數(shù)字鎖相環(huán)系統(tǒng)完成的，控制信息由I²C總線(xiàn)寫(xiě)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(xiě)模式如表1所示，而I²C寫(xiě)控制方式邏輯如表2所示。其中，MA1和MA0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(shí)MA1MA0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(zhǎng)設(shè)置，通常置為11，調(diào)諧步長(zhǎng)為62.5kHz，可以正確調(diào)諧到所需頻道；UHF、VH、VL為波段開(kāi)關(guān)，1為關(guān)閉，0為打開(kāi)；N14～N0為編程分頻比，可由公式計(jì)算得到，f_RF(pc)為欲接收頻道的圖像載頻，單位為MHz。

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　　各個(gè)頻道的編程分頻比和程序一起燒寫(xiě)固化在單片機(jī)ROM里，收聽(tīng)頻道選擇時(shí)，單片機(jī)通過(guò)查表取出欲接收頻道的編程分頻比，以表1規(guī)約的I²C寫(xiě)模式寫(xiě)入調(diào)諧器，進(jìn)行調(diào)諧，解調(diào)出音頻信號(hào)。參考文獻(xiàn)^[1]中提出一種按平臺(tái)模式設(shè)計(jì)、適用于80C51系列單片機(jī)的虛擬I²C總線(xiàn)軟件包，可依規(guī)約的讀寫(xiě)模式直接調(diào)用該I²C總線(xiàn)軟件包的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)子程序，對(duì)調(diào)諧器和其他I²C總線(xiàn)器件實(shí)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(shí)現(xiàn)播控電腦和廣播終端對(duì)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(shí)現(xiàn)音量、音調(diào)、聲道均衡控制，所有控制信息由CPU通過(guò)I²C總線(xiàn)寫(xiě)入。
　　TDA7315的寫(xiě)入模式如表3所示，而I²C寫(xiě)控制方式邏輯表如表4所示。其中A2A1A0為000時(shí)，音量衰減為0dB,由000遞增至111時(shí)，音量以1.25dB步長(zhǎng)衰減；B2B1B0 為000時(shí)，音量衰減為0dB,由000遞增至111時(shí)，音量以10dB步長(zhǎng)衰減；L為0時(shí)音量打開(kāi)，為1時(shí)靜音；C3C2C1C0為0111時(shí)，音調(diào)衰減為0dB，由0111遞減至0000時(shí)，音調(diào)以2dB步長(zhǎng)衰減，由0111遞增至1111時(shí)，音調(diào)以2dB步長(zhǎng)遞增。

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　　調(diào)整音量、音調(diào)時(shí)，單片機(jī)從E²PROM讀出當(dāng)前值，進(jìn)行增、減運(yùn)算，再將運(yùn)算結(jié)果以表3規(guī)約的寫(xiě)模式寫(xiě)入TDA7315實(shí)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(mǎn)足大部分廣播終端的要求。
2.2.3 總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)、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(guò)串行口接入RS-485總線(xiàn)，總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)采用MAX3082，可以?huà)旖?56個(gè)終端，能滿(mǎn)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(tīng)頻道、音量、音調(diào)等狀況，默認(rèn)顯示為當(dāng)前的收聽(tīng)頻道，當(dāng)選擇聲音操作時(shí)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(dòng)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(hào)。
　　廣播終端面板的“STATUS”接鍵實(shí)現(xiàn)音量、音調(diào)、頻道功能轉(zhuǎn)換，“UP”、“DOWN”按鍵實(shí)現(xiàn)音量、音調(diào)、頻道增減。單片機(jī)通過(guò)判別P2.2的低電平次數(shù)作出相應(yīng)功能改變，通過(guò)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(xiě)入I²C總線(xiàn)式的E²PROM(AT24CO2)中記憶。
　　各廣播終端串接在RS-485總線(xiàn)上，播控主機(jī)通過(guò)多機(jī)通信方式與各個(gè)廣播終端通信，每個(gè)廣播終端都有自已的地址，單片機(jī)通過(guò)讀DIP開(kāi)關(guān)狀態(tài)設(shè)定終端的地址。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 播控主機(jī)軟件
　　播控電腦的軟件主要由自動(dòng)播放模塊和控制模塊等組成。自動(dòng)播放模塊包括播放庫(kù)與定時(shí)播放模塊。播放庫(kù)可存放海量的音源文件，音源文件格式為MP3，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以不斷添加新的MP3格式聲音文件，并歸類(lèi)；將MP3播放器嵌入定時(shí)播放模塊，定時(shí)播放模塊可以設(shè)定播放時(shí)間、播放具體的歌曲，也可以設(shè)定播放某類(lèi)歌曲，啟動(dòng)聲卡定時(shí)播放鈴聲、課間操及課間休息音樂(lè)等；控制模塊完成命令的發(fā)送，包括對(duì)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(jì)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(kù)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(hào)自學(xué)習(xí)模塊和紅外遙控信號(hào)發(fā)射模塊，其程序框圖如圖4所示。

　　在紅外遙控信號(hào)自學(xué)習(xí)時(shí)，定時(shí)器T0和T1定義為工作方式1，T0的GATE位置位，INT0外部中斷方式置為邊沿觸發(fā)。無(wú)紅外信號(hào)時(shí)，紅外接收器輸出高電平；有紅外信號(hào)時(shí)，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INT0外部中斷時(shí)首先停止定時(shí)，記錄T0、T1的計(jì)數(shù)值(T0的計(jì)數(shù)值為脈沖的高電平寬度，而低電平寬度為T(mén)1的計(jì)數(shù)值減去T0的計(jì)數(shù)值)，然后T0、T1計(jì)數(shù)值清零，并重新啟動(dòng)定時(shí)，同時(shí)將高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù)寫(xiě)入AT24C64中保存。依此逐一測(cè)出遙控編碼脈沖串的各個(gè)高電平與低電平的寬度，并按次序存放在E²PROM中記憶。
　　在紅外遙控信號(hào)發(fā)射時(shí)，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(chǔ)的高電平與低電平的寬度數(shù)據(jù)，賦計(jì)數(shù)初值給定時(shí)器T0并啟動(dòng)，計(jì)數(shù)初值為測(cè)量值反碼，通過(guò)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。