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在智能娛樂技術快速發展的大背景下，消費者已經普遍希望營造家庭影院的聲響效果。配置一套家庭影院音響系統，需要環繞聲處理器和較大功率的AV功放，并且至少有5或6只音箱。而通過5、6只音箱來表現聲像定位和營造環繞聲效果，不僅對室內聲學特性、音箱擺放和聲音調校的要求較高，并且占用空間大，投資份額占到整個系統的一半以上，很難令廣大消費者接受。 隨著虛擬環繞聲技術的迅速發展和普及應用，僅使用2只音箱就能實現以往5只音箱才能產生的符合DolbyPro-Logic或Dolby Digital(AC-3)標準的環繞聲場，有效地解決了家庭影院音響系統投資大、占地面積大的問題。本文設計了基于PIC單片機的數碼虛擬環繞聲控制器，提供一種具有較高性價比、使用方便的紅外遙控數碼虛擬環繞聲控制平臺。該控制器具備很高的實用價值，已成功運用于深圳某音響企業。 1 硬件方案 1.1 主控芯片的選擇 選擇一款合適的單片機對于嵌入式系統設計是很重要的，選型基本原則是資源夠用、性價比高、穩定易用。PIC16C57作為Microchip公司較早推出的PIC單片機，具有高速度、低價格、低功耗、抗干擾性強、易于開發使用等眾多優點，在家電、儀表、工控、終端外設等方面的表現尤為突出。PICl6C57內置2K×12位EPROM、72字節RAM空間、1個定時器、看門狗，以及獨立的數據和程序存儲器總線。高性能的RISC結構決定它比一般的單片機更簡單實用，符合選型要求。 I／O端口作為與外圍電路連接的通道，也是選型時考慮的重點。其端口數量除了滿足本設計要求之外，還應有一定余量以便日后功能擴展。PIC16C57提供20位I／O端口(RA0～RA3、RB0～RB7、RC0～RC7)，端口結構為CMOS互補推挽電路，驅動能力強。 1.2 系統結構設計 整體系統結構如圖1所示。TV、RADIO、CD、VCD／DVD等音源輸入到數碼虛擬環繞聲控制器中，通過音源選擇、解碼、虛擬處理變成兩聲道，輸出至后續的AV功放或有源音箱。 控制器由PIC16C57單片機、音量音調調節電路、虛擬環繞聲電路、紅外遙控電路、鍵盤及VFD顯示屏電路構成，其硬件電路框圖如圖2所示。(L1，R1)…(L4，R4)為4組輸入音源，FL、FR為處理后的輸出虛擬環繞聲，CI、RLI、RRI、SUBI為擴展多聲道輸入(如DVD聲道)，CO、RLO、RRO為對應輸出，用戶可通過多只音箱進行多種組合來實現5.1聲道環繞聲效果。 系統中與PIC16C57相連的外圍電路模塊有虛擬環繞聲電路、音量音調調節電路、鍵盤、紅外遙控模塊、VFD顯示模塊及狀態指示電路，如圖3所示。I／O端口資源使用情況如表1所列。其中，RB6、RB7和虛擬環繞聲調節電路的I2C接口連接，RC0～RC2三位I／O與音量音調調節電路的SPI接口相連，狀態指示LED直接由I／O口驅動；同時，I／O端口接收紅外命令和檢測按鍵，并控制VFD顯示模塊實現狀態顯示。 2 功能模塊設計 2.1 虛擬環繞聲電路 家庭影院音響系統的核心之一是環繞聲技術。本設計采用的虛擬環繞聲技術能對多聲道的信號進行虛擬處理，在兩個平行放置的音箱中回放出來，讓人感覺到環繞聲的效果。虛擬環繞聲技術中比較有名的為SRS公司的TruSurround、QSound公司的QSurround以及Aureal公司的A3D等方案。通過大量聽音測試實驗，在聲音流暢性和準確度、對話可懂度、聲像定位精確度等方面的比較，QSound公司的QSurround是聲音定位、空間感和包圍感最好的系統。 武漢力源電子有限公司推出的PS8888是采用了由QSound實驗室開發并專有的QSurround技術的一款功能強大的虛擬環繞聲處理芯片。用它進行音箱的虛擬定位，可維持原有的保真度，處理后的虛擬環繞聲音色均勻性、臨場感等方面的表現不亞于真實多音箱系統，效果很好。 PS8888內置16種處理模式，不僅具有空間環繞定位效果增強式的回放，而且能夠提高聲道分離度。它產生的虛擬環繞聲場可通過2、3、4、5、5.1聲道輸出，并且具有直通和效果增強兩種模式輸出。其外圍電路連接圖如圖4所示。FLI、FRI為音源選擇輸入信號；經虛擬處理后的FLO、FRO輸出至音量控制電路；CI、SUBI、RLI、RRI為擴展聲道輸入，CO、RLO、RRO為擴展聲道輸出，主要針對DVD視盤機輸出的Dolby環繞4聲道或5.1聲道信號；SCL、SDA為I2C引腳，通過上拉電阻與PICl6C57的I／O口相連。 2.2 音量音調調節電路 音源切換、音量、音調、平衡的調節等均采用模擬器件來實現。本設計選用武漢力源電子股份有限公司推出的高集成度芯片PS8889，一片芯片就可完成上述功能的數字化控制。PS8889是包含一個4路音源輸入選擇器的可編程音量音調控制器，調節方便準確。它能切換4種音源并針對不同的聲源分別設置不同級別的增益，同時在降低L／R誤差、步進誤差、串擾以及最大衰減等方面都能體現了優良的性能，并對于低頻或高頻段均具有激發并增大響度的功能。總諧波失真(THD)為0.002％，其內部的過零檢測使開關噪聲僅為5μVrms，音量調節范圍為0～-∞dB，還能對音調進行±12 dB的調整控制。 PS8889芯片在控制器設計中作為兩部分使用：在輸入選擇器和音量控制器之間接入虛擬處理芯片，使得4路音源經選擇器選擇1路信號，送至虛擬處理芯片進行音效處理；然后再返回PS8889芯片，進行音量、音調等控制。電路如圖5所示，(L1，R1，)…(L4，R4)為4組音源輸入，通過選擇器輸出一組FLI、FRI至虛擬環繞聲電路，經虛擬處理后返回進行音量、音調等控制；PS8889提供了3根串行控制線(DATA，CLK和STB)，方便與PIC16C57的I／O口RC0～RC2連接。PS8889的輸出可以把L、R信號分成FL(前左)、RL(后左)和FR(前右)、RR(后右)，并可分別控制音量。本設計中只需FL和FR兩路輸出，接至有源音箱。 2.3 紅外遙控電路 紅外遙控電路具有互不干擾、電路調試簡單、綠色環保等特點，是家用電器中廣泛使用的遙控方式。它包括編、解碼兩部分。發射紅外信號時，編碼電路輸出一幀紅外數據(由1個引導碼、16位地址碼、8位數據碼、8位數據反碼構成)，其數據輸出波形請參看參考文獻。對紅外信號的接收，實際上是把紅外信號轉換成TTL信號的過程，現在普遍采用集成度比較高的一體化接收頭來處理，隨后將轉換后的TTL信號輸入PIC16C57的I／O口進行解碼。本設計采用紅外遙控系統中專用的發射集成芯片BL6121作為編碼電路，解碼則直接在軟件設計中運用查詢的方法進行。 2.4 鍵 盤 常用的鍵盤接口有獨立式、行列式等設計方法。本系統中采用交互式鍵盤方式，在鍵數相同情況下占用的I／O線少，節省資源。如圖6所示，RB0～RB5通過上拉電阻接至鍵盤，每個I／O口既作輸入行又作輸出列，輸人輸出交互使用，構成6行6列。在行列線每個獨立(不重復)的交點上，設置一個按鍵，即任意I／O線之間均接一個按鍵。當某一口線輸出低電平時，其他I／O線均讀入鍵信息，軟件設計采用循環查詢的方法進行按鍵判斷。 3 系統整體實現 系統完成的主要操作包括：判斷處理按鍵，接收紅外遙控碼，設置PS8889和PS8888芯片，狀態指示及VFD顯示等。利用Microchip公司提供的MPLAB集成開發環境實現軟件編程。主程序流程如圖7所示。系統初始化后，讀按鍵操作并判斷接收紅外信號是否正確，根據按鍵及紅外信號的解碼情況轉到各功能子程序。對PS8889、PS8888的控制也采用多個子程序，如音源切換子程序、音量調節子程序、高音調節子程序、低音調節子程序、平衡調節子程序、虛擬／直通控制子程序等。使用時分別調用，同時VFD顯示器把系統運行的狀態實時地顯示出來。整個軟件采用模塊化設計，可讀性強，維護升級方便。 4 總 結 本設計中采用虛擬環繞聲電路對解碼后的多聲道信號進行虛擬環繞聲處理，通過2個聲道輸出，聲音定位精確，用戶僅用2只音箱就能享受到5聲道的音響樂趣；音源切換、音量、音調、平衡、響度等調節均采用數字方式控制，所有操作均可由紅外遙控完成。整個系統集成度高、可靠性好、性價比高，具有理想的音響效果；更重要的是，無需對現有音響條件進行改造，即可實現家庭影院般的音響效果。 |
