基于PT2258的AV5.1多声道音响控制系统
引言
随着居民收入的增加，消费者早已容易获得较好的、廉价的视频及音频信号源，如RADIO、TV、CD、VCD、DVD等，特别是VCD、DVD的普及，人们普遍把AV功放搬回家，逐步实现了家庭影院的声响效果。然而上述音频信号源都有各自独立的音响，声道也是独立控制的，使用时既繁琐，又不能让众多音频源共享AV功放优质的声响，减少了使用的乐趣。
在这种背景下，针对目前家庭众多音频信号源控制离散的问题，我们研制开发了基于PT2258的AV5．1音响控制系统，提供一种具有较高性价比、方便使用的红外遥控音频控制平台，将各种音频信号源选择输入至AV功放，统一控制。该控制系统已成功运用于深圳某音响企业，效果良好。
1 硬件电路构成
本设计以Microchip公司的PICl6C56为主控IC，系统硬件电路框图如图1所示。通过模拟开关选择音频信号源，输入至声道音量控制芯片PT2258中，由主控IC接收、分析键盘模块或红外遥控的数据，控制PT2258实现音量的升降、重音增减、静音开关等功能，最后输出至后续的AV功放。
1．1 声道控制PT2258
PT2258是普诚公司推出的CMOS工艺制造的声道音量控制IC。其工作电压范围宽(5～9 V)，6声道设计(O～一79 dB)，极低噪声(S／N>l00 dB)，高分辨率(>100 dB)，极少的外围电路以及与处理器方便连接的I2C控制总线，使其在汽车音响、电脑多媒体、AV环绕视听等方面具有广泛的应用，是AV多声道音响系统极佳的音量控制元件。PT2258外围电路连接如图2所示。
PT2258的前级INl～IN6接音源的6个声道(通过前级模拟开关的选择)，后级0UTl～0UT6输出至左、中、右、左后、右后及超重低音6个有源音箱；第6、7引脚为I2C引脚，通过上拉电阻连接MCU的I／O口。MCU根据PT2258的I2C传输时序收发数据，既可对音量进行总体控制，也可对单个声道独立调节(例如BASS)，最低每阶1 dB数字调音效果类似线性处理，也可编程实现每阶大于1 dB调节。这种人性化的软件设计对于高音、低音迅速切换至适中音量具有重要意义，并能快速实现静音(MUTE)。另外，芯片内置6声道转换器和副低频低通滤波器，可确保前级输入信号极低失真地输出到后级。
1．2 微控制器PICl6C56
PICl6C56作为Microchip公司最早推出的PICl6C5X系列中的一种，是一款高性能RISC结构的12位微控制器。它继承了 PICl6C5X系列单片机高速度、低价格、低功耗、低电压工作、抗干扰性好、易于开发使用等众多优点，在家用电器、仪表、工控方面表现突出而广受欢迎。 PICl6C56具有12个高驱动能力的I／0口，满足本系统设计的需求，同时略有余量，方便今后系统的扩展。
1．3 音频源模拟开关
此设计涉及4个音频源，VCD／DVD为6声道，其余为2声道，选用3个CD4053作为音频源模拟开关可将MCU控制I／O口节省至3个。CD4053 是三二通道控制模拟开关，有3个独立控制输入端和使能端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，是较为理想的多路数字控制模拟开关，电路如图3所示。前6个输入信号(FR_I、FL_I、RR_I、RL_I、C_I、BASS_I)为VCD／DVD声道，其余为CD、TV、RADIO，各两个声道，用3个 MCU I／O组合控制进行音源输入信号的选择，如表1所列。
1．4 红外遥控
此模块包括编码、解码两部分。编码电路采用红外遥控系统中专用的发射集成电路BL6121。它采用CMOS工艺制作，最多可外接64个按键，工作电压范围宽(2．2～5．5 V)，对于遥控器这种便携式供电的设备特别适用，由此芯片构成的电路如图4所示。BL6121外接455 kHz时钟晶振，当按键时间达到36 ms时，其发射一帧的红外数据格式由1个引导码、16位地址码、8位数据码、8位数据反码构成，其数据输出波形请见参考文献。对红外信号的接收过程，实际上是把红外光信号转换成TTL信号的过程，现在普遍采用集成度比较高的一体化接收头来处理，随后将转换成TTL的信号输入MCU的I／O口进行解码。 PIC16C56无中断，在软件设计中运用查询的方法进行解码。
1．5 扩展键盘
如图5所示，采用交互式键盘设计，RB0～RB4通过上拉电阻接至键盘。每个I／O口既作输入行又作输出列，输入输出交互使用，构成5行5列。在行列线每个独立(不重复)的交点上，设置一个按键，即任意I／0线之间均接一个按键。当某一口线输出低电平时，其他I／O线均读入键信息，软件设计采用循环查询的方法进行按键判断。这种设计方式在键数相同情况下，占用I／O线少，节省资源。
2 软件设计
在Microchip公司提供的MPLAB集成开发环境下，根据图6所示的程序流程实现软件编程。系统上电将VOLUME音量初始为适中(一10 dB)，随后判断是否有本地按键以及引脚有无红外信号，根据按键及对红外的解码情况转到各功能子程序。整个软件采用模块化设计，可读性强，维护、升级方便。
3 总结
基于PT2258的AV5．1音响控制系统，既将众多离散的音频源集中管理，又充分利用了AV功放的音响效果。该系统使用方便、稳定，在智能家居设备日益更新的情况下，为家庭智能娱乐提供了一种可行的控制手段。
随着居民收入的增加，消费者早已容易获得较好的、廉价的视频及音频信号源，如RADIO、TV、CD、VCD、DVD等，特别是VCD、DVD的普及，人们普遍把AV功放搬回家，逐步实现了家庭影院的声响效果。然而上述音频信号源都有各自独立的音响，声道也是独立控制的，使用时既繁琐，又不能让众多音频源共享AV功放优质的声响，减少了使用的乐趣。
在这种背景下，针对目前家庭众多音频信号源控制离散的问题，我们研制开发了基于PT2258的AV5．1音响控制系统，提供一种具有较高性价比、方便使用的红外遥控音频控制平台，将各种音频信号源选择输入至AV功放，统一控制。该控制系统已成功运用于深圳某音响企业，效果良好。
1 硬件电路构成
本设计以Microchip公司的PICl6C56为主控IC，系统硬件电路框图如图1所示。通过模拟开关选择音频信号源，输入至声道音量控制芯片PT2258中，由主控IC接收、分析键盘模块或红外遥控的数据，控制PT2258实现音量的升降、重音增减、静音开关等功能，最后输出至后续的AV功放。
1．1 声道控制PT2258
PT2258是普诚公司推出的CMOS工艺制造的声道音量控制IC。其工作电压范围宽(5～9 V)，6声道设计(O～一79 dB)，极低噪声(S／N>l00 dB)，高分辨率(>100 dB)，极少的外围电路以及与处理器方便连接的I2C控制总线，使其在汽车音响、电脑多媒体、AV环绕视听等方面具有广泛的应用，是AV多声道音响系统极佳的音量控制元件。PT2258外围电路连接如图2所示。
PT2258的前级INl～IN6接音源的6个声道(通过前级模拟开关的选择)，后级0UTl～0UT6输出至左、中、右、左后、右后及超重低音6个有源音箱；第6、7引脚为I2C引脚，通过上拉电阻连接MCU的I／O口。MCU根据PT2258的I2C传输时序收发数据，既可对音量进行总体控制，也可对单个声道独立调节(例如BASS)，最低每阶1 dB数字调音效果类似线性处理，也可编程实现每阶大于1 dB调节。这种人性化的软件设计对于高音、低音迅速切换至适中音量具有重要意义，并能快速实现静音(MUTE)。另外，芯片内置6声道转换器和副低频低通滤波器，可确保前级输入信号极低失真地输出到后级。
1．2 微控制器PICl6C56
PICl6C56作为Microchip公司最早推出的PICl6C5X系列中的一种，是一款高性能RISC结构的12位微控制器。它继承了 PICl6C5X系列单片机高速度、低价格、低功耗、低电压工作、抗干扰性好、易于开发使用等众多优点，在家用电器、仪表、工控方面表现突出而广受欢迎。 PICl6C56具有12个高驱动能力的I／0口，满足本系统设计的需求，同时略有余量，方便今后系统的扩展。
1．3 音频源模拟开关
此设计涉及4个音频源，VCD／DVD为6声道，其余为2声道，选用3个CD4053作为音频源模拟开关可将MCU控制I／O口节省至3个。CD4053 是三二通道控制模拟开关，有3个独立控制输入端和使能端，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流，是较为理想的多路数字控制模拟开关，电路如图3所示。前6个输入信号(FR_I、FL_I、RR_I、RL_I、C_I、BASS_I)为VCD／DVD声道，其余为CD、TV、RADIO，各两个声道，用3个 MCU I／O组合控制进行音源输入信号的选择，如表1所列。
1．4 红外遥控
此模块包括编码、解码两部分。编码电路采用红外遥控系统中专用的发射集成电路BL6121。它采用CMOS工艺制作，最多可外接64个按键，工作电压范围宽(2．2～5．5 V)，对于遥控器这种便携式供电的设备特别适用，由此芯片构成的电路如图4所示。BL6121外接455 kHz时钟晶振，当按键时间达到36 ms时，其发射一帧的红外数据格式由1个引导码、16位地址码、8位数据码、8位数据反码构成，其数据输出波形请见参考文献。对红外信号的接收过程，实际上是把红外光信号转换成TTL信号的过程，现在普遍采用集成度比较高的一体化接收头来处理，随后将转换成TTL的信号输入MCU的I／O口进行解码。 PIC16C56无中断，在软件设计中运用查询的方法进行解码。
1．5 扩展键盘
如图5所示，采用交互式键盘设计，RB0～RB4通过上拉电阻接至键盘。每个I／O口既作输入行又作输出列，输入输出交互使用，构成5行5列。在行列线每个独立(不重复)的交点上，设置一个按键，即任意I／0线之间均接一个按键。当某一口线输出低电平时，其他I／O线均读入键信息，软件设计采用循环查询的方法进行按键判断。这种设计方式在键数相同情况下，占用I／O线少，节省资源。
2 软件设计
在Microchip公司提供的MPLAB集成开发环境下，根据图6所示的程序流程实现软件编程。系统上电将VOLUME音量初始为适中(一10 dB)，随后判断是否有本地按键以及引脚有无红外信号，根据按键及对红外的解码情况转到各功能子程序。整个软件采用模块化设计，可读性强，维护、升级方便。
3 总结
基于PT2258的AV5．1音响控制系统，既将众多离散的音频源集中管理，又充分利用了AV功放的音响效果。该系统使用方便、稳定，在智能家居设备日益更新的情况下，为家庭智能娱乐提供了一种可行的控制手段。