DM102數(shù)字化虛擬環(huán)繞聲音效盒的設計

數(shù)字化虛擬環(huán)繞聲音效盒DM102具有以下特性：

1. 采用PS8888和PS9999 虛擬環(huán)繞聲處理芯片。PS9999 對普通立體聲信號能增強其聲場深度和寬度，對輸入的Dolby Pro-logic信號解碼產生兩路虛擬環(huán)繞聲輸出；PS8888對輸入解碼后得到的Dolby環(huán)繞四聲道(Dolby Pro-Logic）或5.1聲道(Dolby Digital）信號，進行虛擬處理后可通過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。

2. 微電腦控制，音源切換、音量、音調、平衡、等響度等全部由數(shù)字控制，四個功能鍵和紅外遙控操作，LED狀態(tài)顯示。

3. 四路音源輸入，在音源切換中，采用硬件過零檢測技術，實現(xiàn)“零”噪聲切換。

4. 輸出可配接普通功放、大屏幕彩電、組合音響、有源音箱等；另帶耳機插孔，獨自享受美妙的影院效果。

5. 整個系統(tǒng)加入mP監(jiān)控芯片，保證系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和較強的抗干擾能力。

硬件設計采用如圖1所示的總體方案。音效盒由單片機、音源切換和音量、音調控制電路、虛擬環(huán)繞聲處理電路、紅外接收電路和電源監(jiān)控電路組成。

PS8889芯片是帶有四路音源輸入的可編程音量音調控制器，包括一個能切換四路音源的輸入選擇器。PS8889在減小L/R誤差、步進誤差和串擾以及最大衰減等方面都能體現(xiàn)出極其優(yōu)良的性能，在低頻段或高頻段均具有激發(fā)并增大響度的功能，總諧波失真（THD）為0.002%，噪聲只有5mVrms。音量調節(jié)范圍：左聲道0dB～-∞dB，右聲道0dB～-∞dB。PS8889內部的過零檢測使開關噪聲最小。PS8889還能對音調進行±12dB的調整控制。PS8889有三根控制線（STB、數(shù)據(jù)線和時鐘線），用于與單片機進行接口連接。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。在本應用中只需兩路輸出，所以只用PS8889的FL、FR。

PS8889芯片在DM102音效盒中被作為兩部分使用，在輸入選擇器和音量控制器之間接入虛擬處理芯片。這樣四路音源經選擇器選擇一路信號，送至虛擬處理芯片進行音效處理后，再返回PS8889芯片進行音量、音調和等響度的控制。

虛擬環(huán)繞聲處理電路采用PS9999芯片，兩聲道輸入兩聲道輸出，具有四種處理效果：對于單聲道信號，變成立體聲效果增強輸出；對于立體聲信號，進行3D效果處理并輸出；對于Dolby Pro-Logic信號，進行解碼并虛擬環(huán)繞聲處理后由兩聲道輸出；直通方式。由于PS9999芯片能夠對Dolby Pro-Logic信號進行軟件解碼并虛擬環(huán)繞聲處理后兩聲道輸出，故非常適合于接駁VCD視盤機。VCD伴音均采用Dolby Pro-Logic信號，經PS9999處理后就可利用兩聲道功放和兩只音箱系統(tǒng)營造環(huán)繞聲場，用其組成家庭影院不僅成本低而且效果好。也可直接利用電視機喇叭來營造環(huán)繞聲場。PS9999可應用于電視機音頻系統(tǒng)或有源音箱、多媒體音箱和AV功放前置處理器。輸出效果選擇只需一個引腳控制，電路簡單方便。

AC-3信號的虛擬環(huán)繞聲處理電路采用PS8888芯片，此芯片對解碼后的AC-3信號和Dolby Pro-Logic信號（DVD機輸出即為解碼后的這兩種信號）進行虛擬環(huán)繞聲處理，可有多種聲道輸出方式。PS8888芯片不僅具有空間環(huán)繞定位效果增強式的回放而且提高聲道分離度，它產生的虛擬環(huán)繞聲場適用于任意音箱數(shù)量的系統(tǒng)：對于杜比數(shù)字(AC-3)音頻信號，可處理為5路、4路、3路和2路音頻輸出；對于杜比定向邏輯音頻信號，可處理為4路、3路和2路音頻輸出。控制方式有并行和串行數(shù)字接口，串行接口有I2C 2線串行接口和3線串行接口，芯片易于各種接口方式控制。在本設計中利用PS8888芯片對解碼后的多聲道信號進行虛擬環(huán)繞聲處理，通過兩聲道輸出。使這款音效盒不僅可以接駁VCD、VCR等兩聲道輸出的播放器，還可以接駁DVD視盤機，5.1信號直接輸入虛擬兩聲道輸出。

整個系統(tǒng)的核心采用LG公司的GMS97C51單片機。該單片機與MCS-51系列兼容，OTP器件降低了硬件成本。程序存貯器使用內部的4K字節(jié)EPROM，簡化外圍電路。GMS97C51提供32根I/O口線，3根用于控制PS8889芯片，一根用于控制PS9999芯片的虛擬效果/直通功能，3根用于控制PS8888芯片，狀態(tài)指示LED直接由I/O口驅動。GMS97C51接收紅外命令和檢測按鍵，實現(xiàn)相應控制和狀態(tài)顯示。它的復位信號由監(jiān)控芯片提供。

IMP810L監(jiān)控芯片可以保證系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和極強的抗干擾能力。IMP810L的Vcc檢測路，可以保護系統(tǒng)免受低電壓的影響。當Vcc降至最小復位門限以下時，系統(tǒng)復位。復位一直確保到Vcc返回且穩(wěn)定為止。

另外，遙控接收電路選用帶解調器的紅外接收頭，簡化紅外接收電路。虛擬處理會對輸入信號進行提升，典型提升為9dB。為防止信號經過虛擬環(huán)繞聲或3D處理后失真，在信號輸入端增加衰減電路，輸出時由運放再將信號放大輸出。

系統(tǒng)程序完成的主要操作包括：讀按鍵，接收紅外遙控碼，設置PS8889和PS9999芯片，狀態(tài)指示。讀按鍵操作，每隔200ms檢測一次按鍵，如有按鍵，采取去抖動和延時，以便正確讀取按鍵。紅外遙控碼的接收由定時器和中斷來實現(xiàn)，紅外碼采用不同周期的脈沖來表示1和0，定時器逐位讀取脈沖周期，得到紅外碼，再根據(jù)碼值進行控制操作和顯示。使用中斷和定時器功能部件，保證紅外遙控接收的實時、準確，也節(jié)省了硬件資源。PS8889、PS8888和PS9999的控制采用多個子程序，如音源切換子程序、音量調整子程序、高音調整子程序、低音調整子程序、平衡調整子程序、虛擬/直通控制子程序等，使用時分別調用。

本數(shù)字化虛擬環(huán)繞聲音效盒在數(shù)字化控制和音頻虛擬處理方案方面均具有先進性。

1. 音源切換和音量、音調、平衡、等響度等均采用數(shù)字方式控制。

2. 整個系統(tǒng)集成度高、可靠性好、性價比高整個方案采用最優(yōu)化的芯片組合，具有較好的聆聽效果。

3. 虛擬環(huán)繞處理方案具有理想的效果，聲音定位相當精確。

4. 所有控制由紅外遙控操作完成，紅外遙控采用軟件解碼。

5. 系統(tǒng)加入mP監(jiān)控芯片，保證系統(tǒng)具有強的抗干擾能力。■