CN109756824B - 一种实现车载外部音频通道自动切换的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现车载外部音频通道自动切换的电路及方法，利用倍压整流电路的倍压整流特性以及三极管的结构特性和不同工作状态下的电流特征，通过采用I2C通信以及A/D采集的方式，来实现车载外部音频通道的自动切换；本发明的自动切换电路和方法可以应用到含有外部音频输入功能的车载多媒体终端设备中，用来实现外部音频通道的自动切换，使得驾驶员在安全驾驶的前提下可以随时聆听手机等设备的音乐；本发明在相对比较微弱的外部音频信号也能实现自动检测以及进行音频通道的自动切换，具有检测精度高的优点。

Description

一种实现车载外部音频通道自动切换的电路及方法

技术领域

本发明涉及车载音频通道控制技术领域，特别涉及一种实现车载外部音频通道自动切换的电路及方法。

背景技术

在车载多媒体娱乐终端的产品中，随着人们对音频播放功能的多样化，经常需要支持多路音频的选择播放，而外部音频输入就是其中一种比较常用的功能。在实际运用中，车载多媒体终端设备一般会预留一个AUX音频接口，用来连接手机的音频输出接口，使得驾驶员可以把手机、MP3、平板等电子声频设备上的音乐随时播放到终端设备上。对于支持多路音频播放功能的多媒体终端设备来说，如果没有相关的外部音频检测信号，去通知终端设备的CPU，CPU将无法进行相应音频通道的自动切换，也就无法实现当有外部音频输入时，音频通道自动切换到相应的音频通道进行播放。目前对外部音频输入的检测方法和通道切换方法，一般采用AUX接口本身的机械特性(AUX音频线插头插入和未插入时，内部弹片分离特性)来配合CPU来进行检测和控制实现音频通道的切换。这种方式有两个弊端，第一个就是如果AUX外部音频输入线一直插在AUX接口上，而终端设备当前的音频播放通道因其他音频播放的需要已经被抢占，要重新回到外部音频播放通道，就必须重新拔插AUX外部音频输入线或通过显示面板上的模拟按键操作，来重新检测和切换音频通道，在汽车行驶过程中，显然这种方式会造成操作的不方便以及增加驾驶过程中的不安全因数，还有一个弊端就是随着设备长年累月的使用，AUX插座内部机械弹片因各种不可控因数，导致接触不良，最终无法正常的进行信号检测以及控制。再有另外一种对外部音频信号的检测和控制的方法是，采用对外部音频信号进行放大，再通过整流电路转化成直流电压，来控制三极管到开关状态，最终转化成高、低电平的变化，随后CPU通过I\O口判断高、低的跳变，来对音频信号进行检测，最终实现相应音频通道的切换，这种方式的检测以及控制也有弊端，就是必须要求外部输入的音频信号需要放大到一定程度，使得随后的三极管到饱和状态，而外部手机音频输入信号幅值具有不可控性(声音小时，幅值小；声音大时，幅值大)，使得前段的信号放大倍数，在设计过程中将比较难于确定，放大倍数设计的不当，会导致声音小的时候，三极管没有工作到饱和状态时，I\O口上会检测不到高、低电平的跳变，将无法检测到有外部音频信号的输入，需要调大声音后，才能完成正常的切换，在实际运用中，显然这种方式也会增加操作上的麻烦，同时需要多个不同的器件组成放大电路等，增加了设计上的成本。针对这些问题，就需要另外一种实现车载外部音频通道自动切换的电路以及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种实现车载外部音频通道自动切换的电路及方法，利用倍压整流电路的倍压整流特性以及三极管的结构特性和不同工作状态下的电流特征，通过采用I2C通信以及A/D采集的方式，来实现车载外部音频通道的自动切换；本发明的自动切换电路和方法可以应用到含有外部音频输入功能的车载多媒体终端设备中，用来实现外部音频通道的自动切换，使得驾驶员在安全驾驶的前提下可以随时聆听手机等设备的音乐；本发明在相对比较微弱的外部音频信号也能实现自动检测以及进行音频通道的自动切换，具有检测精度高的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种实现车载外部音频通道自动切换的电路，连接在外部音频输出信号与车载功放输入信号之间，包括微控制单元MCU和多路音频选择器；还包括由第三隔直电容、整流二极管和三极管组成的倍压整流电路；所述第三隔直电容一端通过第三电阻连接到外部音频输出信号的左声道AUX_L端，其另一端与所述整流二极管的负极及所述三极管的基极分别相连；所述整流二极管的正极和所述三级管的发射极均接地；所述三极管的集电极通过第四电阻和第五电阻连接到一直流电源；所述MCU与所述第四电阻和所述第五电阻的串接点相连以采集所述串接点的电压；所述MCU与所述多路音频选择器相连以根据采集到的所述串接点的电压值控制所述多路音频选择器的音频通道切换。

优选的，所述微控制单元MCU与所述多路音频选择器通过I2C总线相连。

优选的，所述电路还包括第四滤波电容，所述第四滤波电容串接于所述三极管的集电极与地之间。

优选的，外部音频输出信号的右声道AUX_R端通过第一隔直电容和第一电阻与所述多路音频选择器一音频通道的右声道端相连；外部音频输出信号的左声道AUX_L端通过第二隔直电容和第二电阻与所述多路音频选择器一音频通道的左声道端相连。

优选的，所述三极管为NPN三极管。

一种实现车载外部音频通道自动切换的方法，应用在所述的电路上，包括如下步骤：

微控制单元MCU通过一输入接口采集所述串接点的电压；

所述MCU根据采集到的电压值控制多路音频选择器是否进行音频通道的切换。

所述MCU根据采集到的电压值控制多路音频选择器是否进行音频通道的切换，包括：

所述MCU判断采集到的电压值是否在预设范围之内，如果是，所述MCU保持当前播放通道，不进行音频通道的切换；如果不是，所述MCU进行音频通道切换。

优选的，所述MCU进行音频通道切换的方式为：所述MCU重新配置所述多路音频选择器的寄存器值，进行音频通道切换。

优选的，所述预设范围根据所述直流电源值设置。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

(1)本发明利用倍压电路的倍压整流特性以及三极管的结构特性(基极与发射极之间的PN结，相当于一个整流二极管)和电流特征(三种工作状态下，具有不同的电流特征)，实现外部音频有输出信号时，在指定采集点产生变化的电压；

(2)本发明利用MCU的A/D采集技术，对电压的变化进行检测，电路简单、成本低廉、精度高；

(3)本发明运用I2C通信技术，实现MCU对多路音频选择器寄存器的配置，软件实现简单；

(4)本发明对于外部信号幅值的大小要求不高；不要求内部电路的三极管一定要工作在开关状态；在相对比较微弱的外部音频信号到来时也能实现自动检测，以及进行音频通道的自动切换。

(5)本发明实现了车载外部音频通道自动切换，使得驾驶员在安全驾驶的前提下可以随时聆听手机等设备的音乐。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的一种实现车载外部音频通道自动切换的电路及方法不局限于实施例。

附图说明

图1为本实施例一种实现车载外部音频通道自动切换的电路图；

图2为本实施例的多路音频选择器；

图3为本实施例的微控制单元MCU的检测流程图。

具体实施方式

参见图1所示，一种实现车载外部音频通道自动切换的电路，连接在外部音频输出信号U4与车载功放U3输入信号之间，包括微控制单元MCU U1和多路音频选择器U2；还包括由第三隔直电容C3、整流二极管D1和NPN三极管Q1组成的倍压整流电路；所述第三隔直电容C3一端通过第三电阻R3连接到外部音频输出信号U4的左声道AUX_L端，其另一端与所述整流二极管D1的负极及所述三极管Q1的基极分别相连；所述整流二极管D1的正极和所述三极管Q1的发射极均接地；所述三极管Q1的集电极通过第四电阻R4和第五电阻R5连接到一直流电源VCC；所述MCU与所述第四电阻R4和所述第五电阻R5的串接点相连以采集所述串接点的电压；所述MCU与所述多路音频选择器U2相连以根据采集到的所述串接点的电压值控制所述多路音频选择器U2的音频通道切换。

需要说明的是，外部音频输出信号U4包括来自手机、MP3、平板等电子声频设备的AUX接口输出，本发明实施例不做具体限制。

本实施例中，微控制单元MCU为CPU核心系统，所述CPU内部包含MCU、DDR3、EMMC及音视频解码IC等，所述CPU的音频输出连接到多路音频选择器U2的线路，本实施例的图中未体现。

所述多路音频选择器U2为多路选一路的音频选择器，支持N路音频通道输入，一路音频输出，具有音效处理、音频放大等相关功能，所述多路音频选择器U2和所述MCU通过I2C总线进行通信。本实施例中，参见图2所示，所述多路音频选择器U2可选择NJW1222，所述MCU的SCL端与所述多路音频选择器U2的I2C_SCL端相连接，所述MCU的SDA端与所述多路音频选择器U2的I2C_SDA端相连接。各路音频通过所述多路音频选择器U2音效处理后输入到所述车载功放U3进行功率放大输出，所述多路音频选择器U2的LOUT端与所述车载功放U3的LIN端相连接；所述多路音频选择器U2的ROUT与所述车载功放U3的RIN相连接。

附图1中的U4为外部音频设备AUX接口输出的音频信号，包括左声道AUX_L和右声道AUX_R，对于本发明来说表示外部音频输入。AUX_R通过第一隔直电容和第一电阻R1连接到所述多路音频选择器U2的第一音频通道IN1R上；AUX_L通过第二隔直电容和第二电阻R2连接到所述多路音频选择器U2的第一音频通道IN1L上；同时AUX_L还通过第三电阻R3和第三隔直电容C3连接到倍压整流电路。

所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5均为限流电阻。所述直流电源VCC为A/D采集的上拉电压，所述第四电阻R4和第五电阻R5连接的节点与所述MCU的A/D采集口相连。

进一步的，所述电路还包括第四滤波电容C4，用于滤除交流成分所述第四滤波电容C4串接于所述三极管Q1的集电极与地之间。

本发明一种实现车载外部音频通道自动切换的电路的检测及切换原理如下：

根据倍压整流电路的倍压整流特性，当有外部音频输入时，音频信号通过倍压整流电路后，输出的直流电压作为直流偏置电压加到三极管Q1上，所述三极管Q1将会导通(所述三极管Q1工作在整流和放大状态，如果输入的音频信号幅值足够大时，所述三极管Q1工作在饱和状态；本实施例的三极管Q1可能工作在放大或饱和状态)，所述三极管Q1将产生基极电流Ib，同时产生集电极电流Ic(如果工作在饱和状态时Ic不会继续增大)，同时所述第四电阻R4和第五电阻R5上也有了电流Ic，所述第四电阻R4和第五电阻R5上因为有了电流的通过，使得所述第四电阻R4和第五电阻R5连接的节点上的电压将会发生变化，此时MCU的A/D采集口将会采集到这个变化的电压，这个变化的电压值表示为V1。所述MCU通过采集到这个电压的变化量，来判断有外部音频的输入，从而通过I2C对多路音频选择器U2配置特定的寄存器值，来实现音频通道的自动切换，使得司机可以随时聆听手机音乐。

参见图3所示，本发明一种实现车载外部音频通道自动切换的方法，应用在所述的电路上，包括如下步骤：

微控制单元MCU通过一输入接口采集所述串接点的电压；

所述MCU根据采集到的电压值控制多路音频选择器U2是否进行音频通道的切换。

进一步的，所述MCU根据采集到的电压值控制多路音频选择器U2是否进行音频通道的切换，包括：

所述MCU判断采集到的电压值是否在预设范围之内，如果是，所述MCU保持当前播放通道，不进行音频通道的切换；如果不是，所述MCU进行音频通道切换。具体的，以所述直流电源VCC值为基准设置一个最大电压值VM，为了防止误差的关系，所述MCU在软件配置中，可以把VM设定一定的范围，并保存在CPU内存中，用于判断车载多媒体终端是否有外部音频输入。

进一步的，所述MCU进行音频通道切换的方式为：所述MCU重新配置所述多路音频选择器U2的寄存器值，进行音频通道切换。本实施例中，配置音频通道选择时，所述MCU通过I2C配置所述多路音频选择器U2内部寄存器地址0x00H的高四位(寄存器地址0x00H的高四位表示输入通道,低四位表示输入增益)，其中0000对应通道1；0001对应通道2；0010对应通道3；0011对应通道4；0100对应通道5；0101对应通道6。

本发明MCU的检测及控制原理如下：

当车载多媒体终端没有外部音频输入时，也就是U4的外部音频AUX_L没有信号连接到电路中，倍压整流电路不工作，三极管Q1不导通，此时MCU的A\D口采集到的电压值V1，将会在最大电压值VM的范围值内，此时，MCU不进行外部音频输入通道的切换，保持当前音频播放通道；

当车载多媒体终端有外部音频输入时，也就是U4的外部音频AUX_L有信号连接到电路中。此时音频信号将通过倍压整流电路，输出直流电压，使得三极管Q1导通。所述三极管Q1导通后，有了基极电流Ib，也有了集电极电流Ic，这将会导致有电流Ic留过第四电阻R4和第五电阻R5，从而V1的电压将会产生变化，所述MCU的A\D口将会采集到这个变化的电压值V1[V1＝VCC(A/D)-Ic*R5]。MCU把采集到的这个变化的电压V1和内部保存的VM(进行对比。如果V1不在VM的范围之内，表示外部有音频信号的输入，MCU将通过I2C对所述多路音频选择器U2配置特定的寄存器值，使得多路音频选择器U2切换到外部音频通道，使得外部音频输入到车载功放U3进行功率放大，实现外部音频的播放。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现车载外部音频通道自动切换的电路，连接在外部音频输出信号与车载功放输入信号之间，包括微控制单元MCU和多路音频选择器；其特征在于：还包括由第三隔直电容、整流二极管和三极管组成的倍压整流电路；所述第三隔直电容一端通过第三电阻连接到外部音频输出信号的左声道AUX_L端，其另一端与所述整流二极管的负极及所述三极管的基极分别相连；所述整流二极管的正极和所述三级管的发射极均接地；所述三极管的集电极通过第四电阻和第五电阻连接到一直流电源；所述MCU与所述第四电阻和所述第五电阻的串接点相连以采集所述串接点的电压；所述MCU与所述多路音频选择器相连以根据采集到的所述串接点的电压值控制所述多路音频选择器的音频通道切换。

2.根据权利要求1所述的实现车载外部音频通道自动切换的电路，其特征在于，所述微控制单元MCU与所述多路音频选择器通过I2C总线相连。

3.根据权利要求1所述的实现车载外部音频通道自动切换的电路，其特征在于，所述电路还包括第四滤波电容，所述第四滤波电容串接于所述三极管的集电极与地之间。

4.根据权利要求1所述的实现车载外部音频通道自动切换的电路，其特征在于，外部音频输出信号的右声道AUX_R端通过第一隔直电容和第一电阻与所述多路音频选择器一音频通道的右声道端相连；外部音频输出信号的左声道AUX_L端通过第二隔直电容和第二电阻与所述多路音频选择器一音频通道的左声道端相连。

5.根据权利要求1所述的实现车载外部音频通道自动切换的电路，其特征在于，所述三极管为NPN三极管。

6.一种实现车载外部音频通道自动切换的方法，其特征在于，应用在如权利要求1～5中任意一项权利要求所述的电路，包括如下步骤：

微控制单元MCU通过一输入接口采集所述串接点的电压；

所述MCU根据采集到的电压值控制多路音频选择器是否进行音频通道的切换。

7.根据权利要求6所述的实现车载外部音频通道自动切换的方法，其特征在于，所述MCU根据采集到的电压值控制多路音频选择器是否进行音频通道的切换，包括：

所述MCU判断采集到的电压值是否在预设范围之内，如果是，所述MCU保持当前播放通道，不进行音频通道的切换；如果不是，所述MCU进行音频通道切换。

8.根据权利要求7所述的实现车载外部音频通道自动切换的方法，其特征在于，所述MCU进行音频通道切换的方式为：所述MCU重新配置所述多路音频选择器的寄存器值，进行音频通道切换。

9.根据权利要求7所述的实现车载外部音频通道自动切换的方法，其特征在于，所述预设范围根据所述直流电源值设置。

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