CN111007774A - 一种多通道信号双向切换电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多通道信号双向切换电路和方法，包括主控芯片、光耦电路；光耦电路包括第一光耦电路、第二光耦电路和第三光耦电路；第一光耦电路的输入端、第二光耦电路的输入端、第三光耦电路的输入端均与主控芯片的输出端电连接；本发明通过增加多个光耦电路，使主控芯片控制不同的光耦电路执行切换不同信号线，从而实现音频信号的切换，同时减少音频设备的损坏和音频设备冲击声带来的噪音；逻辑简单，成本低且适用于批量生产。

Description

一种多通道信号双向切换电路和方法

技术领域

本发明音频信号领域，尤其涉及一种多通道信号双向切换电路和方法。

背景技术

一般而言，信号切换器用以于多台信号输入装置与信号输出装置(例如：各种不同的影音播放设备及显示设备)之间进行信号的切换动作。

传统的信号切换器在切换时，一般直接将信号线进行切换。信号线包括热信号线、冷信号线和地信号线。对于普通的音频信号切换而言，采用信号线直接切换，有可能导致地信号线没有接通而热信号线和冷信号线先接通了。热信号线和冷信号线先接通会导致功放内部电路不稳定，从而产生较大的冲击声。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种多通道信号双向切换方法，解决了现有技术中因为信号切换，而导致功放电路不稳定的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：第一方面，一种多通道信号双向切换电路，包括主控芯片、光耦电路；光耦电路包括第一光耦电路、第二光耦电路和第三光耦电路；第一光耦电路的输入端、第二光耦电路的输入端、第三光耦电路的输入端均与主控芯片的输出端电连接；待切换信号输入到主控芯片，主控芯片分别断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路，使第一光耦电路控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，使第二光耦电路控制公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通；接通后，主控芯片发送信号给第三光耦电路，使第三光耦电路控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；切换后，主控芯片发送信号给第一光耦电路，使第一光耦电路控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线断开。

可选的，包括放大电路和继电器；第一光耦电路的输出端、第二光耦电路的输出端、第三光耦电路的输出端分别与放大电路的输入端电连接；放大电路的输出端与继电器的输入端电连接；待切换信号输入到主控芯片，主控芯片分别断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路，第一光耦电路和第二光耦电路由于未有信号，与第一光耦电路和第二光耦电路电连接的放大电路也无电流，因此与放大电路电连接的继电器无电压输入，继电器将公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，继电器将公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通；接通后，主控芯片发送信号给第三光耦电路，第三光耦电路将信号转化为电流传输至放大电路，放大电路放大电流，传输至继电器，继电器将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；切换后，主控芯片发送信号给第一光耦电路，第一光耦电路将信号转化为电流传输至放大电路，放大电路放大电流，传输至继电器，继电器控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线断开。

可选的，第一光耦电路包括第一光电耦合器和电阻；第一光电耦合器的第一引脚与电阻电连接，第一光电耦合器的第二引脚与主控芯片电连接，第一光电耦合器的第三引脚接地，第一光电耦合器的第四引脚与放大电路电连接。

可选的，第二光耦电路包括第二光电耦合器和电阻；第二光电耦合器的第一引脚与电阻电连接，第二光电耦合器的第二引脚与主控芯片电连接，第二光电耦合器的第三引脚接地，第二光电耦合器的第四引脚与放大电路电连接。

可选的，第三光耦电路包括第三光电耦合器和电阻；第三光电耦合器的第一引脚与电阻电连接，第三光电耦合器的第二引脚与主控芯片电连接，第三光电耦合器的第三引脚接地，第三光电耦合器的第四引脚与放大电路电连接。

可选的，放大电路包括复合晶体管和电阻；第一光耦电路的输出端、第二光耦电路的输出端、第三光耦电路的输出端均与复合晶体管的输入端电连接，复合晶体管的输出端与继电器连接。

第二方面，一种多通道信号双向切换方法，包括如下步骤：

步骤1、主控芯片接收到切换动作指令；

步骤2、主控芯片控制第一通道、公用通道和第二通道的地信号线接通；

步骤3、主控芯片控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；

步骤4、主控芯片控制断开第一通道的地信号线。

可选的，步骤2包括如下步骤：

步骤21、主控芯片分别输出断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路；

步骤22、第一光耦电路与第二光耦电路由于未有信号，与第一光耦电路与第二光耦电路电连接的放大电路也无电流；

步骤23、与放大电路电连接的继电器无电压输入，继电器将公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，继电器将公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通。

可选的，步骤3包括如下步骤：

步骤31、主控芯片输出控制信号到第三光耦电路，使第三光耦电路导通；

步骤32、导通后的第三光耦电路输出电流，电流通过放大电路进行放大；

步骤33、放大后电流传输至继电器，继电器将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接。

可选的，步骤4包括如下步骤：

步骤41、主控芯片输出控制信号到第一光耦电路，使第一光耦电路导通；

步骤42、导通后的第一光耦电路输出电流，电流通过放大电路进行放大；

步骤43、放大后电流传输至继电器，继电器将第一通道的地信号线断掉。

与现有技术相比，本申请具有以下优点：本申请通过主控芯片控制先连接地信号线，再切换热信号线和冷信号线，最后断开多余的地信号线的方式来解决出现功放电路不稳定的问题，相对于传统的直接切换热信号线和冷信号线的方式相比，本申请不仅实现音频信号的切换，同时减少音频设备的损坏和音频设备冲击声带来的噪音；逻辑简单，成本低且适用于批量生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种多通道信号双向切换电路中的电路结构示意图；

图2为本发明一种多通道信号双向切换方法中流程示意图；

图3为本发明一种多通道信号双向切换电路中信号切换结构示意图；

附图标记：1主控芯片；2光耦电路；21第一光耦电路；22第二光耦电路；23第三光耦电路；3放大电路；4继电器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一单元实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施方式公开了一种多通道信号双向切换电路，包括主控芯片1、光耦电路2；光耦电路2包括第一光耦电路21、第二光耦电路22和第三光耦电路23；第一光耦电路21的输入端、第二光耦电路22的输入端、第三光耦电路23的输入端均与主控芯片1的输出端电连接。

具体的，主控芯片1的型号为STM32F070CBT6。STM32F0系列32位闪存微控制器(MCU)基于ARM CortexTM-M0核心；为嵌入式应用特别开发的核心。STMicroelectronics的STM32ARM CortexTMM处理器得益于Cortex-M0体系结构增强功能，包括数字信号处理、实时性能、低电压和低功率。ST

STM32 F0主流系列提供32位性能，且特别适用于小项目或平台决策，具有易于使用功能。

具体的，如图1所示，第一光耦电路21包括第一光电耦合器和电阻；第一光电耦合器的第一引脚与电阻电路连接，第一光电耦合器的第二引脚与主控芯片1电路连接，第一光电耦合器的第三引脚接地，第一光电耦合器的第四引脚与放大电路3电路连接。其中，第一光耦电路21用于控制公用通道地信号线和第一通道地信号线的吸合和断开；第一光电耦合器的第二引脚用于接收主控芯片1的控制信号，经过第一光电耦合器内部处理后通过第四引脚传送到放大电路3中。

具体的，如图1所示，第二光耦电路22包括第二光电耦合器和电阻；第二光电耦合器的第一引脚与电阻电路连接，第二光电耦合器的第二引脚与主控芯片1电路连接，第二光电耦合器的第三引脚接地，第二光电耦合器的第四引脚与放大电路3电路连接。其中，第二光耦电路22用于控制公用通道地信号线和第二通道地信号线的吸合和断开；第二光电耦合器的第二引脚用于接收主控芯片1的控制信号，经过第二光电耦合器内部处理后通过第四引脚传送到放大电路3中。

具体的，如图1所示，第三光耦电路23包括第三光电耦合器和电阻；第三光电耦合器的第一引脚与电阻电路连接，第三光电耦合器的第二引脚与主控芯片1电路连接，第三光电耦合器的第三引脚接地，第三光电耦合器的第四引脚与放大电路3电路连接。其中，第三光耦电路23用于控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；第三光电耦合器的第二引脚用于接收主控芯片1的控制信号，经过第三光电耦合器内部处理后通过第四引脚传送到放大电路3中。

光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器(红外线发光二极管LED)与受光器(光敏半导体管)封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电—光—电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。具体的，本申请中的光电耦合器的型号为TLP521-1。TLP521是可控制的光电耦合器件，用于电路之间的信号传输，使之前端与负载完全隔离，目的在于增加安全性，减少电路干扰，简化电路设计。

在一具体的实施例中，待切换信号输入到主控芯片1，主控芯片1分别断开发送信号给第一光耦21电路和第二光耦22电路，使第一光耦21电路控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，使第二光耦22电路控制公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通；接通后，主控芯片1发送信号给第三光耦电路23，使第三光耦电路23将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；切换后，主控芯片1发送信号给第一光耦电路21，使第一光耦电路21控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线断开。

请参阅图1，图1是本发明实施方式的一种多通道信号双向切换电路的结构示意图。本发明实施方式公开了一种多通道信号双向切换电路，包括主控芯片1、光耦电路2、放大电路3和继电器4；具体的，光耦电路2包括第一光耦电路21、第二光耦电路22和第三光耦电路23；第一光耦电路21的输入端、第二光耦电路22的输入端、第三光耦电路23的输入端均与主控芯片1的输出端电连接，第一光耦电路21的输出端、第二光耦电路22的输出端、第三光耦电路23的输出端分别与放大电路3的输入端电连接；放大电路3的输出端与继电器4的输入端电连接。如图3所示，为信号切换的结构示意图，其中：+代表热信号线；-代表冷信号线；G代表地信号线。

具体的，如图1所示，放大电路3包括复合晶体管和电阻；第一光耦电路21的输出端、第二光耦电路22的输出端、第三光耦电路23的输出端均与复合晶体管的输入端电连接，复合晶体管的输出端与继电器4连接。

在一具体的实施例中，放大电路3包括型号为ULN2003A的复合晶体管。ULN2003A是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003A输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003A输出端为高电平。由于ULN2003A是集电极开路输出，为了让这个二极管起到续流作用，必须将第二通道OM引脚(pin9)接在负载的供电电源上，只有这样才能够形成续流回路；在继电器4驱动电路中使用。

具体的，光耦电路2进行光电转化后将电流输出到放大电路3，放大电路3用于放大电流以驱动继电器4。光耦电路2的输出端与放大电路3的输入端电连接。其中，第一光电耦合器的第四引脚(OPT-GND-A)与ULN2003A复合晶体管的IN3端口连接，第二光电耦合器的第四引脚(OPT-GND-B)公用通道与ULN2003A复合晶体管的IN1端口连接，第三光电耦合器的第四引脚(OPT-SIG)与ULN2003A复合晶体管的IN5端口连接。用于控制第一通道和第二通道信号切换。

具体的，当继电器4的线圈不通电时，两刀分别与各自的常闭触点连接，线圈通电时，两刀同时切换与常开触点连接。

在一具体的实施例中，待切换信号输入到主控芯片1，主控芯片分别发送断开信号给第一光耦电路21和第二光耦电路22，第一光耦电路21由于没有信号输入，与第一光耦电路21电连接的放大电路3也无电流，因此与放大电路3电连接的继电器4无电压输入，继电器4断开吸合，继电器4将公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通；第二光耦电路22由于没有信号输入，与第二光耦电路22电连接的放大电路3也无电流，因此与放大电路3电连接的继电器4无电压输入，继电器4断开吸合，继电器4将公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通；接通后，主控芯片1发送信号给第三光耦电路23，第三光耦电路23将信号转化为电流传输至放大电路3，放大电路3放大电流，传输至继电器4，继电器4将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；切换后，主控芯片1发送信号给第一光耦电路21，第一光耦电路21将信号转化为电流传输至放大电路3，放大电路3放大电流，传输至继电器4，继电器4控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线断开。

请参阅图2，图2是本发明实施方式的一种多通道信号双向切换方法流程示意图。本发明实施方式公开了一种多通道信号双向切换方法，包括如下步骤：

步骤1、主控芯片1接收到切换动作指令；

步骤2、主控芯片1控制第一通道、公用通道和第二通道的地信号线接通；

步骤3、主控芯片1控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；

步骤4、主控芯片1控制断开第一通道的地信号线。

在一具体的实施例中，一种多通道信号双向切换的步骤为，当接收到需要切换动作指令时(如：摁下摁键或其他的切换动作)，首先主控芯片1控制第一通道、公共通道和第二通道的地信号线接通；地信号线接通后，再控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接上，最后通过主控芯片1控制断掉第一通道的地信号线，来实现信号的切换避免导致功放电路不稳定。由于地信号线先导通，这样操作使得切换后热信号线和冷信号线的信号切换更稳定，能有效地防止交流信号的干扰，从而防止产生噪声。

具体的，步骤2包括如下步骤：

步骤21、主控芯片分别输出断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路；

步骤22、第一光耦电路与第二光耦电路由于未有信号，与第一光耦电路与第二光耦电路电连接的放大电路3也无电流；

步骤23、与放大电路3电连接的继电器无电压输入，继电器将公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，继电器将公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通。

具体的，步骤3包括如下步骤：

步骤31、主控芯片输出控制信号到第三光耦电路，使第三光耦电路导通；

步骤32、导通后的第三光耦电路输出电流，电流通过放大电路3进行放大；

步骤33、放大后电流传输至继电器，继电器将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接。

具体的，步骤4包括如下步骤：

步骤41、主控芯片输出控制信号到第一光耦电路，使第一光耦电路导通；

步骤42、导通后的第一光耦电路输出电流，电流通过放大电路3进行放大；

步骤43、放大后电流传输至继电器，继电器将第一通道的地信号线断掉。

在一具体的实施例中，一种多通道信号双向切换的步骤为，当接收到需要切换动作指令时，首先主控芯片1断开输出信号指令到第一光耦电路21和第二光耦电路22，第一光耦电路与第二光耦电路由于未有信号，与第一光耦电路与第二光耦电路电连接的放大电路3也无电流；与放大电路3电连接的继电器无电压输入，因此第一继电器和第二继电器为常闭触点；从而实现第一通道、公共通道和第二通道的地信号线接通；地信号线接通后，主控芯片1再输出信号指令到第三光耦电路23，则第三光耦电路23中光敏半导体管导通，导通后第三光耦电路的电流通过放大电路3进行放大；使放大后的电流可以驱动负载继电器4动作，从而实现控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接上，最后通过主控芯片1输出信号指令到第一光耦电路21，则第一光耦电路21中光敏半导体管导通，导通后第一光耦电路的电流通过放大电路3进行放大，使放大后的电流可以驱动负载继电器4动作，从而控制断掉第一通道的地信号线，来实现信号的切换避免导致功放电路不稳定。由于地信号线先导通，这样操作使得切换后热信号线和冷信号线的信号切换更稳定，能有效地防止交流信号的干扰，从而防止产生噪声。

在一具体的实施例中，地信号线的连接、地信号线的断掉、热信号线切换和冷信号线切换的实现原理是一致的，首先通过光耦电路进行光电转换，转换后通过放大电路3进行电流放大，最后通过继电器4的线圈的通电，来实现信号线的各种状态转换。

综上，本申请通过主控芯片1控制先连接地信号线，再切换热信号线和冷信号线，最后断开多余的地信号线的方式来解决出现功放电路不稳定的问题，相对于传统的直接切换热信号线和冷信号线的方式相比，本申请不仅实现音频信号的切换，同时减少音频设备的损坏和音频设备冲击声带来的噪音；逻辑简单，成本低且适用于批量生产。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，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 (10)

1.一种多通道信号双向切换电路，其特征在于，包括主控芯片、光耦电路；所述光耦电路包括第一光耦电路、第二光耦电路和第三光耦电路；所述第一光耦电路的输入端、第二光耦电路的输入端、第三光耦电路的输入端均与主控芯片的输出端电连接；待切换信号输入到主控芯片，主控芯片分别断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路，使第一光耦电路控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，使第二光耦电路控制公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通；接通后，主控芯片发送信号给第三光耦电路，使第三光耦电路控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；切换后，主控芯片发送信号给第一光耦电路，使第一光耦电路控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线断开。

2.如权利要求1所示的一种多通道信号双向切换电路，其特征在于，还包括放大电路和继电器；所述第一光耦电路的输出端、第二光耦电路的输出端、第三光耦电路的输出端分别与放大电路的输入端电连接；放大电路的输出端与继电器的输入端电连接；待切换信号输入到主控芯片，主控芯片分别断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路，第一光耦电路和第二光耦电路由于未有信号，与第一光耦电路和第二光耦电路电连接的放大电路也无电流，因此与放大电路电连接的继电器无电压输入，继电器将公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，继电器将公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通；接通后，主控芯片发送信号给第三光耦电路，第三光耦电路将信号转化为电流传输至放大电路，放大电路放大电流，传输至继电器，继电器将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；切换后，主控芯片发送信号给第一光耦电路，第一光耦电路将信号转化为电流传输至放大电路，放大电路放大电流，传输至继电器，继电器控制公共通道的地信号线和第一通道的地信号线断开。

3.如权利要求1所示的一种多通道信号双向切换电路，其特征在于，所述第一光耦电路包括第一光电耦合器和电阻；所述第一光电耦合器的第一引脚与电阻电连接，所述第一光电耦合器的第二引脚与主控芯片电连接，所述第一光电耦合器的第三引脚接地，所述第一光电耦合器的第四引脚与放大电路电连接。

4.如权利要求1所示的一种多通道信号双向切换电路，其特征在于，所述第二光耦电路包括第二光电耦合器和电阻；所述第二光电耦合器的第一引脚与电阻电连接，所述第二光电耦合器的第二引脚与主控芯片电连接，所述第二光电耦合器的第三引脚接地，所述第二光电耦合器的第四引脚与放大电路电连接。

5.如权利要求1所示的一种多通道信号双向切换电路，其特征在于，所述第三光耦电路包括第三光电耦合器和电阻；所述第三光电耦合器的第一引脚与电阻电连接，所述第三光电耦合器的第二引脚与主控芯片电连接，所述第三光电耦合器的第三引脚接地，所述第三光电耦合器的第四引脚与放大电路电连接。

6.如权利要求2所述的一种多通道信号双向切换电路，其特征在于，所述放大电路包括复合晶体管和电阻；所述第一光耦电路的输出端、第二光耦电路的输出端、第三光耦电路的输出端均与复合晶体管的输入端电连接，所述复合晶体管的输出端与继电器连接。

7.一种多通道信号双向切换方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、主控芯片接收到切换动作指令；

步骤2、主控芯片控制第一通道、公用通道和第二通道的地信号线接通；

步骤3、主控芯片控制公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接；

步骤4、主控芯片控制断开第一通道的地信号线。

8.如权利要求7所述的一种多通道信号双向切换方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤21、主控芯片分别输出断开发送信号给第一光耦电路和第二光耦电路；

步骤22、第一光耦电路与第二光耦电路由于未有信号，与第一光耦电路与第二光耦电路电连接的放大电路也无电流；

步骤23、与放大电路电连接的继电器无电压输入，继电器将公共通道的地信号线和第一通道的地信号线接通，继电器将公共通道的地信号线和第二通道的地信号线接通。

9.如权利要求7所述的一种多通道信号双向切换方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

步骤31、主控芯片输出控制信号到第三光耦电路，使第三光耦电路导通；

步骤32、导通后的第三光耦电路输出电流，电流通过放大电路进行放大；

步骤33、放大后电流传输至继电器，继电器将公共通道与第一通道热信号线和冷信号线的连接切换到与第二通道热信号线和冷信号线的连接。

10.如权利要求7所述的一种多通道信号双向切换方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：

步骤41、主控芯片输出控制信号到第一光耦电路，使第一光耦电路导通；

步骤42、导通后的第一光耦电路输出电流，电流通过放大电路进行放大；

步骤43、放大后电流传输至继电器，继电器将第一通道的地信号线断掉。

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