音量音調(diào)調(diào)節(jié)功放

1、 音量、音調(diào)調(diào)節(jié)功放 2012級(jí)應(yīng)用電子工程實(shí)踐 I音量音調(diào)調(diào)節(jié)功放專業(yè)：電子信息工程年級(jí)：2012級(jí)應(yīng)用電子組員：陳賢(2012021091)、申聰聰(2012021168)指導(dǎo)老師：王建波、徐承成2014年2月18日第14頁(yè)音量、音調(diào)調(diào)節(jié)功放摘要本電路是一套以STC89C52單片機(jī)作為控制核心，控制PT2314數(shù)字音頻控制處理芯片的音頻音色處理電路。PT2314是一個(gè)采用CMOS工藝技術(shù)設(shè)計(jì)的四聲道音質(zhì)處理器IC芯片,芯片內(nèi)部包含音量、低音、高音、通道均衡、前/后級(jí)衰減和響度處理；PT2314的所有功能均可以有I2C的形式由單片機(jī)STC89C52來(lái)控制完成，由程序控制完成多變的功能。設(shè)計(jì)采

2、用了液晶顯示功能，其豐富的菜單選擇，使整個(gè)操作過(guò)程更為人性化和可視化。后級(jí)使用LM1875為功放芯片，其在音頻應(yīng)用場(chǎng)合提供非常底的失真度和高質(zhì)量的音色，還有高增益、快轉(zhuǎn)換速率、大輸出電壓擺幅、大電流能力和非常寬的電源范圍等特性。 關(guān)鍵詞: PT2314、LM1875、音量音調(diào)調(diào)節(jié)、STC89C52目錄引言41系統(tǒng)方案 41.1音量音調(diào)調(diào)節(jié)模塊的論證與選擇 41.2功率放大模塊的論證與選擇 51.3麥克風(fēng)前置放大模塊的選擇51.4 LCD顯示模塊的論證與選擇 5 1.4電源模塊的論證與選擇 6 1.5單片機(jī)控制模塊的

3、論證與選擇62電路與程序設(shè)計(jì) 72.1電路的設(shè)計(jì)72.1.1系統(tǒng)總體框圖 72.1.2音量音調(diào)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 72.1.3 功率放大子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 92.1.4電源 102.1.5麥克風(fēng)前置放大電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 102.2程序的設(shè)計(jì) 102.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路 102.2.2程序流程圖 113測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 123.1測(cè)試方案：123.2 測(cè)試儀器：123.3 測(cè)試結(jié)果123.3.1測(cè)試結(jié)果(數(shù)據(jù)) 123.3.

4、2測(cè)試分析與結(jié)論 13引言功率放大器是把來(lái)自音源或前級(jí)放大器的弱信號(hào)放大,推動(dòng)音箱放聲。目前市場(chǎng)上大部分功放的音響效果控制是模擬的,無(wú)法調(diào)節(jié)具體的參數(shù)。本文設(shè)計(jì)一套數(shù)字控制功放,能把音量、音調(diào)以及響度準(zhǔn)確地調(diào)整到所需參數(shù),達(dá)到最佳聽覺要求。系統(tǒng)框圖系統(tǒng)主要包括單片機(jī)控制模塊和數(shù)字控制模塊兩大類,單片機(jī)控制模塊主要包括液晶電路和按鍵電路。通過(guò)鍵盤可以控制音量、音調(diào)的大小以及系統(tǒng)設(shè)置等。數(shù)字控制模塊主要實(shí)現(xiàn)數(shù)字音頻信號(hào)的前期數(shù)字聲場(chǎng)處理,由用戶通過(guò)編程控制音量、音調(diào)、響度等參數(shù),再將處理后的數(shù)字音頻信號(hào)送入后級(jí)音頻功率放大電路進(jìn)行功率放大。1系統(tǒng)方案 本系統(tǒng)主要由功率放大模塊、

5、控制系統(tǒng)模塊、音量音調(diào)調(diào)節(jié)模塊、麥克風(fēng)前置放大模塊、電源模塊組成，下面分別論證這幾個(gè)模塊的選擇。 1.1音量音調(diào)調(diào)節(jié)模塊的論證與選擇 方案一：采用分立元件前置放大與音量調(diào)節(jié) 前置電路用來(lái)實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗的要求。有運(yùn)放組成的同相放大器具有輸入阻抗高，輸出阻抗低的特點(diǎn)。 音量調(diào)節(jié)靠串聯(lián)的電位器改變串聯(lián)電阻的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。音調(diào)調(diào)節(jié) 由RC選頻網(wǎng)絡(luò)和集成運(yùn)放組成，實(shí)際上是一個(gè)高低通選頻網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)控制高低頻信號(hào)的增益來(lái)升降高、低音信號(hào)?？刂圃鲆婧头答伒拇笮】蛇M(jìn)行高低音調(diào)節(jié)。采用此方案成本較低，但是前后級(jí)（小功率部分和后級(jí)的大功率部分）的匹配很困難。還有功放效

6、率的提高。最大的困難在于功放級(jí)輸入的控制 。操作起來(lái)也不易實(shí)現(xiàn)。方案二：采用集成芯片SN4823其帶有高低音可控和音量調(diào)節(jié)的AB類音頻功放芯片且具有電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。SN4823作為立體聲音頻功放支持高低音控制和單聲道音量獨(dú)立控制。而且其工作電壓較低為3V-5V，還有靜音和過(guò)熱保護(hù)功能，但是其只能提供2.8W的功率達(dá)不到要求。 方案三：采用集成芯片PT23414實(shí)現(xiàn)。具有四組立體聲輸入，兩聲道輸出。輸入帶響度的數(shù)字控制立體聲音質(zhì)處理器，IIC控制，工作電壓6V-10V 。PT2313前置左右輸出可做左右主聲道，環(huán)繞左右輸出可合并后連接低通電路作為重低音聲道，MCU通過(guò)軟件調(diào)節(jié)左右環(huán)繞即

7、可實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)重低音。具有電路簡(jiǎn)單，容易調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。其不足之處就是需要外接功放。綜合以上三種方案，選擇方案三。 1.2功率放大模塊的論證與選擇 方案一： 采用分立元件作為功率放大。一般分為輸入級(jí)、激勵(lì)級(jí)、功率輸出級(jí)，此外還有位穩(wěn)定工作而設(shè)置的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)和各種補(bǔ)償電路。輸入級(jí)采用差分對(duì)管放大，一般引入一定量的負(fù)反饋增加穩(wěn)定性和降噪，激勵(lì)級(jí)給功率輸出級(jí)提供足夠的激勵(lì)電流級(jí)穩(wěn)定的靜態(tài)偏壓，輸出級(jí)主要是電流放大作用，向揚(yáng)聲器提供足夠的激勵(lì)電流。分立元件制作的功放具有成本價(jià)底元器件易于找到等優(yōu)點(diǎn)，但是其電路比較復(fù)雜而且不易調(diào)試！方案二：雙運(yùn)放AD827。這枚是AD公司的較新產(chǎn)品

8、，它原本是為視頻電路設(shè)計(jì)的，所以它的增益帶寬達(dá)50MHZ，SR達(dá)到300V/us，它與EL2244一樣都是目前市場(chǎng)上電壓反饋型雙運(yùn)放的頂級(jí)貨，一般的運(yùn)放難望其項(xiàng)背。其高頻經(jīng)營(yíng)剔透，低頻彈跳感優(yōu)越，其性能指標(biāo)與實(shí)際聽感全面勝過(guò)其他很多同類產(chǎn)品，音質(zhì)被一些人形容為無(wú)懈可擊。且在正負(fù)5V的供電下仍有優(yōu)異的性能。但其價(jià)格較昂貴。 方案三：采用集成芯片LM1875作為音頻放大，在使用時(shí)需要添加的外圍電路較少，便于布局而且有完善的過(guò)載保護(hù)功能，體積小巧，外圍電路簡(jiǎn)單，且輸出功率較大，還有就是價(jià)格便宜。有單雙電源兩種接法，本次工程實(shí)踐我們組采用單電源供電的OTL接法。綜合以上三種方案，選擇方案三。

9、 1.3麥克風(fēng)前置放大模塊的選擇麥克風(fēng)前置放大采用分立元件9013對(duì)麥克風(fēng)信號(hào)進(jìn)行放大，使用差分放大電路。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且價(jià)格便宜。差分放大電路：按輸入輸出方式分：有雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出和單端輸入單端輸出四種類型。為了簡(jiǎn)化電路，故使用單端輸入單端輸出。1.4 LCD顯示模塊的論證與選擇 方案一：通過(guò)主控制器STC89C52實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵，采用1602字符液晶顯示菜單界面，并在檢測(cè)按鍵后在屏幕上顯示相應(yīng)的功能及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)有效交互。1602字符液晶能夠同時(shí)顯示兩行32個(gè)字符，16個(gè)引腳。引腳多，且顯示字符少，只能顯示英文。方案二：采用美信公司

10、的MAX7219是一款串行共陰極數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示的驅(qū)動(dòng)芯片，其峰值段電流可達(dá)到40mA最高串行掃描頻率10MHz，典型掃描頻率為1.3MHz，僅用3線串行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機(jī)接口，用戶可以方便地修改其內(nèi)部參數(shù)以實(shí)現(xiàn)多位LED顯示。它內(nèi)含硬件動(dòng)態(tài)掃描顯示控制電路，每片芯片可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰LED。點(diǎn)是控制比較簡(jiǎn)單，而且串行顯示只占用很少的I/O口。但是LED顯示比較的單調(diào)，而且每一次顯示的數(shù)據(jù)有限方案三：采用諾基亞5110液晶。通過(guò)主控制器STC89C52實(shí)時(shí)檢測(cè)按鍵，利用5110液晶顯示菜單界面，并在檢測(cè)按鍵后在屏幕上顯示相應(yīng)的功能及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)有效交互。有六個(gè)引腳，能顯示中英

11、文，以及圖形。綜合以上三種方案，選擇方案三。 1.4電源模塊的論證與選擇  方案一：采用開關(guān)電源開關(guān)電源是利用現(xiàn)在電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。與線性電源相比PWM開關(guān)電源更為有效的工作過(guò)程是通過(guò)“斬波”，即吧輸入的直流電壓斬成幅值等于輸入電壓幅值的脈沖電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的。脈沖的占空比有開關(guān)電源的控制器來(lái)調(diào)節(jié)。一旦輸入電壓被斬成方波，其幅值就可以通過(guò)占空比的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓的幅值。而且其效率高，但是 其電路較復(fù)雜，而且不易調(diào)試。  方案二：采

12、用三端穩(wěn)壓集成78XX，其電路簡(jiǎn)單，所得電壓穩(wěn)定。利用該方法方便簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠，可以達(dá)到要求。綜合以上二種方案，選擇方案二。 1.5單片機(jī)控制模塊的論證與選擇方案一：采用MSP430，MSP430單片機(jī)是TI公司1996年開始推向市場(chǎng)的超低功耗微處理器，另外他還集成了很多模塊功能，從而使得用一片MSP430 芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大縮小了產(chǎn)品的體積與成本。在結(jié)構(gòu)上MSP430系列單片機(jī)集成了一部計(jì)算機(jī)的各個(gè)基本組成部分。雖然其工作原理與普通微機(jī)并無(wú)差異，但MSP430系列單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上更加突出了體積小、功能強(qiáng)、面向控制的特點(diǎn)，具有很高的性能價(jià)格比。

13、60;而且具有豐富的寄存器資源、強(qiáng)大的處理控制能力和靈活的操作方式。但是其編程不能對(duì)單一的IO口進(jìn)行操作，而且將其用于此電路有點(diǎn)大材小用。方案二：采用STC89C52單片機(jī)，STC89C52單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的CMOS 8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程存儲(chǔ)器。具有I2C通信協(xié)議，而且可對(duì)單一IO進(jìn)行操作，編程容易很適合本次試驗(yàn)。綜上兩個(gè)方案的比較，故選用方案二。2電路與程序設(shè)計(jì) 2.1電路的設(shè)計(jì)2.1.1系統(tǒng)總體框圖 基于單片機(jī)的數(shù)控音頻功率放大器，采用PT2314進(jìn)行增益的控制，用單片機(jī)通過(guò)對(duì)I2C總線的控制實(shí)現(xiàn)對(duì)

14、PT2314芯片的功能的控制，很好地實(shí)現(xiàn)了增益放大。達(dá)到用數(shù)字的方法控制模擬電路的目的。系統(tǒng)總體框圖如圖一所示， 圖一   系統(tǒng)總體框圖 2.1.2音量音調(diào)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)框圖與電路原理圖  1.音量音調(diào)調(diào)節(jié)模塊子系統(tǒng)框圖   按鍵選擇調(diào)節(jié)單片機(jī)（I2C）音頻輸出PT2314音頻輸入圖二 音量音調(diào)調(diào)節(jié)模塊子系統(tǒng)框圖 音量音調(diào)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)電路  原理分析：PT2314 四組立體聲輸入，兩聲道輸出。輸入帶響度的數(shù)字控制立體聲音質(zhì)處理器，I2C控制，6V-10V。提供可選擇的輸入增益和外部響度功能，

15、并且由微處理器串行I2C總線介面控制。主要功能如下：     使用CMOS技術(shù)     輸入多路復(fù)用：4個(gè)立體聲輸入對(duì)不同的音源具有最佳適應(yīng)的可選擇的輸入增益     帶響度功能，高音，低音控制     音量控制（每級(jí)1.25dB）     高音和低音控制     二個(gè)喇叭衰減器：二個(gè)獨(dú)立的揚(yáng)聲器均

16、衡和音量控制裝置獨(dú)立的靜音功能     通過(guò)串性I2C總線可實(shí)現(xiàn)所有功能的程序化。圖三  音量音調(diào)調(diào)節(jié)子系統(tǒng)電路 2.1.3 功率放大子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 功率放大子系統(tǒng)框圖  音頻輸出LM1875功率放大PT2314音頻輸出圖四  功率放大子系統(tǒng)框圖功率放大子系統(tǒng)電路  原理分析：LM1875是一個(gè)集成的功率放大器，它能提供非常低的失真和高性能，非常適合消費(fèi)級(jí)的音頻應(yīng)用。一針腳為信號(hào)正極輸入 二針腳為信號(hào)負(fù)極輸入三針腳接地

17、 四針腳電源正極輸入 五針腳為信號(hào)輸出 LM1875制作功放電路如下LM1875采用TO-220封裝結(jié)構(gòu)，形如一只中功率管，體積小巧，外圍電路簡(jiǎn)單，且輸出功率較大。圖五   功率放大子系統(tǒng)電路 2.1.4電源 電源由濾波部分、穩(wěn)壓部分組成。為整個(gè)系統(tǒng)提供5V或者9V電壓，確保電路的正常穩(wěn)定工作。這部分電路比較簡(jiǎn)單，都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)，故不作詳述。 圖六  功率放大子系統(tǒng)電路2.1.5麥克風(fēng)前置放大電路子系統(tǒng)框圖與電路原理圖 圖七   功率放大子

18、系統(tǒng)電路2.2程序的設(shè)計(jì) 2.2.1程序功能描述與設(shè)計(jì)思路 程序功能描述  ：根據(jù)題目要求軟件部分主要實(shí)現(xiàn)鍵盤的設(shè)置和顯示。 鍵盤實(shí)現(xiàn)功能：設(shè)置頻率值、頻段、電壓值以及設(shè)置輸出信號(hào)類型。 2）顯示部分：顯示電壓值、頻段、步進(jìn)值、信號(hào)類型、頻率。 程序設(shè)計(jì)思路：  數(shù)控音頻功率放大器的軟件設(shè)計(jì)，分三個(gè)模塊，即按鍵掃描模塊、LCD顯示模塊及按鍵處理模塊。其中按鍵掃描模塊中通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)，來(lái)讀取鍵值。而顯示模塊則根據(jù)鍵盤掃描的結(jié)果進(jìn)行屏幕的更換。2.2.2程序流程圖 1.主程序流程圖  2、 按鍵掃描子程序流程圖   開始是否有按鍵按下否結(jié)束 是延時(shí)按鍵是否彈起結(jié)束是3、 液晶顯示子程序流程圖  開始是否有功能切換否 是根據(jù)要調(diào)節(jié)的功能顯示不同的顯示界面結(jié)束3測(cè)試方案與測(cè)試結(jié)果 3.1測(cè)試方案：在電源電壓在20V的情況下，用DDS在音頻輸入端給電路輸入信號(hào)，用