帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器

1、帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器摘要：本項(xiàng)目主要實(shí)現(xiàn)帶嘯叫檢測與抑制的音頻功率放大器，完成對臺式麥克 風(fēng)音頻信號進(jìn)行放大，通過功率放大電路送喇叭輸出。本系統(tǒng)采用STM32主控 制器，圍繞TI的功率放大器TPA3112D1芯片，搭建拾音、濾波、放大、嘯叫檢 測、嘯叫抑制等電路模塊，并對信號進(jìn)行數(shù)字化濾波處理，實(shí)現(xiàn)了對音頻信號的 采集和播放功能。關(guān)鍵詞：STM32, TPA3112D1,嘯叫Abstract: This project is developed a howls detection and suppression of audio power amplifier which used

2、 to amplify the desktopmicrophone audio signal and output by the speaker.The hardware system is included the STM32 micro controller unit,a TPA3112D1 power amplifier chip,audio-pickup, filtering,amplification,howls detection and howls suppression circuit module. The software systme is used the digita

3、l filter algorithm. The circuit is realized the function of audio signal acquisition and play .Keywords : STM32, TPA3112D1, howls系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1.原理題目要求用基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1,設(shè)計(jì)并制作一個(gè)帶嘯叫 檢測與抑制功能的音頻放大器，完成對臺式麥克風(fēng)音頻信號進(jìn)行放大，通過功率 放大電路送喇叭輸出。電路示意圖如圖1-1所示。嘯叫檢功率放大電路a拾音電路圖1-2圖1-1控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)由拾音模塊、功放模塊、濾波模塊、嘯叫檢測和抑制等模塊構(gòu)成?？?

4、制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1-2所示。方案論證經(jīng)過分析和論證，帶嘯叫檢測與抑制功能的音頻放大器可由拾音電路、可控 增益放大電路、帶通濾波電路，嘯叫檢測電路、嘯叫抑制電路、LCD顯示電路， 功率放大電路和主控制器模塊組成，其中功率放大電路選取比賽指定芯片 TPA3112D1。拾音電路方案論證LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電 源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)用于錄 音機(jī)和收音機(jī)之中。它是一個(gè)三級放大電路，第一級為差分放大電路，第二級為 共射放大電路，第三級中可以消除交越失真。另外，選頻網(wǎng)絡(luò)和放大電路組成正 弦振蕩電路，電路結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟(jì)

5、方便，但是有不足，選頻性能較差，頻率調(diào)節(jié) 不方便，且提高正弦振蕩電路的振蕩頻率就必須減少R和C的數(shù)值，這就會影響 到放大電路部分，所以其頻率有限，一般是幾赫茲到幾千赫茲之間，足以滿足題 目基本要求。利用以上的LM386，駐極體話筒，揚(yáng)聲器，選頻網(wǎng)絡(luò)等，即可設(shè)計(jì)一個(gè)將 聲音信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)放大后，由揚(yáng)聲器恢復(fù)放大的聲音信號?？煽卦鲆娣糯箅娐贩桨刚撟CLM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其可接單 電源使用（330V），也可以接雙電源使用（正負(fù)1.5V正負(fù)15V），不需要調(diào) 零，具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因 此被選用搭建各種濾波電路。另外

6、，可控增益芯片型號眾多，本隊(duì)在平時(shí)訓(xùn)練過程中常用LM324，可通 過滑動變阻器來控制LM324實(shí)現(xiàn)二級增益調(diào)節(jié)，并且其外圍元件少，電路簡單。帶通濾波電路方案論證結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)測試，本系統(tǒng)中的嘯叫抑制電路采用由LM324搭建的有源 200Hz10KHz帶通濾波器組成。嘯叫檢測電路方案論證采用STM32 MCU片內(nèi)集成的12 bitAD控制器，對電路中的輸入信號進(jìn)行 采集，并通過數(shù)字濾波算法識別出輸入信號中的嘯叫信號；當(dāng)檢測出嘯叫信號 后，STM32 MCU會通過啟動繼電器的方式接通嘯叫抑制電路。嘯叫抑制電路方案論證結(jié)合理論和實(shí)驗(yàn)測試，本系統(tǒng)中的嘯叫抑制電路采用由LM324搭建的7KHz，帶寬為1

7、KHz的有源帶阻濾波器組成。主控制模塊方案論證選用STM32 MCU對系統(tǒng)進(jìn)行控制。STM32 MCU主要完成以下功能。接收用戶的按鍵信息，分別選擇演示功能以及控制放大器增益及帶寬， 并將增益和帶寬信息顯示在TFT液晶屏幕上。使用片內(nèi)12bit的AD對嘯叫信號進(jìn)行檢測采集。 使用GPIO 口對嘯叫控制電路進(jìn)行控制。電源芯片方案論證由圖1-2可知，本方案使用的電源分別有5v、+/-6v和12v。其中12v電源 由指定的12v直流穩(wěn)壓電源提供。正負(fù)6v電源對于大多數(shù)的OTL功放類器件而言，其內(nèi)部一般都設(shè)置了對稱的偏置電路 結(jié)構(gòu)，這就使其輸出端的直流電位近似為電源電壓的一半；根據(jù)上述原理，本方案中采

8、用集成功放將單電源轉(zhuǎn)換成為大小相等的雙極性正、負(fù)電源，具體電路圖如圖4-1所示。5v電源流驅(qū)動能力以及穩(wěn)定的電壓輸出性能。采用三端穩(wěn)壓集成芯片LM7805,將12V電壓降壓、穩(wěn)壓后給STM32 MCU _系統(tǒng)供“嘯叫”產(chǎn)生的四個(gè)原因：過載量，距離，角度，頻率。其消除反饋嘯叫 要從產(chǎn)生反饋嘯叫的必要條件入手，只要能破壞其中一個(gè)條件，就可達(dá)到目的。解決方案有如下四種方法。12345系統(tǒng)方案中采調(diào)整距離法頻率均衡法（寬帶陷波法）反饋抑制器法（窄帶陷波法）反相抵消法調(diào)相法統(tǒng)方案中采用第3種方法對嘯叫進(jìn)行抑制。硬件設(shè)計(jì)1.電源電路事實(shí)上，由于內(nèi)容參數(shù)的離散型以及自舉電路結(jié)構(gòu)的影響，集成功放輸出 端的電壓

9、并不是絕對的VCC/2，從而造成正、負(fù)輸出電壓不平衡的現(xiàn)象。對此 我們需要將一只10-100KQ的電位器串聯(lián)在正負(fù)電源之間，并把LM386第3腳 輸入端接到電位器的中間抽頭，而第2腳保持懸空。就可以在芯片的輸出端得 到大小非常緊接的正負(fù)電壓值了。電源電路圖如圖4-1所示。圖4-12.拾音電路拾音電路的核心是LM386功放集成電路，如下圖4-2所示。LM386的1、8 腳間接上一只可調(diào)電阻RP （即下圖中R5）和一個(gè)10uF的電容器C6組成串聯(lián) RC網(wǎng)絡(luò)，用來調(diào)節(jié)LM386的放大倍數(shù)，當(dāng)R5阻值為零時(shí)，LM386的放大倍數(shù) 最大（200倍）。若要使功放的聲音柔和些，可在LM386的5腳與地之間串

10、接 一只電容器C4與一只電阻R4。而在7腳與地之間接的47uF電容器C5可防止 LM386自激。圖4-2嘯叫抑制電路圖4-3五.軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)程序流程圖如下圖5-1所示。其中嘯叫檢測和嘯叫抑制的處理流程如圖 5-1中函數(shù)功能2部分所示。使用STM32 MCU作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，系統(tǒng)啟動后自動采集當(dāng)前測試 環(huán)境的噪聲值，作為嘯叫檢測時(shí)的閾值基準(zhǔn)。此后STM32 MCU可接收用戶按鍵 信息使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)測試功能選擇并實(shí)時(shí)顯示預(yù)置增益、帶寬和噪聲波形等功能。開始變量初始化及端口設(shè)置繪制歡迎界面主程序按鍵中斷服務(wù)程序繪制功能函數(shù)的 背景界面開定時(shí)器階級數(shù)據(jù)是功能函數(shù)功能函數(shù)圖5-1系統(tǒng)程序流程圖六.測試

11、方案與測試結(jié)果測試儀器12v穩(wěn)壓電源、萬用表、信號發(fā)生器、USB音箱。測試方案測試方法：用函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生頻率200Hz、1KHz、7KHz、10Khz和15KHz， 有效值分別為200mv、1v和2v正弦波送入進(jìn)行測量。測試條件：負(fù)載為指定喇叭。測試結(jié)果輸入信 號有效值預(yù)置增益輸出信 號有效值直流偏移波形質(zhì)量增益誤差200mv70DB7.50V-1.4-1.3V無明顯失 真5.1%1KHz60DB10.10V20mv無失真1.0%7KHz40DB9.93V-30-40mv無失真0.7%10KHz20DB9.99V90mv100mv無失真0.1%測試心得在實(shí)際制作中采用下述方法減少干擾，避免自激

12、.測試時(shí)，話筒與揚(yáng)聲器不能考得太近，否則會嘯叫，而話筒的引出線最好用 屏避線。將輸入部分和增益控制部分加入屏蔽盒中，以避免級間干擾和高頻自激。將整個(gè)運(yùn)放用很寬的地線包圍，以吸收高頻信號，減少噪聲，在增益控制部 分和后級功率放大部分也都采用了此方法。在功率放大級，這種方法可以有效地 避免高頻輻射。各模塊之間采用同軸電纜連接。采用0歐姆電阻隔離數(shù)字電路和模擬電路。附：1.麥克風(fēng)產(chǎn)品說明：金屬噴漆圖層搭配磨砂工藝，色澤亮麗，耐磨損。全指向式設(shè)計(jì)，打造超強(qiáng)拾音能力，保證聲音清晰流暢。2.2米皮質(zhì)抗拉伸導(dǎo)線，環(huán)保柔韌防纏繞。背景噪聲消除技術(shù)使得錄音音質(zhì)清晰，達(dá)到完美音質(zhì)。為大型會議，網(wǎng)絡(luò)K歌，視頻聊天等場合而設(shè)計(jì)，配置防滑底座， 使用方便。0 9.7*6.7mm2.2KQ-58dB0 3.5mm-3dB at 1.5V4.5Vmore than 60dB性能參數(shù)：咪頭尺寸/Mic Dimensions阻抗/Impedance靈敏度/(S.PL)插頭