音量音调调节功放

2012级应用电子工程实践
音
量
音
调
调
节
功
放
专业：
电子信息工程
年级：
2012级应用电子
组员：
陈贤(2012021091)、申聪聪
(2012021168)
指导老师：
王建波、徐承成
2014年2月18日
音量、音调调节功放
摘要
本电路是一套以STC89C52单片机作为控制核心，控制PT2314数字音频控制处理芯片的音频音色处理电路。

PT2314是一个采用CMOS工艺技术设计的四声道音质处理器IC芯片,芯片内部包含音量、低音、高音、通道均衡、前/后级衰减和响度处理；PT2314的所有功能均可以有I2C的形式由单片机STC89C52来控制完成，由程序控制完成多变的功能。

设计采用了液晶显示功能，其丰富的菜单选择，使整个操作过程更为人性化和可视化。

后级使用LM1875为功放芯片，其在音频应用场合提供非常底的失真度和高质量的音色，还有高增益、快转换速率、大输出电压摆幅、大电流能力和非常宽的电源范围等特性。

关键词: PT2314、LM1875、音量音调调节、STC89C52
目录
引言 (5)
1系统方案 (5)
1.1．音量音调调节模块的论证与选择 (5)
1.2．功率放大模块的论证与选择 (6)
1.3．麦克风前置放大模块的选择 (6)
1.4． LCD显示模块的论证与选择 (6)
1.4．电源模块的论证与选择 (7)
1.5．单片机控制模块的论证与选择 (7)
2．电路与程序设计 (8)
2.1．电路的设计 (8)
2.1.1．系统总体框图 (8)
2.1.2音量音调调节子系统框图与电路原理图 (8)
2.1.3 功率放大子系统框图与电路原理图 (10)
2.1.4电源 (11)
2.1.5麦克风前置放大电路子系统框图与电路原理图 (11)
2.2程序的设计 (11)
2.2.1程序功能描述与设计思路 (11)
2.2.2程序流程图 (12)
3测试方案与测试结果 (13)
3.1测试方案： (13)
3.2 测试仪器： (13)
3.3 测试结果 (13)
3.3.1测试结果(数据) (13)
3.3.2测试分析与结论 (14)
引言
功率放大器是把来自音源或前级放大器的弱信号放大,推动音箱放声。

目前市场上大部分功放的音响效果控制是模拟的,无法调节具体的参数。

本文设计一套数字控制功放,能把音量、音调以及响度准确地调整到所需参数,达到最佳听觉要求。

系统框图系统主要包括单片机控制模块和数字控制模块两大类,单片机控制模块主要包括液晶电路和按键电路。

通过键盘可以控制音量、音调的大小以及系统设置等。

数字控制模块主要实现数字音频信号的前期数字声场处理,由用户通过编程控制音量、音调、响度等参数,再将处理后的数字音频信号送入后级音频功率放大电路进行功率放大。

1系统方案
本系统主要由功率放大模块、控制系统模块、音量音调调节模块、麦克风前置放大模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

1.1．音量音调调节模块的论证与选择
方案一：采用分立元件
前置放大与音量调节
前置电路用来实现高输入阻抗的要求。

有运放组成的同相放大器具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。

音量调节靠串联的电位器改变串联电阻的方法来实现。

音调调节
由RC选频网络和集成运放组成，实际上是一个高低通选频网络，通过控制高低频信号的增益来升降高、低音信号。

控制增益和反馈的大小可进行高低音调节。

采用此方案成本较低，但是前后级（小功率部分和后级的大功率部分）的匹配很困难。

还有功放效率的提高。

最大的困难在于功放级输入的控制。

操作起来也不易实现。

方案二：采用集成芯片SN4823其带有高低音可控和音量调节的AB类音频功放芯片且具有电路简单的特点。

SN4823作为立体声音频功放支持高低音控制和单声道音量独立控制。

而且其工作电压较低为3V-5V，还有静音和过热保护功能，但是其只
能提供2.8W的功率达不到要求。

方案三：采用集成芯片PT23414实现。

具有四组立体声输入，两声道输出。

输入带响度的数字控制立体声音质处理器，IIC控制，工作电压6V-10V 。

PT2313前置左右输出可做左右主声道，环绕左右输出可合并后连接低通电路作为重低音声道，MCU 通过软件调节左右环绕即可实现调节重低音。

具有电路简单，容易调节的特点。

其不足之处就是需要外接功放。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2．功率放大模块的论证与选择
方案一：采用分立元件作为功率放大。

一般分为输入级、激励级、功率输出级，此外还有位稳定工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路。

输入级采用差分对管放大，一般引入一定量的负反馈增加稳定性和降噪，激励级给功率输出级提供足够的激励电流级稳定的静态偏压，输出级主要是电流放大作用，向扬声器提供足够的激励电流。

分立元件制作的功放具有成本价底元器件易于找到等优点，但是其电路比较复杂而且不易调试！
方案二：双运放AD827。

这枚是AD公司的较新产品，它原本是为视频电路设计的，所以它的增益带宽达50MHZ，SR达到300V/us，它与EL2244一样都是目前市场上电压反馈型双运放的顶级货，一般的运放难望其项背。

其高频经营剔透，低频弹跳感优越，其性能指标与实际听感全面胜过其他很多同类产品，音质被一些人形容为无懈可击。

且在正负5V的供电下仍有优异的性能。

但其价格较昂贵。

方案三：采用集成芯片LM1875作为音频放大，在使用时需要添加的外围电路较少，便于布局而且有完善的过载保护功能，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大，还有就是价格便宜。

有单双电源两种接法，本次工程实践我们组采用单电源供电的OTL 接法。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.3．麦克风前置放大模块的选择
麦克风前置放大采用分立元件9013对麦克风信号进行放大，使用差分放大电路。

其结构简单而且价格便宜。

差分放大电路：按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。

为了简化电路，故使用单端输入单端输出。

1.4．LCD显示模块的论证与选择
方案一：通过主控制器STC89C52实时检测按键，采用1602字符液晶显示菜单界面，并在检测按键后在屏幕上显示相应的功能及实时数据，实现人机有效交互。

1602
字符液晶能够同时显示两行32个字符，16个引脚。

引脚多，且显示字符少，只能显示英文。

方案二：采用美信公司的MAX7219是一款串行共阴极数码管动态扫描显示的驱动芯片，其峰值段电流可达到40mA最高串行扫描频率10MHz，典型扫描频率为1.3MHz，仅用3线串行接口传送数据，可直接与单片机接口，用户可以方便地修改其内部参数以实现多位LED显示。

它内含硬件动态扫描显示控制电路，每片芯片可同时驱动8位共阴LED。

点是控制比较简单，而且串行显示只占用很少的I/O口。

但是LED 显示比较的单调，而且每一次显示的数据有限
方案三：采用诺基亚5110液晶。

通过主控制器STC89C52实时检测按键，利用5110液晶显示菜单界面，并在检测按键后在屏幕上显示相应的功能及实时数据，实现人机有效交互。

有六个引脚，能显示中英文，以及图形。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.4．电源模块的论证与选择
方案一：采用开关电源
开关电源是利用现在电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET 构成。

与线性电源相比PWM开关电源更为有效的工作过程是通过“斩波”，即吧输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。

脉冲的占空比有开关电源的控制器来调节。

一旦输入电压被斩成方波，其幅值就可以通过占空比的调节来调节输出电压的幅值。

而且其效率高，但是其电路较复杂，而且不易调试。

方案二：采用三端稳压集成78XX，其电路简单，所得电压稳定。

利用该方法方便简单，工作稳定可靠，可以达到要求。

综合以上二种方案，选择方案二。

1.5．单片机控制模块的论证与选择
方案一：采用MSP430，MSP430单片机是TI公司1996年开始推向市场的超低功耗微处理器，另外他还集成了很多模块功能，从而使得用一片MSP430 芯片可以完成多片芯片才能完成的功能，大大缩小了产品的体积与成本。

在结构上MSP430系列单片机集成了一部计算机的各个基本组成部分。

虽然其工作原理与普通微机并无差异，但MSP430系列单片机在结构上更加突出了体积小、功能强、面向控制的特点，具有
很高的性能价格比。

而且具有丰富的寄存器资源、强大的处理控制能力和灵活的操作方式。

但是其编程不能对单一的IO口进行操作，而且将其用于此电路有点大材小用。

方案二：采用STC89C52单片机，STC89C52单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的CMOS 8位微控制器，具有8K 在系统可编程存储器。

具有I2C 通信协议，而且可对单一IO进行操作，编程容易很适合本次试验。

综上两个方案的比较，故选用方案二。

2．电路与程序设计
2.1．电路的设计
2.1.1．系统总体框图
基于单片机的数控音频功率放大器，采用PT2314进行增益的控制，用单片机通过对I2C总线的控制实现对PT2314芯片的功能的控制，很好地实现了增益放大。

达到用数字的方法控制模拟电路的目的。

系统总体框图如图一所示，
图一系统总体框图
2.1.2音量音调调节子系统框图与电路原理图
1.音量音调调节模块子系统框图
图二 音量音调调节模块子系统框图 音量音调调节子系统电路
原理分析：PT2314
四组立体声输入，两声道输出。

输入带响度的数字控制立体声音质处理器，I2C
控制，
6V-10V 。

提供可选择的输入增益和外部响度功能，并且由微处理器串行I2C 总线介面控制。

主要功能如下：① 使用CMOS 技术② 输入多路复用：4个立体声输入对不同的音源具有最佳适应的可选择的输入增益③ 带响度功能，高音，低音控制④ 音量控制（每级1.25dB ）⑤ 高音和低音控制⑥ 二个喇叭衰减器：二个独立的扬声器均衡和音量控制装置独立的静音功能⑦ 通过串性I2C 总线可实现所有功能的程序化。

图三 音量音调调节子系统电路
2.1.3 功率放大子系统框图与电路原理图
功率放大子系统框图
图四 功率放大子系统框图
功率放大子系统电路
原理分析：LM1875是一个集成的功率放大器，它能提供非常低的失真和高性能，非常适合消费级的音频应用。

一针脚为信号正极输入 二针脚为信号负极输入三针脚接地 四针脚电源正极输入 五针脚为信号输出 LM1875制作功放电路如下LM1875采用TO-220封装结构，形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大。

图五 功率放大子系统电路
2.1.4电源
电源由滤波部分、稳压部分组成。

为整个系统提供5V 或者9V 电压，确保电路的正常稳定工作。

这部分电路比较简单，都采用三端稳压管实现，故不作详述。

图六 功率放大子系统电路
2.1.5麦克风前置放大电路子系统框图与电路原理图
图七 功率放大子系统电路
2.2程序的设计
2.2.1程序功能描述与设计思路
程序功能描述 ：
根据题目要求软件部分主要实现键盘的设置和显示。

键盘实现功能：设置频率值、频段、电压值以及设置输出信号类型。

2）显示部分：显示电压值、频段、步进值、信号类型、频率。

程序设计思路：
数控音频功率放大器的软件设计，分三个模块，即按键扫描模块、LCD显示模块及按键处理模块。

其中按键扫描模块中通过实时检测，来读取键值。

而显示模块则根据键盘扫描的结果进行屏幕的更换。

2.2.2程序流程图
1.主程序流程图
2、按键扫描子程序流程图
3、液晶显示子程序流程图
3测试方案与测试结果
3.1测试方案：
在电源电压在20V的情况下，用DDS在音频输入端给电路输入信号，用4 电阻代替扬声器来测量其功率，通频带。

通过改变输入信号的频率、幅度，用示波器观察输出信号，并记录。

3.2 测试仪器：
学生电源，双踪示波器，数字万用表,DDS。

3.3 测试结果
3.3.1测试结果(数据)
通频带：24Hz—137KHz
功率：
效率= 29.5%
3.3.2测试分析与结论
根据上述测试数据，计算得单声道的功率高于2.5W，所以可得双声道的功率大于5W，由此可得此次工程实践符合设计要求。

附录：电路原理图。