D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器—改(另存)解析

2014年TI杯竞赛陕西赛区设计报告封面

参赛队编号（参赛学校填写）

学校编号组（队）编号选题编号0 5 1 6 D

说明

1.本页作为竞赛设计报告的封面和设计报告一同装订；

2. “参赛队编号”由参赛学校编写，其中“学校编号”应按照巡视员提供的组

委会统一编排的编号填写，“组（队）编号”由参赛学校根据本校参赛队数按顺序编排，“选题编号”由参赛队员根据所选试题编号填写，例如：“0105B”或“3367F”。

5. 本页允许各参赛学校复印。

带啸叫检测与抑制的音频功率放大器（D题）

本科组

摘要

本系统为一个基于TPA3112D1的带啸叫检测与抑制的音频功率放大器，由拾音电路、啸叫检测电路、啸叫抑制电路、功率放大电路组成，拾音电路通过台式

麦克风完成对音频信号的输入，由LM386进行放大，再经过由TLC2274C构成的带通滤波器完成对所需频率响应信号的截取；啸叫是一种回授音，不可控，话筒

拾音的音响系统，都有反馈啸叫的可能。话筒啸叫的危害很大，需要进行必要的

检测和抑制，抑制可以从过载量，距离，角度，频率这四个方面考虑；功率放大

电路由基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1组成，对所得的频率响应信号进行放大，可通过MSP430G2553对数字电位器进行编程从而控制输出功率。整个系统完成了对台式麦克风音频信号进行放大，通过功率放大电路送喇叭输出，达到了设

计要求，工作可靠。

关键字：TPA3112D1 LM386 TLC2274C 啸叫检测与抑制MSP430G2553

目录

一、方案论证 (1)

1.拾音电路的论证与选择 (1)

1.1前级放大电路的论证与选择 (1)

1.2 带通滤波电路的论证与选择 (1)

2.啸叫检测电路的论证与选择 (2)

3.啸叫抑制电路的论证与选择 (2)

4.功率放大电路的论证与选择 (2)

二、理论分析与计算 (3)

1.前级放大电路的分析 (3)

2.带通滤波器的分析与计算 (5)

3. 功率放大电路的分析 (6)

三、电路与程序设计 (7)

1.电路的设计 (7)

1.1 系统总体框图 (7)

1.2 前级放大电路原理图 (7)

1.3 带通滤波电路原理图 (8)

1.4 功率放大电路原理图 (9)

1.5 电源电路原理图 (9)

2.程序的设计 (10)

2.1 程序功能描述与设计思路 (10)

2.2 程序流程图 (10)

四、测试方案与测试结果 (11)

1.测试方案 (11)

1.1 硬件测试 (11)

1.2 硬件软件联调 (11)

2.测试条件与仪器 (12)

3.测试结果及分析 (12)

3.1 测试结果（数据） (12)

3.2 数据分析 (13)

五、结论 (13)

1.设计总结 (13)

2.心得体会 (13)

六、参考文献 (14)

附录 (15)

附录1：电路原理图 (15)

附录2：波形图 (17)

附录3：源程序 (20)

一、方案论证

本系统主要由拾音电路、啸叫检测与抑制电路、功率放大电路组成，如下图，下面分别论证这几个模块的选择。

1. 拾音电路的论证与选择

1.1 前级放大电路的论证与选择

方案一：分立三极管VT8050。选用VT8050中功率管，其功率大，可直接将音频信号放大，但其放大的是电流信号，本系统需要放大电压信号，故不适合本系统。

方案二：TLC2274C 放大。TLC2274C 内含四运放，使用起来比较方便，但由TLC2274C 构成的前级放大电路，经测试效果不是很好。

方案三：LM386放大。LM386是一种音频集成功放，具有自身功率低、电压增益可调整、外接元件和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机中，实际测试效果也不错，可以使用。

综合以上三种方案，选择方案三。

1.2 带通滤波电路的论证与选择

方案一：由电容和电阻构成的无源带通滤波器，其电路简单，但带负载能力差。

啸叫检测 啸叫抑制 拾音电路 接信号源 功率放大电路 A B K1 音频功率放大器 K2 D C R L 8 V o

方案二：由LM324构成的带通滤波器，输入信号先经低通滤波，再经高通滤波，完成所需频段的频率响应，但其仿真效果不是很好。

方案三：TLC2274C构成带通滤波电路，信号经二级低通滤波，再经二级高通滤波，其效果不错。

综合以上三种方案，选择方案三。

2. 啸叫检测电路的论证与选择

方案一：由于啸叫时整个系统输出功率将达到峰值，电压也将长时间停留在一个较高的值，可以通过电压实现啸叫检测，但由于耗能较大不予考虑。

方案二：通过频率检测来实现啸叫的检测，如果单片机检测高频波则启动判断，此方案不仅实现了频率的实时显示，又将啸叫检测加入其中，并未增加其他多余电路，通过实际的方案论证，此方案可以满足设计要求。

综合以上两种方案，选择方案二。

3. 啸叫抑制电路的论证与选择

方案一：将啸叫通过一个反向比例放大器再用加法运算放大器按照一定比例添加到输入端，能量相互抵消以后即可减弱啸叫，但由于啸叫采样较为复杂，无法使用一只全向麦克风来采样到理想的啸叫，所以此方案无法满足设计要求。

方案二：通过降低输出功率来减小音响与话筒的相互作用，通过单片机通过调节数字电位器来控制TPA3112的PLIMIT脚的值来控制功率输出，将功率控制在不产生啸叫的范围之内，此方案会对最后的功率输出产生一定的影响，但是由于控制迅速有效并且不外加电路不会产生额外的功耗所以选用此方案。

综合以上两种方案，选择方案二。

4. 功率放大电路的论证与选择

方案一：LM3886放大电路。在额定工作电压下最大可达68W的连续不失真平均功率，同样具有比较完善的过压过流过热保护功能，最可贵的是它具有自动抗开关机时的电流冲击的功能，使扬声器能够安全的工作，但由于题目选型限制