2012电子设计竞赛 ”电子产品设计与制作“ 技术说明书.doc

2012年海南省职业院校技能大赛高职组“电子产品设计及制作”（低功耗高效率的小功率音频放大器）2012年4月25日摘要本设计为低功耗高效率小功率音频放大器，主要由LF353集成运算，STC89C52单片机，TDA2030集成音频放大器构成。具有保护电路，红外遥控，多路切换功能，液晶显示功能，频率检测功能。关键字：LF353集成运算、STC89C52单片机，TDA2030集成音频放大器。 Abstract The design for low power high efficiency audio power amplifier, is mainly composed of a LF353 integrated operational, STC89C52 chip, TDA2030 integrated audio amplifier.A protection circuit, infrared remote control, switching function, the liquid crystal display function, frequencydetection function.Keyword: LF353 integrated operation, STC89C52 MCU, TDA2030 integrated audio amplifier.目 录一、功能要求与技术指标1二、电路原理图1三、方案设计23.1 前置放大23.2 音调调节控制电路133.3 反相电路43.4 音量音调调节253.5 音频功率放大器63.6 电源模块8四、拓展部分94.1 音乐盒94.2 单片机控制输入信号94.3 频率检测104.4 保护电路10五、程序部分125.1 功能框图125.2 主程序框图125.3 液晶1602135.4 频率检测135.5 红外遥控145.6 键盘检测14六、总程序14一、任务分析 1.1 技术指标要求1.当输入正弦信号电压有效值为500mV时，在8负载下输出功率3W，输出波形无明显失真； 2. 效率70%；3. 频率响应：100Hz15KHz；4. 失真1% ；5.较高的性价比；6其他发挥功能，如：保护电路、高低音调整、音量控制、程控及显示、遥控、无线输入、多路输入切换等。1.2 设计要求1、 设计前置放大器、音调音量控制级、功率放大级和供电电源；2、 选定参数与设计电路原理图；3、 电路的安装于调试；4、 测试输入阻抗、输出阻抗；二、电路原理图 音频功率放大器主要由前置放大电路，音调级电路，功率放大电路三部分组成。前置放大电路要求输入阻抗高，输出阻抗低，频带宽，噪声小，主要承担控制任务，对各种生源信号进行选择和处理；音调控制级对输入信号主要起提升、衰减作用，它将微弱信号进行放大，进行各种音质控制，美化音色；功率放大级是音频功放电路中最重要的部分，它决定输出功率的大小，效率的大小，它所承担的放大任务是将前面的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发声。对整机的要求是失真小，噪声低，有较好的扩音效果，根据技术指标要求与设计指标要求，设计各级方案，增益分配。 图2-1 总功能电路框图三、方案设计 3.1 前置放大 前置放大在音频放大电路中起着承前启后的作用，又由电路对频率响应及零输入（即输入短入）时的噪声、电流、电压的要求，前置放大选LF353集成双运放，LF353是一种双路运算放大器，属于高输入阻抗低噪声的集成运放，前置放大由两级放大组成。 图 3-1 前置放大电路 图3-2 元器件参数：第一级放大A1=010，(1+R4)/RV1)=010,A2=(1+R12/RV2)=010，R2=R4=R5=R12=100K, R13=22K,RV1=RV2=100K,C11=C13=C15=10uF,C14= C15=100uF以保证扩声电路的低频响应,C12=100Pf。由元器件参数的前置放大最大放大倍数为100倍，最小时起衰减信号作用。 3.2 反相电路由音调调节输出的波形与原来信号频率相同但相位相差180度，所以用一个反相器把信号的相位反相回来。R17=R18=10K,R19=R17/R18. 图3-3 反相器3.3 音量音调调节此电路是高低音分别控制衰减式音调控制电路。R8=10K,RV6=1M,R24=1.5K,C1=C2=33nF组成低音控制电路，C3=2.2nF，C4=33nF，RV7=1M组成高音控制电路，R5为隔离电阻，RV5=1M为音量调节。C28为隔直电容为防止后级放大器直流信号对前级控制器的影响。 音频放大器的性能主要是由音调控制器与功率放大器决定的。音调控制器的作用是控制、调节音响放大器输出频率的高低。音量调节只对低音与高音的增益进行提升与衰减，中音频增益保持不变。所以音调调节控制器的电路由低通和高通滤波器共同组成。图3-4 图3-5 音调音量调节电路3.4 音频功率放大器 由功放设计有5类：A类功放效率低最高效率只有50%；B类功放效率可达78.5%但输出信号会有交越失真；AB类功放相当于A类B类功放相结合，高效率低失真，C类功放效率达78.5%以上当C类功放只用于特殊领域不适合用于音频功放；D类功放理想效率可达100%但成本高。所以综合考虑采用AB类功放.由技术指标与设计指标，音频功率放大电路采用音频集成芯片CM20381A，此芯片优点是外接元件非常少，输出功率Po=3W(RL=8)，开机冲击极小。内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=5V）以及负载泄放电压反冲等，CM20381A能在8阻抗时能够输出=3W的有效功率，THD1%。图3-6 图3-7 音频功率放大电路3.5 电源模块电源模块主要由电源变压器、桥式整流电路、滤波电路、稳压电路，稳压电路主要由LM7805,LML7812,M7912三个三端稳压芯片组成。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3-8 图3-9 电源模块四、拓展部分4.1 音乐盒音乐盒由51单片机产生16首不同的歌曲用矩阵键盘控制。 图4-1 图4-2 音乐盒4.2 单片机控制输入信号由单片机输入音频信号，在由单片机控制输入信号幅度 图4-3 单片机控制输入信号 4.3 频率检测与液晶显示 频率检测由NE555组成的施密特触发器组成，将正弦波变换成矩形波 通过1602液晶显示当前频率。 图4-4 频率检测电路4.4 保护电路 此电路在扬声器引脚上取检测信号，通过桥式整流电路变成直流信号，当扬声器上电流超过额定值时使Q1导通-Q2饱和-Q3深度饱和，使继电器导通，断开继电器常闭，短开扬声器与功率放大器的接线。图4-5图4-6 保护电路五、程序部分5.1 功能框图 图5-1 总功能电路框图5.2 主程序框图图5-2 主程序框图 5.3 液晶1602图5-3 液晶16025.4 频率检测 图5-4 频率检测5.5 红外遥控 - 图5-5 红外遥控5.6 键盘检测图5-6 键盘检测六、总程序#include /包含头文件sbit IR=P32; /红外接口标志sbit key1 = P16 ;sbit key2 = P17 ;sbit sw=P36;sbit swp1=P13;sbit swp2=P14;sbit swp3=P15;/*名称：声明函数内容：对函数进行声明，为全局服务*/#include /*类型宏定义的声明*/#define uchar8 unsigned char #define uint16 unsigned intsbit RS = P10 ; /* 寄存器选择：为1时选择数据寄存器，为0时选择指令寄存器 */ sbit RW = P11 ; /* 为读信号线 */sbit EN = P12 ; /* 为使能端 */uchar8 code begin = Link: 0Hz ;uchar8 code table = The voice: 00 ;/*延时函数的声明*/void delay( uint16 t ) ;/*1602函数的声明*/void lcd_clr( void ) ;void lcd_init( void ) ;void write_cmd( uchar8 cmd ) ;void write_data( uchar8 dat ) ;void key();/void display( uchar8 addr,uchar8 *p ) ; /*按键函数的声明*/*全局变量的声明*/ int Voice,num1;/*- 全局变量声明-*/unsigned char irtime,Hztime,Hzgeshu,Hzflag=0,swflag;/红外用全局变量unsigned int Hznum=0;bit irpro_ok,irok;unsigned char IRcord4;unsigned char irdata33;/*- 函数声明-*/void Ir_work(void);void Ircordpro(void);/*- 定时器0中断处理-*/void tim0_isr (void) interrupt 1 using 1 irtime+; /用于计数2个下降沿之间的时间/*- 定时器1中断处理-*/void tim1_Hz (void) interrupt 3 uchar8 Hzbai,Hzshi,Hzge,Hzqian,Hzkqian,Hzkflag=1;/float Hzkshi,Hzkge,Hzkfen,Hzknum;TR1=0;TH1=(65535-50000)/256; /定时器重新赋值 TL1=(65535-50000)%256;Hzgeshu+; /计数1S时间if(Hzgeshu=20) /时间到Hzgeshu=0;/Hznum=Hznum-5;Hzkqian=Hznum/10000; /赋值用于LCD显示Hzqian=Hznum%10000/1000;Hzbai=Hznum%1000/100;Hzshi=Hznum%100/10;Hzge=Hznum%10;Hzflag=1; if(Hzflag) /在1S的时候处理Hzflag=0;if(Hznum=1000)/大于1000显示小数点if(Hznum%1000!=0)/不为整数时显示小数点if(Hzkqian)write_cmd(0x80+9);write_data(0x30+Hzkqian);elsewrite_cmd(0x80+9);write_data( );if(Hzkqian|Hzqian)write_cmd(0x80+10);write_data(0x30+Hzqian);elsewrite_cmd(0x80+10);write_data( );if(Hzqian|Hzkqian)write_cmd(0x80+11);write_data(.);elsewrite_cmd(0x80+11);write_data( );write_cmd(0x80+12);write_data(0x30+Hzbai);if(Hzqian)write_cmd(0x80+13);write_data(k);else/否则显示整数write_cmd(0x80+11);write_data(0x30+Hzkqian);write_cmd(0x80+12);write_data(0x30+Hzqian);if(Hzkqian|Hzqian)write_cmd(0x80+13);write_data(k);Hznum=0;/ write_cmd(0x80+14);write_data(H);write_cmd(0x80+15);write_data(z);TR1=1;/*- 延时子程序-*/void delay( uint16 t ) while( t- ) ;/*- 键盘扫描-*/void key( )if( key1=0 ) /按下键盘1放大增大delay( 100 ) ;if( key1=0 )while(!key1);Voice += 200 ;num1+=51;if(num1=255)num1=255;P2=num1;if( Voice900 )Voice = 1000 ; P2 = 0xff ;/按下键盘2放大减小if( key2=0 )delay( 100 ) ;if( key2=0 )while(!key2);Voice -= 200 ;num1-=51;if(num1=0)num1=0;P2=num1;if( Voice0 )Voice = 0 ;P2 = 0x00 ;/P2=0xff;/return Voice ;/*- 按键选择音乐-*/void sw_music(void)if(sw=0)delay(100);if(sw=0) while(!sw); swflag+; if(swflag=4) /按键选择音乐播放线路 swflag=0;if(swflag=1)swp1=1;elseswp1=0;if(swflag=2)swp2=1;elseswp2=0;if(swflag=3)swp3=1;elseswp3=0;write_cmd( 0x86 );write_data(0x30+swflag);/*- 外部中断0中断处理-*/void EX0_ISR (void) interrupt 0 /外部中断0服务函数 static unsigned char i; /接收红外信号处理 static bit startflag; /是否开始处理标志位if(startflag) if(irtime=33)/引导码 TC9012的头码，9ms+4.5ms i=0; irdatai=irtime;/存储每个电平的持续时间，用于以后判断是0还是1 irtime=0; i+; if(i=33) irok=1; i=0; elseirtime=0;startflag=1;/*- 外部中断1中断处理-*/void EX1_ISR (void) interrupt 2Hznum+;/*- 定时器0初始化-*/void TIM0init(void)/定时器0初始化 TMOD=0x12;/定时器0工作方式2，TH0是重装值，TL0是初值 TH0=0x00; /重载值 TL0=0x00; /初始化值 TH1=(65535-50000)/256; TL1=(65535-50000)%256; ET1=1; /开中断 TR1=1; ET0=1; /开中断 TR0=1; /*- 外部中断0初始化-*/void EX0init(void) IT0 = 1; /指定外部中断0下降沿触发，INT0 (P3.2) EX0 = 1; /使能外部中断 IT1=1; EX1=1; EA = 1; /开总中断/*- 键值处理-*/void Ir_work(void)/红外键值散转程序 switch(IRcord2)/判断第三个数码值 case 0x15: Voice += 200 ; /按下+放大增大num1+=51;if(num1=255)num1=255; /按下-放大减小P2=num1;if( Voice900 )Voice = 1000 ; P2 = 0xff ;break;/+ case 0x07: Voice -= 200 ;num1-=51;if(num1=0)num1=0;P2=num1;if( Voice0 )Voice = 0 ;P2 = 0x00 ;break;/-case 0x16: swflag=0; sw_music(); break; case 0x0c: swflag=1; sw_music(); break; case 0x18: swflag=2; sw_music(); break; case 0x5e: swflag=3; sw_music(); break; default:break; irpro_ok=0;/处理完成标志 /*- 红外码值处理-*/void Ircordpro(void)/红外码值处理函数 unsigned char i, j, k; unsigned char cord,value; k=1; for(i=0;i4;i+) /处理4个字节 for(j=1;j7)/大于某值为1，这个和晶振有绝对关系，这里使用12M计算，此值可以有一定误差 value|=0x80; if(j=1; k+; IRcordi=value; value=0; irpro_ok=1;/处理完毕标志位置1/*函数功能：1602写命令程序入口参数：dat出口参数: 无 */void write_cmd( uchar8 cmd )RS = 0 ;RW = 0 ; P0 = cmd ;EN = 1;delay( 10 ) ;EN = 0 ;/*函数功能：1602写数据程序入口参数：dat出口参数: 无 */void write_data( uchar8 dat )RS = 1 ;RW = 0 ;P0 = dat ;EN = 1 ;delay( 20 ) ;EN = 0 ;/*函数功能：1602初始化程序入口参数：无出口参数: 无 */void lcd_init( void )write_cmd( 0x38 ) ;write_cmd( 0x06 ) ;write_cmd( 0x0c ) ;/write_cmd( 0x01 ) ;delay( 100 ) ;/