带啸叫检测与抑制的音频功率放大器

1、带啸叫检测与抑制的音频功率放大器摘要：本项目主要实现带啸叫检测与抑制的音频功率放大器，完成对台式麦克 风音频信号进行放大，通过功率放大电路送喇叭输出。本系统采用STM32主控 制器，围绕TI的功率放大器TPA3112D1芯片，搭建拾音、滤波、放大、啸叫检 测、啸叫抑制等电路模块，并对信号进行数字化滤波处理，实现了对音频信号的 采集和播放功能。关键词：STM32, TPA3112D1,啸叫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系统设计方案1.原理题目要求用基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1,设计并制作一个带啸叫 检测与抑制功能的音频放大器，完成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。电路示意图如图1-1所示。啸叫检功率放大电路a拾音电路图1-2图1-1控制系统总体设计本系统由拾音模块、功放模块、滤波模块、啸叫检测和抑制等模块构成。控

4、制系统的结构框图如图1-2所示。方案论证经过分析和论证，带啸叫检测与抑制功能的音频放大器可由拾音电路、可控 增益放大电路、带通滤波电路，啸叫检测电路、啸叫抑制电路、LCD显示电路， 功率放大电路和主控制器模块组成，其中功率放大电路选取比赛指定芯片 TPA3112D1。拾音电路方案论证LM386是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电 源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录 音机和收音机之中。它是一个三级放大电路，第一级为差分放大电路，第二级为 共射放大电路，第三级中可以消除交越失真。另外，选频网络和放大电路组成正 弦振荡电路，电路结构简单，经济

5、方便，但是有不足，选频性能较差，频率调节 不方便，且提高正弦振荡电路的振荡频率就必须减少R和C的数值，这就会影响 到放大电路部分，所以其频率有限，一般是几赫兹到几千赫兹之间，足以满足题 目基本要求。利用以上的LM386，驻极体话筒，扬声器，选频网络等，即可设计一个将 声音信号转换为电信号，经放大后，由扬声器恢复放大的声音信号。可控增益放大电路方案论证LM324系列由四个独立的，高增益，内部频率补偿运算放大器，其可接单 电源使用（330V），也可以接双电源使用（正负1.5V正负15V），不需要调 零，具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因 此被选用搭建各种滤波电路。另外

6、，可控增益芯片型号众多，本队在平时训练过程中常用LM324，可通 过滑动变阻器来控制LM324实现二级增益调节，并且其外围元件少，电路简单。带通滤波电路方案论证结合理论和实验测试，本系统中的啸叫抑制电路采用由LM324搭建的有源 200Hz10KHz带通滤波器组成。啸叫检测电路方案论证采用STM32 MCU片内集成的12 bitAD控制器，对电路中的输入信号进行 采集，并通过数字滤波算法识别出输入信号中的啸叫信号；当检测出啸叫信号 后，STM32 MCU会通过启动继电器的方式接通啸叫抑制电路。啸叫抑制电路方案论证结合理论和实验测试，本系统中的啸叫抑制电路采用由LM324搭建的7KHz，带宽为1

7、KHz的有源带阻滤波器组成。主控制模块方案论证选用STM32 MCU对系统进行控制。STM32 MCU主要完成以下功能。接收用户的按键信息，分别选择演示功能以及控制放大器增益及带宽， 并将增益和带宽信息显示在TFT液晶屏幕上。使用片内12bit的AD对啸叫信号进行检测采集。 使用GPIO 口对啸叫控制电路进行控制。电源芯片方案论证由图1-2可知，本方案使用的电源分别有5v、+/-6v和12v。其中12v电源 由指定的12v直流稳压电源提供。正负6v电源对于大多数的OTL功放类器件而言，其内部一般都设置了对称的偏置电路 结构，这就使其输出端的直流电位近似为电源电压的一半；根据上述原理，本方案中采

8、用集成功放将单电源转换成为大小相等的双极性正、负电源，具体电路图如图4-1所示。5v电源流驱动能力以及稳定的电压输出性能。采用三端稳压集成芯片LM7805,将12V电压降压、稳压后给STM32 MCU _系统供“啸叫”产生的四个原因：过载量，距离，角度，频率。其消除反馈啸叫 要从产生反馈啸叫的必要条件入手，只要能破坏其中一个条件，就可达到目的。解决方案有如下四种方法。12345系统方案中采调整距离法频率均衡法（宽带陷波法）反馈抑制器法（窄带陷波法）反相抵消法调相法统方案中采用第3种方法对啸叫进行抑制。硬件设计1.电源电路事实上，由于内容参数的离散型以及自举电路结构的影响，集成功放输出 端的电压

9、并不是绝对的VCC/2，从而造成正、负输出电压不平衡的现象。对此 我们需要将一只10-100KQ的电位器串联在正负电源之间，并把LM386第3脚 输入端接到电位器的中间抽头，而第2脚保持悬空。就可以在芯片的输出端得 到大小非常紧接的正负电压值了。电源电路图如图4-1所示。图4-12.拾音电路拾音电路的核心是LM386功放集成电路，如下图4-2所示。LM386的1、8 脚间接上一只可调电阻RP （即下图中R5）和一个10uF的电容器C6组成串联 RC网络，用来调节LM386的放大倍数，当R5阻值为零时，LM386的放大倍数 最大（200倍）。若要使功放的声音柔和些，可在LM386的5脚与地之间串

10、接 一只电容器C4与一只电阻R4。而在7脚与地之间接的47uF电容器C5可防止 LM386自激。图4-2啸叫抑制电路图4-3五.软件设计系统程序流程图如下图5-1所示。其中啸叫检测和啸叫抑制的处理流程如图 5-1中函数功能2部分所示。使用STM32 MCU作为整个系统的控制核心，系统启动后自动采集当前测试 环境的噪声值，作为啸叫检测时的阈值基准。此后STM32 MCU可接收用户按键 信息使系统实现测试功能选择并实时显示预置增益、带宽和噪声波形等功能。开始变量初始化及端口设置绘制欢迎界面主程序按键中断服务程序绘制功能函数的 背景界面开定时器阶级数据是功能函数功能函数图5-1系统程序流程图六.测试

11、方案与测试结果测试仪器12v稳压电源、万用表、信号发生器、USB音箱。测试方案测试方法：用函数发生器产生频率200Hz、1KHz、7KHz、10Khz和15KHz， 有效值分别为200mv、1v和2v正弦波送入进行测量。测试条件：负载为指定喇叭。测试结果输入信 号有效值预置增益输出信 号有效值直流偏移波形质量增益误差200mv70DB7.50V-1.4-1.3V无明显失 真5.1%1KHz60DB10.10V20mv无失真1.0%7KHz40DB9.93V-30-40mv无失真0.7%10KHz20DB9.99V90mv100mv无失真0.1%测试心得在实际制作中采用下述方法减少干扰，避免自激

12、.测试时，话筒与扬声器不能考得太近，否则会啸叫，而话筒的引出线最好用 屏避线。将输入部分和增益控制部分加入屏蔽盒中，以避免级间干扰和高频自激。将整个运放用很宽的地线包围，以吸收高频信号，减少噪声，在增益控制部 分和后级功率放大部分也都采用了此方法。在功率放大级，这种方法可以有效地 避免高频辐射。各模块之间采用同轴电缆连接。采用0欧姆电阻隔离数字电路和模拟电路。附：1.麦克风产品说明：金属喷漆图层搭配磨砂工艺，色泽亮丽，耐磨损。全指向式设计，打造超强拾音能力，保证声音清晰流畅。2.2米皮质抗拉伸导线，环保柔韧防缠绕。背景噪声消除技术使得录音音质清晰，达到完美音质。为大型会议，网络K歌，视频聊天等场合而设计，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性能参数：咪头尺寸/Mic Dimensions阻抗/Impedance灵敏度/(S.PL)插头