D类放大器完整论文

摘要D类放大器可延长电池供电的工作时间，并产生更少的热量，因此高效率D类音频功率放大器正越来越多地被用在移动电话、智能电话及其他类似便携式应用中，以取代AB类放大器。D类功放在体积、效率、省电等方面优势很适合在便携式、紧凑式大功率场合下应用。本设计是由三角波、音频信号经过比较器之后形成了一个PWM波，这个PWM波的占空比是随音频变化的。用PWM波控制两个开关管来驱动喇叭，就会使喇叭上面的信号也是PWM波。本设计的功能是实现D类功放，另外是想通过软件的方式实现音量大小的控制，并且显示适时的音量。在具体的硬件设计实现上，主要由三角波发生电路（芯片NE555）、前置放大电路(芯片NE5532)、波形比较及死区控制电路（LM393双电压比较器）、音量控制电路、AT89S52最小系统等几部分构成。在硬件设计的基础上，通过主要芯片将各功能模块有机地组织起来共同完成系统需要的功能，不仅保证了功放的高效性而且具有良好的音质效果关键词：D类功放；便捷式；死区控制；AT89S52；双电压比较器

ABSTRACTTheclassDamplifiercanextendtheworkinghoursofbatteriesandproducelessheat,somoreandmorehigh-efficiencyClassDaudiopoweramplifiersarebeingusedinmobilephones,smartphonesandothersimilarportableapplicationstoreplacetheclassABamplifier.BecauseClassDamplifierhasadvantagesinvolume,efficiency,energysavingsoitisverysuitablefortheportableandcompactedhigh-powersituations.TheclassDamplifierdesignformedPWMwaveafterthetriangularwaveandtheaudiosignalthroughthecomparator.ThedutycycleofPWMwavewerechangingwiththeaudio.ThePWMwavecontroltwoswitchestodrivethespeaker,itwouldalsomakethespeaker’ssignalalsoPWMwave.Thedesign’sfunctionwereachievedClassDAmplifier.Theotherfunctionsweretocontrolofvolumesizethroughsoftwareanddisplaytimelyvolume.Thedesignofspecifichardware,itconstitutedbythetrianglewavegenerationcircuit(chipNE555),pre-amplifiercircuit(chipNE5532),waveformcomparisonanddead-timecontrolcircuit(LM393dualvoltagecomparator),thevolumecontrolcircuitandAT89S52minimumsystemseveralparts.Thisdesignwhichbasedonthehardwareorganizedthefunctionofmodulesorganicallytocompletethesystem’sneedfunctiontogetherthroughthemainchip.Itnotonlyguaranteedhighefficiencypoweramplifierbutalsohadgoodsoundquality.KeyWords：ClassDAmplifier;Portable;dead-timecontrol;AT89S52;DualVoltageComparator

目录MACROBUTTONInsertCrossReference1 引言 11.1课题的背景 11.1.1课题的目的意义 21.2功放的基本知识 31.2.1功放的分类 31.2.2功放的工作原理及特点概述 32 系统组成 42.1系统框架 42.2三角波发生电路 42.3音频前置放大电路 62.4波形比较及死区控制、上管驱动下管驱动电路 62.5音频控制电路 82.6AT89S52最小系统 82.7数码显示电路 93 主要的功能元器件介绍 103.1元器件介绍 103.1.1NE555 103.1.2LM393 123.1.3NE5532 133.1.4DAC0832 143.2LED显示部分 163.2.1LED显示器 164单片机AT89S52简介 174.1AT89S52的引脚及功能 174.1.1I/O口 184.1.2P3口的第二功能 194.2特殊功能寄存器 194.2.1看门狗定时器 204.2.2定时器2 215程序设计 255.1如何进行程序设计 255.2程序流程图 26结论 27参考文献 28附录一：源程序 29附录二：电路原理图 33致谢 34引言1.1课题的背景几十年来在音频领域中，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求，迫使人们尽快开发高效、节能、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其他数字化设备相连接的特点。D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它符合上述要求。近几年来，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注，现在这一前沿的技术正迅猛发展，前景一片光明。在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但是，A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出D类功放的发展优势。提到功放的设计人们立即会想到要解决两个问题一是保真度二是效率模拟功放利用晶体管的线性关系保真度较高因此在目前的音响系统里模拟功放仍占有主导地位模拟功放的不足是效率低能量消耗大散热要求高一般地A类功放的效率在50%以下即使是改进的B类或AB类其效率也在75%以下而D类功放效率高体积小重量轻输出功率大的数字音频功放在20世纪90年代末逐渐被行家们所重视近几年发展迅速各种专用的集成芯片通用音响产品不断推陈出新不够理想的音质得到极大改善且数字音频功放的应用有利于实现音响系统的全数字化。D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。在理想情况下，D类功放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。D类功放实际上只具有开关功能，早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而，开关功能（也就是产生数字信号的功能）随着数字音频技术研究的不断深入，用于音频放大的道路却日益畅通。20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术，70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关键的一步就是对音频信号的调制。现今，各种便携式的电子产品成为电子设备的一种重要的发展趋势。手机、MP3、MP4以及数码相机、便携式DVD等。他们虽然在功能及应用场合上有所差异，但至少有两个共同点：第一，他们都具备音频输出，即使是数码相机，现在也普遍支持音频回放，这样就需要有一个合适的音频放大器；第二，便携式设备很多情况下是靠电池供电，这就要求一个消耗尽可能低的硬件系统。而对于音频放大器来说，就需要其能够在保持最低的失真情况下得到更高的效率。这就导致了D类音频功率放大器在便携式设备中的广泛应用。这些放大器可使设计人员节省电池电量，因为D类放大器比传统AB类(或线性)放大器具有更高的效率。D类放大器在理论上可以达到100%，由此带来的附加好处是对散热的要求大大降低，有利于高功率密度的集成，不过D类功放有些“生不逢时”，由于它需要高速功率开关器件，开关放大方式不可避免的会有EMI问题，还有一个原因是经典的信号调制方式，依赖频率和时基精度都足够高的基准比较信号，前者使D类放大器的高频表现明显低于低频，后者高精度时基的成本成几何级数增长。1.1.1课题的目的意义通过本次毕业设计，达到使自己了解电子产品设计的基本方法，掌握产品设计的基本步骤，利用大学期间所学的有关专业知识完成设计任务，加强理论与实际的结合，强化自己综合运用知识的能力，明确学习的目的：学习是为了更好的应用。我对D类功率放大器的有关专业知识多停留在理论上，并且不能贯通理解，形不成系统。在我离开学校前，使我对所学专业的基础知识应有一个全面而贯通理解，并且具备较强的设计动手能力。本课题正是基于以上思想所提出的，给我们提供了深入研究的空间，达到应用所学专业基础知识解决实际问题的能力。1.2功放的基本知识1.2.1功放的分类传统的功率放大器主要有A类(甲类)、B类(乙类)和AB(甲乙类)，除此之外，还有工作在开关状态下的D类（丁类）功放。1.2.2功放的工作原理及特点概述A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件,其晶体管总是工作在放大区，并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域，它的优点是输出信号的失真比较小,缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其效率为50%,考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗,A类功率放大器的最高效率仅为45%左右。B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%,因为其晶体管只在输入信号的正半周工作在放大区，在输入信号的负半周是截止的。它的优点是效率理想情况下可达78.5%,比A类的提高了很多，其缺点是非线性失真却比甲类功放大，而且会产生交越失真,增加噪声。AB类(甲乙类)功率放大器是以上两种放大器的结合,使每个功率器件的导通时间在50%～100%。此类放大器目前最为流行,它兼顾了效率和失真两方面的性能指标,在设计该功率放大器时要设置功率晶体管的静态偏置电路,使其工作在甲乙类状态。这类功放失真小于乙类功放，但其效率比乙类功放要低一些。D类功率放大器又叫开关型功率放大器，现在又有人称之为数字功率放大器。它利用晶体管的高速开关特性和低的饱和压降的特点，效率很高，理论上可以达到100%，实际上可以达到90%。此电路不需要严格的对称，也不需要复杂的直流偏置和负反馈，使稳定性大大提高。用同样的功耗的管子可得到比AB类放大器高四倍功率的输出。D类功放的功率器件受高频脉宽调制(PWM)脉冲信号的控制,使其工作在开关状态,理论上其效率可达100%。因此能极大地降低能源损耗，减小放大器体积，在体积、效率和功耗上要求较高的场合具有很大的优势。另外，现代保真音响系统常采用数字音频设备如CD，近年发展起来的DVD、计算机多媒体设备、MP3等也都是数字音频信号源。数字音频信号采用脉冲编码调制技术（PCM），信号分辨率通常为12位或16位，采样频率为44.1KHZ（CD）。由于数字信号在存储、传输和数据出来上的优点，使人们开始追求数字式功放代替传统的模拟功放，这也使得D类功率放大器受到更大的关注。系统组成2.1系统框架图2-1数字音量控制的D类功放D类功放的原理：D类功放是由三角波、音频经过比较器之后形成一个PWM波，这个PWM波的占空比是随音频变化的。用PWM波控制两个开关管来驱动喇叭，就会使喇叭上面的信号也是PWM波。此设计主要是实现D类功放，另外是想通过软件的方式实现音量大小的控制，并且显示适时的音量。2.2三角波发生电路三角波发生电路的工作原理：此电路可以产生三角波，其频率大概是100khz左右，至少要大于40khz的三角波，对于这个三角波的要求是这样的，三角波上升和下降的直线要尽量直，在拐角处最好不要有干扰，就是失真度小的较精确的三角波，对于三角波的两侧是否对称不做要求，只要上升下降为直线即可。此电路通过555即可产生三角波，它有两个恒流源，这两个恒流源一个往外输出电流，另一个往里灌入电流，两个恒流源对电容冲放电。电容两端产生的电压实际上是直线上升或直线下降，两个恒流源设计成大小一样，一个输入电流一个输出电流。这两个恒流源不能直接接到电容上，如果直接接到电容上正好一个出一个入，也就是说没有电流灌入到电容上，所以如果要对这个电容充电就不能让放电的恒流源接到电容上，这里有一个巧妙的方法是通过抢电流的方式将两个恒流源接到一起并且接到电容上，但是必须通过二极管来隔离此之间的关系，让恒流源单独工作，如果把上面灌电流抢掉，那么能够作用在电容上的电流源只有放电电流，所以就会产生直线下降的放电电压。同理将下面的灌电流抢掉就会剩一个充电电流，电容两端就会充电的电压线，它们之间的转换是通过555内部的比较器。如果电压达到2/3电源处,三角波就会翻转它的状态，把放电电流打开把输入电流关闭，这样就是放电。同样当电压放到电源电压的1/3处时，三角波再一次发生翻转，翻转成原来的时序。三角来控制这两个恒流源对电容作用的开关，先让它充电充到2/3电源处之后又翻转状态让它放电，放电到1/3电源处555又会发生翻转让它充电，这样循环往复就形成周期固定的三角波。图2-2三角波发生电路2.3音频前置放大电路图2-3音频前置放大电路音频前置放大电路：作用是把较小幅度的音频信号放大到一个能够和三角波幅度匹配的音频信号。众所周知，手机输出的音频范围和电脑输出的音频范围不一样，所以要按照一个标准来做即手机的最大音量来做，最大音量测得大概是一点多伏，可能有的时候输出还不到一伏，那么要放大到能和三角波进行比较起码也要四伏的幅度，把四伏的幅度除以原来的幅度就是放大的倍数，这里选择放大7.8倍放大出音频信号。2.4波形比较及死区控制、上管驱动下管驱动电路音频信号经过比较器和三角波进行比较产生PWM波的过程有类似调制的作用，或者说采样的作用。采样的信号存在占空比当中，就是每一周期采样一次，一个音频的电平会对应一个占空比，比如此周期的占空比是100%，则说明这个音频信号的电平最高，如果是50%则说明这个音频信号是中间值，跟采样时一样的。但是特殊的地方时这个采样的信号存在的形式是占空比的大小。最关键的是这个音频信号存在占空比当中，只要给它低通滤波就可将音频信号还原出来。PWM波经过上管和下管的驱动之后使这两个开关管进行功率级的驱动，就是把PWM波转化成具有强驱动能力的PWM波直接接喇叭。通过一个电容耦合喇叭上，因为喇叭是感性元件，它的线圈就相当于电感，耦合电容、线圈与线圈之间的电感这些都构成天然的滤波器。PWM波的占空比当中存有音频信号，经过这个滤波器之后就会把音频信号滤出来，其它没有用的信号滤掉，音乐就会放出来。这里要注意的是死区时间的选择，如果死区时间小于越变时间，这两个开关管的过渡过程即由开到关后由关到开的工程会部分重叠，这部分重叠就有半导通状态，就是说上管下管同时导通，造成短暂性的短路，进而影响功耗。图2-4波形比较及死区控制、上管驱动下管驱动电路2.5音频控制电路图2-5音频控制电路因为前置放大电路有7.8倍的放大，所以前级就是一个衰减就行，如果是100%音量，实际上只要把前面的音量直接传送到后面就是100%。如果先衰减在传送就是先把音量调小的意思。衰减相对简单点，即拿一电位器用旋钮旋转电位器的大小让其产生分压音频，把分压的音频放大到7.8倍给后级即可。但是用电位器是手动不是数字控制，所以要数字控制就必须借助数字控制改变其大小。比如数控电位器就是一种方法，DAC0832也可以解决这个问题，就是把DAC0832的IOUT1作为输入，VREF作为输出，IOUT2接地，这三个脚构成一个等效的电位器，其中VRFB是抽头，当DAC0832前级的数码值为255时，IOUT1的信号直接不经过衰减会流到VREF输出，也就是全功率传送。如果码值为50%，IOUT1给VREF的信号为IOUT1的百分之一半。相应的数码值为0时，VREF就不会有输出，这样就变成音量控制了。2.6AT89S52最小系统AT89S52最小系统关键的是复位电路和时钟电路，复位电路时由电容C18和电阻R13组成，电容接正电电阻接负电，其中间接RST脚，当上电的时候因为要给电容充电，所以有比较大的电流流过电阻，会产生一个电压，相当于RST被电容拉到高端，这是一个复位时序。当它冲满后电平会掉到零，那么充电的过程就构成了上电复位时序，就是说每上电一次都会复位。时钟电路是晶振连接到两个电容，电容另两端接地。AT89S52单片机除了P0口外，每个端口内部有一个上拉电阻，所以就不用外面在接上拉电阻，直接接开关到地这样就构成开关电路。图2-6AT89S52最小系统2.7数码显示电路因为是共阳数码管所以在阳极有一个驱动三极管，此三极管采用射极驱动，用P1口接三极管基极，射极接数码管的共阳极，数码管的码值接P0口，因为单片机的内部属于漏极开路的驱动电路，就是灌电流能力很强，所以不需要驱动直接接单片机就行。这两个数码管是一样的结构，其数码值是并联的。这样就变成交替扫描的数码管。图2-7数码显示电路主要的功能元器件介绍该系统主要有以下元器件构成，下面对各器件进行下介绍，让我们对各个器件有所了解，有所认识。3.1元器件介绍本节将介绍NE555、LM393、NE5532和DAC0832的基本常识和基本功能。3.1.1NE555NE555是一种应用特别广泛作用很大的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。NE555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。NE555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。

NE555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555。NE555属于cmos工艺制造。NE555(TimerIC)大约在1971年由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一快速且商业化的TimerIC，在往后的30年來非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电路，尽管近年來CMOS技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原规格的NE555依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前可直接的代用。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号。NE555的作用范围很广，但一般多应用于单稳态多谐振荡器（MonostableMutlivibrator）及无稳态多谐振荡器(AstableMultivibrator)。图3-1NE555引脚图各引脚功能：Pin1(接地)-地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。Pin2(触发点)-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。Pin3(输出)-当时间周期开始555的输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。高电位时的最大输出电流大约200mA。Pin4(重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。Pin5(控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin6(重置锁定)-Pin6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。Pin7(放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。Pin8(V+)-这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。参数功能特性：供应电压4.5-18V，供应电流3-6mA，输出电流225mA(max)，上升/下降时间100ns。NE555主要特点如下：⑴只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。⑵它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑闸配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。⑶其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。⑷它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜3.1.2LM393LM393为双电压比较器，LM393系列由两个偏移电压指标低达2.0的独立精密电压比较器构成。该产品采用单电源操作设计，且适用电压范围广。该产品也可采用分离式电源，低电耗不受电源电压值影响。本品还有一个特点是，即使是在单电源操作时，其输入共模电压范围也包括接地。LM393系列可直接与TTL及CMOS逻辑电路接口。无论时正电源还是负电源操作，当低电耗比标准比较器的优势明显时，LM393系列便与MOS逻辑电路直接接口。LM393是高增益,宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙。电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的.。减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.0～10mV)能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡。除非利用滞后，否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快,则滞回将不需要。比较器的所有没有用的引脚必须接地。LM393偏置网络确立了其静态电流与电源电压范围2.0～30V无关。通常电源不需要加旁路电容。差分输入电压可以大于Vcc并不损坏器件，保护部分必须能阻止输入电压向负端超过-0.3V。LM393的输出部分是集电极开路,发射极接地的NPN输出晶体管,可以用多集电极输出提供。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受Vcc端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地SPS开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制.当达到极限电流(16mA)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm的γSAT限制。当负载电流很小时，输出晶体管的低失调电压(约1.0mV)允许输出箝位在零电平。图3-2LM393引脚图各引脚功能：1脚比较器A输出，2脚比较器A反相输入，3脚比较器A同向输入，4脚电源－，5脚比较器B同向输入，6脚比较器B反相输入，7脚比较器B输出，8脚电源＋。LM393主要特点如下：⑴工作电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源：2～36V，双电源:±1～±18V；⑵消耗电流小，Icc=0.8mA；⑶输入失调电压小，VIO=±2mV；⑷共模输入电压范围宽，Vic=0～Vcc-1.5V；⑸输出与TTL，DTL，MOS，CMOS等兼容；⑹输出可以用开路集电极连接“或”门；3.1.3NE5532NE5532是一种双运放高性能低噪声运算放大器。相比较大多数标准运算放大器，如1458，它显示出更好的噪声性能，提高输出驱动能力和相当高的小信号和电源带宽。这使该器件特别适合应用在高品质和专业音响设备，仪器和控制电路和电话通道放大器。如果噪音非常最重要的，因此建议使用5532A版，因为它能保证噪声电压指标。图3-3引脚图NE5532主要特点入下：⑴小信号带宽：10MHZ⑵输出驱动能力：600Ω，10V有效值⑶输入噪声电压：5nV/√Hz(典型值)⑷直流电压增益：50000⑸交流电压增益：2200-10KHZ⑹功率带宽：140KHZ⑺转换速率：9V/μs⑻大的电源电压范围：±3V-±20V⑼单位增益补偿3.1.4DAC0832DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。DAC0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，还可以外接。图3-4DAC0832引脚图各引脚功能：D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地DAC0832的主要特性参数如下：⑴分辨率为8位；⑵电流稳定时间1us；⑶单缓冲、双缓冲或直接数字输入；⑷单一电源供电（+5V～+15V）；DAC0832的工作方式：根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。3.2LED显示部分在单片机系统中，常用的显示器有：发光二极管显示器，简称LED；液晶显示器，简称LCD；荧光管显示器。而发光二极管显示又分为固定段显示和可以拼装的大型字段显示，此外还有共阳极和共阴极之分等。3.2.1LED显示器图3-5数码管的外形和引脚LED显示器是由发光二极管显示字段组成的显示块，有7段和“米”字段之分。这种显示块有共阳极和共阴极两种。此外，显示块中还有一个圆点型发光二极管用于显示小数点。通过发光二极管亮、暗的不同组，可以显示多种数字、字母以及其他符号。LED显示块中的发光二极管共有两种连接方法。⑴共阳极接法发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极。使用时公共阳极接＋5V，这样，阴极端输入低电平的段的发光二极管被点亮，相应的段被显示；其余的段则不点亮。⑵共阴极接法发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极。使用时公共阴极接地，这样，阳极端输入高电平的段的发光二极管被点亮，相应的段被显示；而输入低电平的段则不点亮。4单片机AT89S52简介单片微型计算机SCMC(SingleChipMicrocomputer)简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器CPU（CentralProcessingUnit）、随机存储器RAM（RandomAccessMemory）、只读存储器ROM（ReadAccessMemory）、I/O(Input/Output)接口电路、定时器/计数器以及串行通讯接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。由于它的结构与指令功能都是按照工业控制要求设计的，故又叫单片微控制器4.1AT89S52的引脚及功能图4-1AT89S52的引脚图AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89S52采用40引脚的双列直插封装（DIP方式）。(1)主电源引脚Vcc和VssVcc（40脚）：接＋5V电压；Vss（20脚）：接地。(2)外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，既把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。选用12MHz频率的晶体，允许输入的脉冲频率为500kHz。电容的大小范围为20pF～40pF。4.1.1I/O口P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和定时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），在flash编程和校验时，P1口接收低8P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校验时，P34.1.2P3口的第二功能RST:复位输入。晶振工作时，RST脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（PROG）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作将无效。这一位置“1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE将被微弱拉高。这个ALE使能标志位（地址为8EH的SFR的第PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，PSEN在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，PSEN将不被激活。EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC。4.2特殊功能寄存器特殊功能寄存器(SFR)的地址空间并不是都被定义了。片上没有定义的地址是不能用的。读这些地址，一般将得到一个随机数据；写入的数据将会无效。用户不应该给这些未定义的地址写入数据“1”。由于这些寄存器在将来可能被赋予新的功能，复位后，这些位都为“0”。定时器2：寄存器T2CON和T2MOD包含定时器2的控制位和状态位，寄存器对RCAP2H和RCAP2L是定时器2的捕捉/自动重载寄存器。中断寄存器：各中断允许位在IE寄存器中，六个中断源的两个优先级也可在IE中设置。存储器结构：MCS-51器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64K寻址。程序存储器：如果EA引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于AT89S52，如果EA接VCC，程序读写先从内部存储器（地址为0000H～1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000H～FFFFH。数据存储器：AT89S52有256字节片内数据存储器。高128字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH的地址时，寻址方式决定CPU访问高128字节RAM还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元MOV0A0H,#data使用间接寻址方式访问高128字节RAM。例如，下面的间接寻址方式中，R0内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV@R0,#data堆栈操作也是简介寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。4.2.1看门狗定时器WDT是一种需要软件控制的复位方式。WDT由13位计数器和特殊功能寄存器中的看门狗定时器复位存储器（WDTRST）构成。WDT在默认情况下无法工作，为了激活WDT，用户必须向WDTRST寄存器（地址为0A6H的SFR）依次写入0E1H和0E1H。当WDT激活后，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H喂狗来避免WDT溢出。当计数达到8191(1FFFH)时，13位计数器将会溢出，这将会复位器件。晶振正常工作、WDT激活后，每一个机器周期WDT都会增加。为了复位WDT，用户必须向WDTRST写入01EH和0E1H（WDTRST是只读寄存器）。WDT计数器不能读或写。当WDT计数器溢出时，将给RST引脚产生一个复位脉冲输出，这个复位脉冲持续96个晶振周期（TOSC），其中TOSC=1/FOSC。为了很好地使用WDT，应该在一定时间内周期性写入那部分代码，以避免WDT复位。掉电和空闲方式下的WDT：在掉电模式下，晶振停止工作，这意味这WDT也停止了工作。在这种方式下，用户不必喂狗。有两种方式可以离开掉电模式：硬件复位或通过一个激活的外部中断。通过硬件复位退出掉电模式后，用户就应该给WDT喂狗，就如同通常AT89S52复位一样。通过中断退出掉电模式的情形有很大的不同。中断应持续拉低很长一段时间，使得晶振稳定。当中断拉高后，执行中断服务程序。为了防止WDT在中断保持低电平的时候复位器件，WDT直到中断拉低后才开始工作。这就意味着WDT应该在中断服务程序中复位。为了确保在离开掉电模式最初的几个状态WDT不被溢出，最好在进入掉电模式前就复位WDT。在进入待机模式前，特殊寄存器AUXR的WDIDLE位用来决定WDT是否继续计数。默认状态下，在待机模式下，WDIDLE＝0，WDT继续计数。为了防止WDT在待机模式下复位AT89S52，用户应该建立一个定时器，定时离开待机模式，喂狗，再重新进入待机模式。4.2.2定时器2定时器2是一个16位定时/计数器，它既可以做定时器，又可以做事件计数器。其工作方式由特殊寄存器T2CON中的C/T2位选择。定时器2有三种工作模式：捕捉方式、自动重载（向下或向上计数）和波特率发生器。工作模式由T2CON中的相关位选择。定时器2有2个8位寄存器：TH2和TL2。在定时工作方式中，每个机器周期，TL2寄存器都会加1。由于一个机器周期由12个晶振周期构成，因此，计数频率就是晶振频率的1/12。在计数工作方式下，寄存器在相关外部输入角T2发生1至0下降沿时增加1。在这种方式下，每个机器周期的S5P2期间采样外部输入。一个机器周期采样到高电平，而下一个周期采样到低电平，计数器将加1。在检测到跳变的这个周期的S3P1期间，新的计数值出现在寄存器中。因为识别1－0的跳变需要2个机器周期（24个晶振周期），所以，最大的计数频率不高于晶振频率的1/24。为了确保给定的电平在改变前采样到一次，电平应该至少在一个完整的机器周期内保持不变。捕捉方式：在捕捉模式下，通过T2CON中的EXEN2来选择两种方式。如果EXEN2=0，定时器2时一个16位定时/计数器，溢出时，对T2CON的TF2标志置位，TF2引起中断。如果EXEN2=1，定时器2做相同的操作。除上述功能外，外部输入T2EX引脚（P1.1）1至0的下跳变也会使得TH2和TL2中的值分别捕捉到RCAP2H和RCAP2L中。除此之外，T2EX的跳变会引起T2CON中的EXF2置位。像TF2一样，T2EX也会引起中断。自动重载：当定时器2工作于16位自动重载模式，可对其编程实现向上计数或向下计数。这一功能可以通过特殊寄存器T2MOD中的DCEN（向下计数允许位）来实现。通过复位，DCEN被置为0，因此，定时器2默认为向上计数。DCEN设置后，定时器2就可以取决于T2EX向上、向下计数。可编程时钟输出：如图4-2所示，可以通过编程在P1.0引脚输出一个占空比为50%的时钟信号。这个引脚除了常规的I/O角外，还有两种可选择功能。它可以通过编程作为定时器/计数器2的外部时钟输入或占空比为50%的时钟输出。当工作频率为16MHz时，时钟输出频率范围为61Hz到4Hz。为了把定时器2配置成时钟发生器，位C/T2（T2CON.1）必须清0，位T2OE（T2MOD.1）必须置1。位TR2（T2CON.2）启动、停止定时器。时钟输出频率取决于晶振频率和定时器2捕捉寄存器（RCAP2H，RCAP2L）的重载值，如公式所示：时钟输出频率=（4-1）在时钟输出模式下，定时器2不会产生中断，这和定时器2用作波特率发生器一样。定时器2也可以同时用作波特率发生器和时钟产生。不过，波特率和输出时钟频率相互并不独立，它们都依赖于RCAP2H和RCAP2L。图4-2定时器2时钟输出模式中断：AT89S52有6个中断源：两个外部中断（INT0和INT1），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。这些中断如图9所示每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。对于AT89S52，IE.5位也是不能用的。用户软件不应给这些位写1。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。晶振特性：如图4-3所示，AT89S52单片机有一个用于构成内部振荡器的反相放大器，XTAL1和XTAL2分别是放大器的输入、输出端。石英晶体和陶瓷谐振器都可以用来一起构成自激振荡器。从外部时钟源驱动器件的话，XTAL2可以不接，而从XTAL1接入。由于外部时钟信号经过二分频触发后作为外部时钟电路输入的，所以对外部时钟信号的占空比没有其它要求，最长低电平持续时间和最少高电平持续时间等还是要符合要求的。图4-3中断源图4-4内部振荡电路连接图空闲模式在空闲工作模式下，CPU处于睡眠状态，而所有片上外部设备保持激活状态。这种状态可以通过软件产生。在这种状态下，片上RAM和特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可以被任一个中断或硬件复位终止。由硬件复位终止空闲模式只需两个机器周期有效复位信号，在这种情况下，片上硬件禁止访问内部RAM，而可以访问端口引脚。空闲模式被硬件复位终止后，为了防止预想不到的写端口，激活空闲模式的那一条指令的下一条指令不应该是写端口或外部存储器。掉电模式在掉电模式下，晶振停止工作，激活掉电模式的指令是最后一条执行指令。片上RAM和特殊功能寄存器保持原值，直到掉电模式终止。掉电模式可以通过硬件复位和外部中断退出。复位重新定义了SFR的值，但不改变片上RAM的值。在VCC未恢复到正常工作电压时，硬件复位不能无效，并且应保持足够长的时间以使晶振重新工作和初始化。程序存储器的加密位AT89S52有三个加密位不可编程（U）和可编程获得下表所示的功能。加密位1（LB1）编程后，EA引脚的逻辑值被采样，并在复位期间锁存。如果器件复位，而没有复位，将锁存一个随机值，直到复位为止。为了器件功能正常，锁存到的EA值必须和这个引脚的当前逻辑电平一致。Flash编程―并行模式AT89S52带有用作编程的片上Flash存储器阵列。编程接口需要一个高电压（12V）编程使能信号。5程序设计5.1如何进行程序设计程序设计就是用计算机所能接受的语言把所需解决问题的步骤逐一描述出来，也就是编制计算机的程序，在设计应用系统时，软件的编制是重要环节。软件的质量直接影响整个系统功能的实现。应用程序的设计因系统而异，但程序设计总是有共同特点及其规律的。在编写程序时，采取如下几个步骤：(1)分析问题，明确所要解决问题的要求，将软件分成若干个相对独立的部分。根据功能关系和时序关系，设计出合理的软件总体结构。(2)定程序框图，即根据所选择的计算方法制定框图，这不仅是程序设计的一个重要组成，而且是决定成败的关键部分。(3)合理分配系统资源，分配好单元后，进一步将程序框图画成详细的操作流程。(4)根据程序的流程图和指令系统编写出程序。注意在程序的有关位置处写上功能注释，提高程序的可读性。(5)程序调试。通过编辑软件编辑出的源程序，必须用编译程序汇编后生成目标代码。如果源程序有语法错误，需修改源文件后继续编译，直到无语法错误为止，然后利用目标代码通过仿真器进行程序调试，排除设计和编程中的错误直到成功。(6)程序优化。使各功能程序模块化，子程序化，缩短程序的长度，加快运算速度和节省数据存储空间，减少程序执行的时间。5.2程序流程图图5-1程序流程图结论通过这次毕业设计，我最大的收获就是自己做出来一个东西，结果如何不重要，因为这完全是通过自己制作的，本课题涉及的大部分内容是我以前接触过的。但无论是软件还是硬件，仍有许多需要改进和完善的地方，也有许多可以扩展的地方。这次毕业设计给我的感受很深刻，总结起来有以下几个方面：以前的学习多重于理论方面，而且知识面不够宽，通过这次毕业设计，使我第一次系统全面的回顾了大学四年所有的课程：模拟电路、数字电路、编程等等

从中我还体会到了所学理论知识的重要性，知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。再有学会了怎样查阅资料和利用工具书。由于一个人不可能什么都学过，什么都懂，更加不可能一学就通，因此，在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时，就要去有针对性地查找资料。我经过这次系统的毕业设计，大致地了解了对一课题进行系统研究、设计及制作的全过程。这些认识使我们在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。在往后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增长自己见识补充最新的知识。毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。而且培养了吃苦耐劳的精神以及严谨的作风，提高了交流沟通和团体协作能力。这些对我以后的工作都非常有帮助的。参考文献[1]吴金戌,沈庆阳.8051单片机实践与应用.北京:清华大学出版社,2003.[2]王俊峰.电子产品开发设计与制作.北京:人民邮电出版社,2005.[3]张义和,陈敌北.例说8051.北京:人民邮电出版社,2010.[4]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M].北京:北京航空肮天大学出版社，1996.[5]雷张伟.D类音频功率放大器设计:(硕士学位论文).成都:电子科技大学,2001.[6]谢希德.创造学习的思路.人民日报,1998-12-25(10).[7]姚福安，万鹏.D类音频功率放