2012电子设计竞赛"电子产品设计与制作"技术说明书

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.

一、功能要求与技术指标.............................................. 1

二、电路原理图...................................................... 1

三、方案设计........................................................ 2

3.1 前置放大 .................................................... 2

3.2 音调调节控制电路1.......................... 错误！未定义书签。

3.3 反相电路 .................................................... 3

3.4 音量音调调节2............................................... 4

3.5 音频功率放大器 .............................................. 5

3.6 电源模块 .................................................... 6

四、拓展部分........................................................ 7

4.1 音乐盒 ...................................................... 7

4.2 单片机控制输入信号 .......................................... 8

4.3 频率检测 .................................................... 9

4.4 保护电路 .................................................... 9

五、程序部分....................................................... 11

5.1 功能框图 ................................................... 11

5.2 主程序框图 ................................................. 11

5.3 液晶1602................................................... 12

5.4 频率检测 ................................................... 12

5.5 红外遥控 ................................................... 13

5.6 键盘检测 ................................................... 13

六、总程序......................................................... 13

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8Ω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：100Hz～15KHz；

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=0~10，((1+R4)/RV1)=0~10,A2=((1+R12/RV2)=0~10，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=8Ω)，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8Ω阻抗时能够输出>=3W的有效功率，THD≤1%。

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

5.4 频率检测

图5-3 液晶1602

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=P3^2; //红外接口标志

sbit key1 = P1^6 ; sbit key2 = P1^7 ; sbit sw=P3^6; sbit swp1=P1^3; sbit swp2=P1^4; sbit swp3=P1^5;

/*********************************** 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 int sbit RS = P1^0 ; sbit RW = P1^1 ; sbit EN = P1^2 ;

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

/* 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 */ /* 为读信号线 */ /* 为使能端 */

*********************************/ 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 IRcord[4]; unsigned char irdata[33];

/*------------------------------------------------ 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;

TL1=(65535-50000)%256;

Hzgeshu++;

if(Hzgeshu==20)

{ Hzgeshu=0; //

Hznum=Hznum-5;

Hzkqian=Hznum/10000;

定时器重新赋值

//计数1S时间 //时间到

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) {

Hzflag=0; if(Hznum

{ Hznum=0; if(Hzbai)

{ write_cmd(0x80+11); write_data(0x30+Hzbai);

} else { write_cmd(0x80+11); write_data(' '); }

if(Hzbai||Hzshi) { write_cmd(0x80+12); write_data(0x30+Hzshi); } else {

write_cmd(0x80+12); 17

//在1S的时候处理

//如果小于1000的频率//不显示K

write_data(' ');

}

write_cmd(0x80+13);

write_data(0x30+Hzge);

}

if(Hznum>=1000) { if(Hznum%1000!=0) { if(Hzkqian) { write_cmd(0x80+9); write_data(0x30+Hzkqian);

} else { write_cmd(0x80+9); write_data(' ');

}

if(Hzkqian||Hzqian) { write_cmd(0x80+10); write_data(0x30+Hzqian);

} else { write_cmd(0x80+10); write_data(' '); }

if(Hzqian||Hzkqian)

//大于1000显示小数点

//不为整数时显示小数点

{ write_cmd(0x80+11); write_data('.');

} else { write_cmd(0x80+11); write_data(' '); }

write_cmd(0x80+12); write_data(0x30+Hzbai); if(Hzqian) { write_cmd(0x80+13); write_data('k'); }

}

else { 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;

//否则显示整数

// }

}

} 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 )

{ delay( 100 ) ; if( key1==0 ) {

while(!key1);

按下键盘1放大增大

Voice += 200 ; num1+=51; if(num1>=255) num1=255; P2=num1; if( Voice>900 ) { Voice = 1000 ; P2 = 0xff ; }

} }

if( key2==0 ) { delay( 100 ) ; if( key2==0 ) { while(!key2); Voice -= 200 ; num1-=51; if(num1

}

} //按下键盘2放大减小

// 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)

swflag=0;

}

if(swflag==1)

swp1=1; else

swp1=0;

if(swflag==2)

swp2=1;

else

swp2=0;

if(swflag==3) swp3=1;

按键选择音乐播放线路

else

swp3=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;

irdata[i]=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; }

} else {

irtime=0;

}

/*------------------------------------------------ 外部中断1中断处理

------------------------------------------------*/ void EX1_ISR (void) interrupt 2 { Hznum++; }

/*------------------------------------------------ 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(IRcord[2])//判断第三个数码值 { case 0x15: Voice += 200 ;

num1+=51; if(num1>=255) num1=255;

P2=num1; if( Voice>900 )

{

//按下‘+’放大增大按下‘-’放大减小

Voice = 1000 ; P2 = 0xff ;

};

break;//+ case 0x07: Voice -= 200 ; num1-=51; if(num1

}; 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; }

/*------------------------------------------------ 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;i

for(j=1;j

cord=irdata[k];

if(cord>7)//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

{

value>>=1; }

irpro_ok=0;//处理完成标志

}

k++;

IRcord[i]=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 ;

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 ) ;

}

/**************************************

函数功能：1602清屏程序

入口参数：无

出口参数: 无

**************************************/

void lcd_clr( void )

{

write_cmd( 0x01 ) ;

delay( 100 ) ;

}

/*------------------------------------------------

主函数

------------------------------------------------*/

void main(void)

{

uchar8 num,shi,ge,bai,qian;

int temp;

EX0init();

TIM0init();

lcd_init( );

lcd_clr( ) ;

swp1=swp2=swp3=0;

Voice = 0x00 ;

P2 = 0x00 ;

write_cmd( 0x80 ) ;

for(num=0;num

{

write_data(begin[num]);

}

write_cmd( 0xc0 );

for(num=0;num

{

write_data(table[num]);

}

while(1)//主循环

{

sw_music();

if(irok) //

{

Ircordpro(); 如果接收好了进行红外处理

} irok=0;

if(irpro_ok) //如果处理好后进行工作处理，如按对应的按键后显示对应的数字等

{

Ir_work();

}

key();

temp=Voice;

qian=temp/1000;

bai=temp%1000/100;

shi=temp%100/10;

ge=temp%10;

if(temp==1000)

{

write_cmd( 0xcc );

write_data(0x30+qian);

}

else

{

write_cmd( 0xcc );

write_data(' ');

}

if(bai||qian)

{

write_cmd( 0xcd );

write_data(0x30+bai);

}

else

{

write_cmd( 0xcd ); write_data(' '); }

write_cmd(0xce);

write_data(0x30+shi); write_cmd(0xcf);

write_data(0x30+ge); }