畢業(yè)設(shè)計（論文）d類音頻功率放大器的設(shè)計

本科學(xué)生畢業(yè)論文論文題目：D類音頻功率放大器的設(shè)計學(xué)院：電子工程學(xué)院年級：2012級專業(yè)：電子信息工程姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：年月日摘要在過去的近一個世紀(jì)的時間里，音頻功率放大器隨著電子器件的制作工藝越來越精湛也在不斷發(fā)展更新。主要經(jīng)過了電子管階段，晶體管階段，集成電路階段及場效應(yīng)管四個階段。在工作方式上，功率放大器從最初的A、B類不斷發(fā)展到在現(xiàn)今占有統(tǒng)治地位的AB類放大器以及具有更高效率的D類音頻功率放大器?；贒類功放具有效率高、散熱小、體積小、適用于大功率放大器等特點，其在未來必定逐漸搶占AB類放大器的市場。D類功率放大器件因其受脈沖PWM信號的控制，使其處于開關(guān)的工作狀態(tài)。在理想情況下，其工作效率可達(dá)100%。本課題的目的主要是完成一個D類音頻功率放大器的設(shè)計。完成對輸入的音頻信號進(jìn)行放大，輸出功率設(shè)置在0~5W之間，且輸出信號無明顯的失真，并完成對其功率及音量的大小進(jìn)行顯示輸出等功能。關(guān)鍵詞D類放大器；脈沖寬度調(diào)制；功率

AbstractInthepastonecentury'stime,thedevelopmentofaudiopoweramplifierinthematerialwiththeproductionprocessofelectronicdevicesmoreandmoreexcellentalsointhecontinuousdevelopmentandrenewal.Mainlythroughthetube,transistorstage,integratedcircuitandFETfourstages.Inthework,fromtheinitialA,classBamplifierdevelopmentclassABamplifieroccupiesadominantpositioninthecurrentandclassDaudiopoweramplifierhashigherefficiency.BasedonclassDamplifierwithhighefficiency,lowheatdissipation,smallsize,suitableforhighpoweramplifierandotherfeatures,inthefuturewillgraduallytoseizetheABclassamplifiermarket.Dclasspoweramplifierdevicebecauseofitscontrolofthepulsesignal,sothatitisintheworkingstateoftheswitch.Underidealcircumstances,theworkingefficiencycanreach100%.ThemainpurposeofthisprojectistocompletethedesignofaclassDaudiopoweramplifier.Amplificationoftheaudiosignaltotheinputandoutputpowersettingsin0~5W,andtheoutputsignalshavenoobviousdistortion,andthecompletionofthepowerandthesizeofthevolumedisplayoutputfunction.KeywordsClassDamplifier;Pulsewidthmodulation;power目錄摘要 IAbstract II目錄 1第一章引言 11.1研究背景與現(xiàn)狀 11.2設(shè)計目的與意義 11.3論文主要內(nèi)容 2第二章功率放大器的簡介 42.1放大器的性能指標(biāo) 42.2功率放大器的種類 5A類功率放大器原理 5B類功率放大器原理 5AB類功率放大器原理 6D類功率放大器原理 72.3小結(jié) 8第三章原器件介紹 93.1TDA2030音頻功法電路特性 93.2STC12單片機(jī)的基本特性 103.3LCD1602液晶顯示器簡介 103.4小結(jié) 11第四章D類音頻功率放大器電路設(shè)計 134.1TDA2030音頻放大整體電路 13拾音輸入電路 13負(fù)反饋電路 14輸出電路 144.2顯示模塊電路 15STC12主控電路 15LCD1602顯示電路 164.3電源模塊電路 164.4小結(jié) 17第五章顯示模塊軟件設(shè)計 185.1整體軟件設(shè)計 185.2LCD1602顯示過程介紹 185.3小結(jié) 19結(jié)論 20參考文獻(xiàn) 21附錄一 22附錄二 23致謝 30第一章引言1.1研究背景與現(xiàn)狀自從近半個世紀(jì)以前提出D類功放的理論，D類功放的發(fā)展就與電子器件的發(fā)展一起更新?lián)Q代。音頻放大器就是電子管放大器歷史上的第一個應(yīng)用。在早期晶體管與集成電路還未發(fā)展到如今高度集成化的狀態(tài)時，發(fā)展D類功率放大器的技術(shù)還無法滿足要求。因此，在那一段時間D類音頻功率放大器的研究發(fā)展幾乎停留在理論階段。而21世紀(jì)以來，音頻領(lǐng)域的數(shù)字化在世界掀起了巨大的浪潮。人們在生活中對音、視頻的品質(zhì)要求越來越高，從而人們不得不加快研究開發(fā)高效高質(zhì)與數(shù)字化的音頻功率放大器的腳步。隨著各種移動設(shè)備發(fā)展更新越來越快，但卻受電池體積、散熱、容量的限制。所以人們對音頻功率放大器的品質(zhì)要求逐漸趨向于更高效率、更綠色化、更小的發(fā)熱量、更小的體積、更便于攜帶等特點。傳統(tǒng)的模擬功率放大器存在電路設(shè)計復(fù)雜，制作花費高，效率低下等特點，主要是因為其通過選用高質(zhì)量的元件，設(shè)計復(fù)雜的補(bǔ)償電路與負(fù)反饋電路等方式來盡可能的減小失真。而現(xiàn)今要求音頻功率放大器一方面應(yīng)具有工作效率高，功能多的特點，而另一方面又要保持或減少功率的輸出。D類音頻功率放大器就滿足了上述要求。傳統(tǒng)的音頻功率放大器在工作時，是直接放大模擬信號，放大器必須工作在線性放大區(qū)，其耗散功率會很大。但D類音頻功率放大器與傳統(tǒng)的功率放大器不同的是D類功法為PWM型功率放大器，工作在開關(guān)狀態(tài)。這種功率放大器要么完全導(dǎo)通，要么完全關(guān)閉，即大幅度減少了輸出的功率，其效率完全有可能達(dá)到90%以上。D類功率放大器在應(yīng)用中存在許多方面的優(yōu)勢，其較小的耗散功率則代表著更低的熱量散失，更低的成本，更小的空間以及便攜式電池更長的工作時間等。D類音頻功率放大器憑借其高效率的特點，已經(jīng)開始在汽車電子，家庭影音等市場領(lǐng)域逐漸取代AB類功率放大器。這些應(yīng)用對D類功率放大器的要求多種多樣，從而使D類功率放大器的產(chǎn)品更趨于多樣化。各大半導(dǎo)體公司也在紛紛推出性能越來越完善的D類音頻功率放大器的設(shè)計產(chǎn)品。D類功率放大器的銷售總值也在逐年快速上漲。1.2設(shè)計目的與意義進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機(jī)，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個共同點，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個音頻放大器；另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類放大器被開發(fā)出來了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因為，功率越大，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號，信號音量和功率級都要理想——如實、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz～20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng)(驅(qū)動頻帶受限的揚(yáng)聲器時要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大，從耳機(jī)的毫瓦級到TV或PC音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求。音頻放大器的一種簡單模擬實現(xiàn)方案是采用線性模式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個環(huán)增益也很高。因為高環(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑的非線性引起的失真，而且通過提高電源抑制能力(PSR)來降低電源噪聲，所以經(jīng)常采用反饋。1.3論文主要內(nèi)容本課題主要研究D類音頻功率放大器的原理及電路硬件的實現(xiàn)。利用5V與12V的電源分別對單片機(jī)控制模塊與功放?？爝M(jìn)行供電，輸出功率可達(dá)5W，效率不低于80%。本文各章節(jié)的內(nèi)容安排如下：第一章為引言，介紹本課題的研究背景及現(xiàn)狀，設(shè)計的目的及意義，以及論文的主要內(nèi)容安排。第二章介紹音頻功率放大器的類型及其原理，通過各種運(yùn)放的比較來提出本文的設(shè)計結(jié)構(gòu)。第三章介紹D類功率放大器的結(jié)構(gòu)與工作原理并對單片機(jī)STC12與LCD1602液晶顯示的基礎(chǔ)知識進(jìn)行簡單介紹。第四章對設(shè)計中運(yùn)用到的各種電路?？爝M(jìn)行說明。分別包括對TDA2030音頻放大整體電路，負(fù)反饋電路，電源電路，STC12芯片控制電路，液晶顯示電路等的設(shè)計。講述設(shè)計中各個元件的功能及所起到的作用。第五章提出D類音頻功率放大器系統(tǒng)顯示電路模塊的軟件設(shè)計。

第二章功率放大器的簡介2.1放大器的性能指標(biāo)1、增益又稱放大倍數(shù)，衡量放大電路放大電信號的能力。最常用的電壓增益： （2-1）2、輸入電阻，從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。輸入電壓反映了放大電路從信號源汲取電壓的能力。輸入電阻等于輸入電壓與輸入電流之比：（2-2）3、輸出電阻，放大電路負(fù)載開路時從輸出端看進(jìn)去的等效電阻。輸出電阻反映了放大電路帶負(fù)載能力，越小，則放大電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)，電路輸出越接近恒壓源的輸出。4、額定功率，音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值（＜1%）的最大功率成為額定功率：（2-3）為負(fù)載兩端的最大不失真電壓，為額定負(fù)載阻抗。5、頻率響應(yīng)，放大器的電壓增益相對于中音頻（1KHz）的電壓增益下降3dB時所對應(yīng)的低音音頻和高音音頻稱為放大器的頻率響應(yīng)。測量條件如下：調(diào)節(jié)音量控制器使輸出電壓約為最大輸出電壓的50%，輸入端接音調(diào)控制器，使信號發(fā)生器的輸出頻率從20Hz—20KHz（保持=20mV不變）測量負(fù)載電阻上對應(yīng)的輸出電壓。6、噪聲電壓，使輸入為零時，輸出負(fù)載上的電壓稱為噪聲電壓。測量：使輸入端對地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負(fù)載的電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。2.2功率放大器的種類A類放大器(又稱甲類放大器)的特點是不論是否輸入信號，其輸出電路恒有電流流通，而且這種放大器通常是在特性曲線的線性范圍內(nèi)操作，如圖2-1所示，以求放大后的信號不失真。所以它的優(yōu)點，是失真度小，信號越小度越高，最大的缺點是“功率效益”（PowerEfficiency）低，最大只有25%，不輸入信號時絲毫不降低消耗功率，極不適合做功率放大。但因其高度，部分高級音響器材仍采用A類放大器。 圖2-SEQ圖1—\*ARABIC1A類功率放大器的特性曲線 B類功率放大器（乙類）是工作點在特性線極端處的一種放大器，如圖2-2所示。當(dāng)沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。根據(jù)定義，這種零偏壓的電路就是一種B類放大器。然而，由于它的靜態(tài)點在（VCC，0）處，因此，對于一個正弦波輸入信號，它的輸出端波形只剩半個周期是可以預(yù)期的。解決上述問題的方法，是將另一半周期的信號以一PNP型BJT與原射級跟隨器相接，形成所謂的“互補(bǔ)式射級跟隨器”(ComplementaryEmitterFollower)，又稱為“B類推挽式放大器”（ClassBPush-PullAmplifier），如圖2-2所示。其動作原理，在Vi的正半周其間，Q1導(dǎo)通且Q2截止，所以，形成圖2-3的輸出端正半周正弦波；同理，當(dāng)Vi為負(fù)半周時，Q1截止而Q2導(dǎo)通，結(jié)果形成輸出端負(fù)半周正弦波，如圖2-3虛線部分所示。圖2-2B類功率放大器電路圖圖2-3B類功率放大器特性圖在上文中提到的B類放大器會產(chǎn)生的交越失真，是因為信號幅度在之間時Q1與Q2三極管均無法導(dǎo)通所造成的。因此，如果在Q1與Q2之間加兩個0.6V的電池，如圖2-4所示，當(dāng)輸入信號幅值在±0.6V之間時，Q1、Q2也可以導(dǎo)通，從而達(dá)到減小失真的效果。這樣就形成了AB類放大器。AB類放大器的信號失真盡管比B類放大器要小，但是以待命功率的浪費及功率效率的損失為代價的。圖2-4AB類功率放大器電路圖通過對以上各類放大器的介紹，可以看出無信號輸入時，電路中所形成的直流功耗是放大器效率的基本影響因素。零輸入時電流愈大則損耗越大，效率越低。因此，應(yīng)降低工作點，在無音頻信號輸入時盡量減少直流損耗，從而提高放大器的效率。但是，在降低工作點的同時，信號導(dǎo)通角也會減小。而導(dǎo)通角越小波形失真越嚴(yán)重，在輸出信號中的諧波成分也會增加，往往這兩個要求是相互矛盾的。如果輸入邊沿很陡峭的波形，在降低工作點的同時導(dǎo)通角只會受到很小的影響，從而達(dá)到減小失真而效率又得到提高的效果。當(dāng)輸入的信號為矩形波時（其為波形陡峭的極端狀態(tài)），不管偏置將如何變化，因信號邊沿幾乎是垂直的，導(dǎo)通狀態(tài)都不會發(fā)生變化，這就是D類功率放大器工作于脈沖放大狀態(tài)的基本原因。D類放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，沒有音頻信號輸入時不會產(chǎn)生電流，在導(dǎo)通時，不會產(chǎn)生直流損耗。在實踐中，因開關(guān)斷開時器件仍會有很小的漏電流，而開關(guān)導(dǎo)通時器件仍會有一定的壓降，并不會完全短路，所以仍會存在部分直流損耗，使得效率不能達(dá)到100%，但實際也能達(dá)到在80%～90%。此類放大器是目前應(yīng)用效率最高的放大器。正是因為D類放大器效率高，損耗只有10%左右，故使用的散熱器只需幾個平方厘米，使用的電路板也可以做的很小，使體積和重量都大大減小。并且由于其工作的脈沖狀態(tài)比音頻高10余倍，電源整流紋波對電路工作影響會很小。當(dāng)D類音頻功率放大器輸入模擬音頻信號時，首先經(jīng)過PWM調(diào)制器，將模擬信號變成高頻率PWM脈沖信號，信號的幅度與脈沖信號的脈寬相對應(yīng)。再經(jīng)脈沖推動器驅(qū)動脈沖功率放大器工作，最后經(jīng)過低通濾波器帶動揚(yáng)聲器發(fā)聲。2.3小結(jié)本章主要對音頻功率放大器的性能指標(biāo)以及音頻功率放大器的種類及其特點進(jìn)行介紹。通過各類音頻功率放大器的優(yōu)缺點的比較，對D類音頻功率放大器的特點有更清晰的認(rèn)識。

第三章原器件介紹3.1TDA2030音頻功法電路特性TDA2030A音頻功放電路采用的封裝結(jié)構(gòu)為V型5腳單列直插式塑料封裝，如圖3-8所示。根據(jù)引腳的形狀將其分為H型和V型。該集成電路在汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音響設(shè)備中應(yīng)用較廣。圖3-1TDA2030外形圖如圖3-1所示，1腳為正向輸入端，2腳為反向輸入端，3腳為負(fù)電源輸入端，4腳為功率輸出端，5腳為正電源輸入端。TDA2030電路具有以下特點：外部電路所接元件少、輸出功率大、封裝超小、組裝密度可提高、開機(jī)沖擊極小等特點。其內(nèi)部包含多種保護(hù)電路，工作時可做到安全可靠[11]。主要保護(hù)電路有：熱保護(hù)電路、短路保護(hù)電路、電源極性反接（Vsmax=12V）、地線偶然開路以及負(fù)載泄放電壓反沖等。TDA2030工作的最低電壓為±6V，最高電壓為±22V。在處于±19V、8Ω阻抗時可輸出的有效功率為16W。在使用TDA2030音頻功放是需要注意以下幾點：1）TDA2030具有負(fù)載泄放電壓反沖保護(hù)電路，若所加電源的峰值電壓超過40V，則必須在5腳與所加電源之間加入LC濾波器，使用二極管限壓（5腳由于某些原因產(chǎn)生了高壓，一般因為喇叭中線圈起到的電感作用，保證其電壓與電源的電壓相等）來使5腳上的脈沖串保持在一定的幅度值內(nèi)。2）熱保護(hù)：限熱保護(hù)有以下優(yōu)點，能夠容易承受輸出的過載（甚至是長時間的），或者環(huán)境溫度超過時均起保護(hù)作用。3）與普通電路相比較，散熱片可以有更小的安全系數(shù)。萬一結(jié)溫超過時，也不會對器件有所損害。4）印刷電路板設(shè)計時必須較好的考慮地線與輸出的去耦，因為這些線路有大的電流通過。5）裝配時散熱片與之間不需要絕緣，引線長度應(yīng)盡可能短，焊接溫度不得超過260℃，12秒。6）雖然TDA2030A所需的元件很少，但所選的元件必須是品質(zhì)有保障的元件。3.2STC12單片機(jī)的基本特性STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高效/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8到12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換，針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合。其基本工作特性如下：2）工作頻率范圍：0~35MHZ。3）內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。4）外部掉電檢測電路。5）時鐘源，用戶在下載程序時，可根據(jù)需要選擇使用高精度的外部時鐘，還是內(nèi)部R/C振蕩器。在精度要求不高時，可使用內(nèi)部時鐘。但因為有制造誤差和溫差，需與實際測試為主。6）4個16位定時器，2個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器。7）通用I/O口（40個），所有I/O口均可有軟件配置成4種工作類型之一，分別為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉、強(qiáng)推挽輸出/強(qiáng)上拉、僅為輸入（高阻）或開漏輸出功能。8）A/D轉(zhuǎn)換在P1口，共8路10位精度ADC。3.3LCD1602液晶顯示器簡介LCD1602為字符型液晶顯示器，能夠同時顯示16*2即32個字符。它是一種點陣型液晶?？?，在設(shè)計時專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等。它是由許多個5*7或者5*11等點陣字符位組成，其中每個點陣字符都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也存在間隔。LCD1602具有小功耗、小體積、豐富的顯示內(nèi)容、超薄輕巧的特點，常用在袖珍式儀表和低功耗的系統(tǒng)中。LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其具體引腳說明見表3-1。表3-SEQ表1—\*ARABIC1LCD1602引腳說明管腳號符號功能管腳號符號功能1Vss電源地（GND）9DB2數(shù)據(jù)2Vdd電源電壓（+5V）10DB3數(shù)據(jù)3V0LCD驅(qū)動電壓11DB4數(shù)據(jù)4RS寄存器選擇輸入端12DB5數(shù)據(jù)5R/W讀寫控制輸入端13DB6數(shù)據(jù)6E使能信號輸入端14DB7數(shù)據(jù)7DB0數(shù)據(jù)15A背光正端（+5V）8DB1數(shù)據(jù)16K背光負(fù)端（0V）LCD1602具有豐富的指令集，共有11條指令，可以完成對LCD1602的各個功能的基本操作。11條指令分別如下：1）清屏指令。清除屏幕，將空白填入到DDRAM的所有內(nèi)容中，光標(biāo)歸位，置地址計數(shù)器（AC）為零。2）光標(biāo)歸位指令。將光標(biāo)撤回到顯示屏的左上方，將AC置0，保持DDRAM的內(nèi)容不變。3）輸入方式設(shè)置指令。對光標(biāo)在屏幕上的移動方向進(jìn)行設(shè)置，并對屏幕中整體顯示的內(nèi)容是否移動進(jìn)行設(shè)置。4）顯示開關(guān)控制指令。調(diào)整體顯示開關(guān)，光標(biāo)開關(guān)及光標(biāo)位的字符閃耀。5）移位指令。移動光標(biāo)或整體顯示，同時不改變DDRAM內(nèi)容。6）功能設(shè)置指令。設(shè)置接口數(shù)據(jù)位數(shù)顯示行數(shù)及字形。7）CGRAM地址設(shè)置。設(shè)置CGRAM地址，設(shè)置后DDRAM數(shù)據(jù)被發(fā)送和接收。8）DDRAM地址設(shè)置。設(shè)置DDRAM地址，設(shè)置后DDRAM數(shù)據(jù)被發(fā)送和接收。9）讀忙信號或AC地址。讀忙信號位判斷內(nèi)部操作正在執(zhí)行并讀地址計數(shù)器內(nèi)容。10）寫入數(shù)據(jù)CG/DDRAM指令。寫數(shù)據(jù)到CG或DDRAM。11）讀出數(shù)據(jù)從CG/DDRAM指令。讀取CG或DDRAM中的內(nèi)容。3.4小結(jié)本章主要對本課題設(shè)計中所使用的原器件進(jìn)行簡要介紹。在后續(xù)設(shè)計使用過程中，將更方便理解并使用這些原器件。

第四章D類音頻功率放大器電路設(shè)計整個系統(tǒng)的核心是TDA2030音頻功放電路對輸入的音頻信號進(jìn)行放大，在完成功率放大的同時完成對設(shè)計的電壓、電流的采集，計算并顯示輸出功率及完成對音量大小的控制。TDA2030集成電路具有體積小，輸出功率大，失真小等特點，且具有內(nèi)部保護(hù)電路。而以STC12為主的主控電路則完成對信息的采集與輸出。整體系統(tǒng)的電路圖見附錄。4.1TDA2030音頻放大整體電路在課題的研究過程中，TDA2030音頻放大電路為完成設(shè)計的主要核心電路。其電路圖如下圖4-1。電路中包含拾音電路，音頻功率放大電路，負(fù)反饋電路，濾波電路四部分。在圖中R6與R14兩個電阻是供正端提供電源電壓的中電電壓。C8為去耦電容器，其作用是使電源經(jīng)兩個100K分壓后，經(jīng)過C8濾波后在向IC的1腳提供工作點。反向端的R13電阻與C10電容對信號進(jìn)行一個濾波作用。D1與D2為1N4007小功率整流二極管，他們是保護(hù)二極管，防止輸出電壓峰值損壞集成塊TDA2030。圖4-1音頻放大電路拾音電路即捕捉音頻信號電路，是對音頻輸入信號進(jìn)行采集。此部分將從麥克風(fēng)捕捉到的音頻信號轉(zhuǎn)化為電信號傳輸?shù)揭纛l功率放大電路。其電路圖如圖4-2。圖4-2拾音電路在此電路中，R7為音量控制電位器。用來調(diào)節(jié)放大器的音量大小。C6為輸入耦合電容，同時也起到隔離直流信號的作用負(fù)反饋電路具有穩(wěn)定輸出信號或增益，擴(kuò)展通頻帶等作用。為了穩(wěn)定D類音頻功率放大器對音頻信號的放大倍數(shù)及優(yōu)化其頻率特性，D類音頻功率放大器通常在設(shè)計過程中都會加入負(fù)反饋電路。如下圖4-3所示負(fù)反饋電路中R11為負(fù)反饋電阻。在圖4-3中，4.7K電阻與150K電阻分壓后提供負(fù)反饋信號。反饋系數(shù)F約為：（4-1）故放大器的電壓放大倍數(shù)A約為1/F，即放大倍數(shù)為33倍左右。圖4-3負(fù)反饋電路輸出電路如圖4-4所示，其中C7為輸出耦合電容。在電路連接揚(yáng)聲器時，而揚(yáng)聲器為感性負(fù)載，R9、C11可確保輸出的高頻穩(wěn)定性。輸出VOUT所接為8V、5W揚(yáng)聲器。圖4-4輸出電路4.2顯示模塊電路本課題添加了顯示?？靵韺敵龉β始耙袅看笮】刂七M(jìn)行顯示。利用拾音電路中的R7電位器調(diào)節(jié)音量時，STC12芯片將從輸出端采集的數(shù)據(jù)輸入P11與P12口，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果保存在特殊功能寄存器ADC_RES和ADC_RESL中。其在寄存器中存儲的方式受AUXR1寄存器的ADRJ位控制。當(dāng)ADRJ位為0或為1時，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果在寄存器ADC_RES和ADC_RESL的數(shù)據(jù)存儲格式不同。在本設(shè)計中ADRJ設(shè)置為0，其存儲格式是將10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果中的高8位存放在寄存器ADC_RES中，低2位存放在寄存器ADC_RESL的低2位中。再提取其中的數(shù)據(jù)，用P0口進(jìn)行輸出到LCD1602液晶屏進(jìn)而顯示。如下圖4-5所示，其為STC12芯片系統(tǒng)電路。其中XTAL與電容C2、C3組成晶振電路，其為STC12芯片提供時鐘輸入。C1與R1組成上電復(fù)位電路，當(dāng)電源電壓VCC低于上電復(fù)位電路的檢測門檻電壓時，所有的邏輯電路都會復(fù)位。當(dāng)VCC重新恢復(fù)正常電壓時，延遲32768個時鐘后，上電復(fù)位/掉電復(fù)位結(jié)束。進(jìn)入掉電模式時，上電復(fù)位功能被關(guān)閉。在本設(shè)計中，P0口設(shè)置為準(zhǔn)雙向口/弱上拉的工作方式，其為傳統(tǒng)的8051芯片的I/O口模式。作為輸出口時，P0是漏極開路輸出，類似于OC門，當(dāng)驅(qū)動上接電流負(fù)載時，需要外接上拉電阻（即為圖中的R2排阻）。圖4-5STC12主控電路根據(jù)文章前面介紹的LCD1602液晶屏的引腳介紹及功能說明，LCD1602液晶顯示電路如圖4-6所示。圖4-6LCD1602顯示電路4.3電源模塊電路STC12芯片的工作電壓為5V。利用7805芯片將輸入的12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓，從而為STC12芯片進(jìn)行供電。其電路圖如圖4-7所示。圖4-7電源模塊電路4.4小結(jié)本章對設(shè)計的D類音頻功率放大器的整體電路及各部分設(shè)計的電路圖進(jìn)行說明。包括TDA2030音頻放大整體電路、顯示模塊電路、電源模塊電路三部分。每部分都詳細(xì)介紹了各部分包含的子電路及其作用。此部分是整個設(shè)計的功能實現(xiàn)。

第五章顯示模塊軟件設(shè)計5.1整體軟件設(shè)計本課題中軟件設(shè)計主要應(yīng)用是在顯示模塊電路中。其主要完成對數(shù)據(jù)的采集與A/D轉(zhuǎn)換，并控制LCD1602進(jìn)行顯示輸出其功率以及音量的大小。其整體框圖如下圖5-1所示。本課題設(shè)計顯示模塊程序首先是對LCD1602與ADC進(jìn)行初始化，在通過STC12芯片從P11與P13口獲取的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。通過程序獲取轉(zhuǎn)換后的各個位上的值，在利用P0口驅(qū)動LCD1602顯示數(shù)據(jù)。其整體程序見附錄二。圖5-1顯示模塊框圖5.2LCD1602顯示過程介紹LCD1602的顯示過程如圖5-2，首先對液晶屏進(jìn)行初始化，再檢測忙信號（忙信號在每次寫指令、讀/寫數(shù)據(jù)操作之前均需檢測）。只有在忙標(biāo)志BF=0時，MPU才能訪問模塊。MPU對指令寄存器執(zhí)行寫操作，而數(shù)據(jù)寄存器與DDRAM與CGRAM之間的數(shù)據(jù)傳遞自動進(jìn)行。最后在屏幕上顯示已經(jīng)寫入的需要顯示的數(shù)據(jù)。圖5-2液晶顯示過程框圖5.3小結(jié)本章主要對課題中所設(shè)計的顯示模塊中的程序進(jìn)行整體思路描述，如圖5-1整體框圖。并對部分程序即LCD1602初始化程序、ADC初始化程序進(jìn)行主要說明。在原有的D類音頻功率放大器中加入顯示方面的內(nèi)容，是本課題的設(shè)計的一大特點。

結(jié)論本課題主要設(shè)計了D類音頻功率放大器。首先論述了各類功率放大器的原理與區(qū)別，介紹了D類音頻功率放大器的原理及設(shè)計所需的各個原器件。其次對各部分電路進(jìn)行設(shè)計并說明。最后對軟件設(shè)計及硬件實現(xiàn)進(jìn)行論述。本課題主要完成的功能是對音頻進(jìn)行功率放大，并能對輸出音頻信號的音量利用電位器進(jìn)行控制。并設(shè)計了顯示音頻輸出的功率及音量大小的功能。論文的重點在于對放大器的硬件設(shè)計，在理論分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計并完成其實物電路，完成了各項功能。在本次論文的設(shè)計過程中，主要出現(xiàn)了如下兩方面的問題。首先在硬件的設(shè)計過程中出現(xiàn)噪音很大的問題，在后續(xù)設(shè)計中，加入負(fù)反饋電路，濾波電路等對其進(jìn)行濾波?；就瓿闪藢⒃胍舯M量減小。其次，在軟件程序設(shè)計過程中，遇到很多運(yùn)行不成功的情況。在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中，發(fā)現(xiàn)部分程序語法出現(xiàn)問題，并解決了此方面的問題。通過本次畢業(yè)設(shè)計，讓我更深入的了解了D類音頻功率放大器的原理。同時在此過程中學(xué)習(xí)到很多在課上沒有學(xué)到的寶貴經(jīng)驗，在今后生活中也會令我受益匪淺。

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