【文章內(nèi)容簡介】 采用 ATmega8 作為主控制芯片，該控制器內(nèi)部有較大容量的 Flash、EEPROM、 SRAM；有 32 個 IO口，驅(qū)動的能力 強，內(nèi)部的資源很豐富，并且有 ADC功能，可以直接采集模擬電壓，程序配置簡單，價格低廉 。 方案 2采用 AT89S51芯片作為單片機控制芯片。該芯片價格便宜，功能足夠達到所需；程序編寫簡單，調(diào)試簡單，應(yīng)用也是相當(dāng)多。 結(jié)論：兩種單片機都能夠滿足設(shè)計需要， AT89S51相對較普遍，程序編寫也較為簡單；具體方案采用 At89C51 單片機作為功率顯示的處理器，采用 Atmage8 采集電源電壓，然后用 LED 數(shù)碼管顯示。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 綜上所論，系統(tǒng)采用 TDA7294 集成電路作為音頻功率放大器的主芯片，音色好輸出功 率大；功放的電源制作采用環(huán)變壓器及金屬封裝 LM317/LM338 作為可調(diào)穩(wěn)壓電源， 電源電壓顯示采用 Atmage8 采集電壓并用 LED 數(shù)碼管顯示， 功率顯示采用直流電壓電流檢測模塊作為主要電路，單片機選擇 Atmage8 和 At89C51 作為電源電壓的采集顯示 及功率檢測顯示的處理器。系統(tǒng) 電源設(shè)計框架圖如圖 22 所示、系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計框架 如圖 23 所示。 環(huán)牛變壓器整流整流濾 波濾 波濾 波濾 波可 調(diào) 正 電 壓可 調(diào) 負 電 壓+ 1 2 V 、 + 5 V 1 2 V 、 5 V交 流 3 3 V * 2 輸 入交 流 1 2 V * 2 輸 入1 0 0 0 0 u F * 22 2 0 0 u F * 2L M 3 1 7 / L M 3 3 8可 調(diào) 穩(wěn) 壓L M 7 8 、 7 9 系 列固 定 穩(wěn) 壓 圖 22 系統(tǒng)電源設(shè) 計框圖 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 6 音 頻 功 率放 大 器電 流 電 壓采 樣 模 塊電 壓 采 樣A t m e g a 8單 片 機數(shù) 碼 管顯 示 電 壓電源系統(tǒng)電 壓 比 較 器音 頻 采 樣 輸 入L E D 燈 驅(qū) 動A t 8 9 C 5 1單 片 機液 晶 屏 顯 示電 壓 電 流 功 率音 頻 輸 入M P 3 解 碼 器T A 7 6 3 0音 頻 濾 波音 箱輸 出單獨電源 圖 27 系統(tǒng) 功能結(jié)構(gòu) 設(shè)計框圖 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 7 3 系統(tǒng)的硬件 設(shè)計與實現(xiàn) 電源電路設(shè)計 PCB 制作及電壓檢測顯示 直流電源 TDA7294的工作電壓 在 177。10V ~ 177。40V ,功率在 70W*2， TDA7294的工作電壓只有在177。 28V以上才能很好的發(fā)揮出它的效果，同時工作電流也比較大； 為了能夠滿足功率放大器的最大功率，本設(shè)計采用了 300W環(huán)牛變壓器，雙路交流 33V輸出，整流橋電路通過電流 25A，電流采用大容量 10000uf電解電容作為濾波。穩(wěn)壓器采用三端可調(diào)穩(wěn)壓器 LM317/LM337正負電壓輸出， LM317/LM337是 輸出電壓可變的集成三端穩(wěn)壓塊使用方便、應(yīng)用廣泛 ， LM317的封裝形式有多種，一般有金屬封裝 T0金屬封裝 T03塑料封裝 T0220這三種 （圖 31所示 ）。 圖 31 LM317 封裝圖 本設(shè)計采用金屬封裝 T03功率較大，常被功放發(fā)燒友稱之為金封“毒菇”，性能遠在一般的塑封 LM317/LM337之上，高可靠、耐高溫、低溫飄。比塑封的 317電流大，散熱更好。 輸出電壓： DC；輸出電壓公式： Vo=（ 1+R2/R1） ； 輸出電流： 5mA3A；芯片內(nèi)部具有過熱、過流、短路保護電路；具體電路設(shè)計圖如圖 32所示。 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 8 10000uFC310000uFC7C2C6IN31OUT2ADJU1 LM317BTIN21OUT3ADJU2 LM337BT10uFC410uFC5100uFC1100uFC8240R3240R4RP1RP2GNDT1N 5822 * 4AC33V*2AC 220V/50Hz+VCCVEE~ 32V 輸出~ 32V 輸出LN 圖 32 三端穩(wěn)壓器的電路設(shè)計 三端集成穩(wěn)壓器的 PCB 設(shè)計 三端集成穩(wěn)壓器電路較簡單，外圍器件最少僅需 2個電阻便可組成可調(diào)穩(wěn)壓電路； PCB制作的軟件版本是 Altium ； 由于功放的工作電流較大，在 PCB設(shè)計的時候要注意有 大電流流過的線要 加粗。電源板的焊接板是用敷銅板打印線路用藥水腐蝕而成，板子厚度有 ，硬度較 大，足夠承受電路的物理重量及安裝是的受力壓迫，設(shè)計圖如圖 33所示，實物圖如圖 34所示。 圖 33 電源 PCB 設(shè)計板 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 9 圖 34電源電路實物圖 電源電壓測量及顯示設(shè)計 三端集成穩(wěn)壓器是可調(diào)電源，所以電源輸入給功放板之前需要先測量好其輸出電壓值，測量的方法可以有很多，比如用萬用表直接測量是最準(zhǔn)的，但是使用萬用表測量比較費時，所以設(shè)計了使用 Atmage8單片機 采集兩路電壓， 單片機 ADC最大只能采集5V電壓，因此先用較大功率的電阻分壓后再送給 單片機采集電壓 ，負電壓需要通過一個 1/1反向比例運算放大器，轉(zhuǎn)為正電壓后被 單片機 采集，通過單片機處理運算后在數(shù)碼管上顯示 。其電路設(shè)計圖如圖 35所示，數(shù)碼管顯示電路如圖 36所示。 PC6 (RESET)29PD0 (RXD)30PD1 (TXD)31PD2 (INT0)32PD3 (INT1)1PD4 (XCK/T0)2VCC6GND5PB6 (XTAL1/TOSC1)7PB7 (XTAL2/TOSC2)8PD5 (T1)9PD6 (AIN0)10PD7 (AIN1)11PB0 (ICP)12PB1 (OC1A)13PB2 (SS/OC1B)14PB3 (MOSI/OC2)15PB4 (MISO)16PB5 (SCK)17AVCC18AREF20GND21PC0 (ADC0)23PC1 (ADC1)24PC2 (ADC2)25PC3 (ADC3)26PC4 (ADC4/SDA)27PC5 (ADC5/SCL)28GND3VCC4ADC619ADC722U1ATmega8L8AC12345678910ISPVCCR95K1104C19D51N4148RSTRSTSCKMOSIMISOSB1VCCVCCRSTSCKMOSIMISOPB0PB1PB2PB3PB4PB5PB6PB7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC72311411324ALM324ADGND1KR191KR20VCC0~ 5V12P1112P12VCC+35VEE350~ 5VAD6AD7AD6AD7下載口Atmega8MUC電路反向運算比例電路AD分壓電路復(fù)位電路 圖 35采集控制運算電路 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 10 Q3 2N39061KR13VCCQ4 2N39061KR14VCCQ5 2N39061KR15VCCf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DB1f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DB2f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DB3Q6 2N39061KR16VCCQ7 2N39061KR17VCCQ8 2N39061KR18VCCf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DB4f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DB5f9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DB6PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6PD7PB0 PB1 PB2PB3 PB4 PB5 圖 36 數(shù)碼管顯示電路 音頻功率放大器 的設(shè)計及 PCB 制作 集成功放 TDA7294 音頻功率放大器 電路設(shè)計 TDA7294 是目前性能最好、功率最大的單片音頻放大器之一。它由意法公司根據(jù)分立元件甲乙類音頻功放經(jīng)典電路設(shè)計而成。其前級采用低噪 聲、低失真的雙極性晶體管電路，末級采用高耐壓、大電流 DMOS 管緩沖輸出，既有雙極性電路的音色純正優(yōu)點，又有場效應(yīng)管高壓大電流驅(qū)動輸出特點。 該芯片 的設(shè)計具有耐高壓、低噪音、低失真度、重放音色極具親和力等特色； 且具有靜音待機功能，短路電流及過熱保護功能使其性能更 加 完善 。 芯片 參數(shù)如下 ： 工作電壓范圍： VCC+VEE=80V 電壓范圍 |VCC|+|VEE|=20V80V 輸出功率 最 高達 100W 輸出功率 |VCC|=|VEE|=35V ， RL=8 歐時 為 70W 轉(zhuǎn)換速率 (SR) 10V/us 開環(huán)增益 80dB 總諧波失真（ THD） %(典型值 ) 電路 設(shè)計 使用其官方的典型應(yīng)用電路，接成如圖 37 電路增益為 30dB（ R3/R2），增大 R3 或減小 R2 可以提高放大器增益 ,反之增益下降； TDA7294 的 ⑨ 腳靜音控制端，天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 11 當(dāng)該腳低于 ， TDA7294 執(zhí)行靜音操作，輸出端無信號輸出， ⑩ 腳為待機 模式控制端，當(dāng)該腳低于 ， TDA7294 工作在待機模式，內(nèi) 部電路停止工作 ，使待機和關(guān)機過程都 在靜音狀態(tài)下 進行，確保 了放大器開關(guān)機無噪聲。典型應(yīng)用電路如下圖 37 所示。 1461315781234910TDA729422KR1680R222kR322kR410kR5R647uFC247uFC510uFC310uFC41000uFC61000uFC8100nFC7100nFC9470nFC1GND Vs100nFC10GNDGND+VsGNDGNDGNDGNDGNDLINN1 圖 37 TDA7294應(yīng)用電路 功率放大器的 PCB 制作 采用設(shè)計軟件 Altium 設(shè)計原理圖及 PCB，電路板采用腐蝕銅電路板 制作，電路板厚度 毫米；地走線布線基本符合一點接地的原則，信號地和電源地分開，輸入小信號地和輸出大信號地分開。從而最大限度的減小噪音以及減小自激的可能，提高信噪比。電源線、輸出線電流較大，應(yīng)盡量畫粗，以保證電路足夠大電流通過。電路板的 PCB設(shè)計圖 如圖 38所示，實物圖如圖 39所示。 圖 38 功率放大器的 PCB 板 天津 職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 2021 屆 本科生 畢業(yè)設(shè)計 12 圖 39 功率放大器的實物圖 集 成功放芯片的散熱 由于 TDA7294 工作電流較大，芯片發(fā)熱量大，需要比較大的散熱片，且在一定的情況下需要強制風(fēng)冷。在 PCB 板的設(shè)計就專門給芯片留了散熱片的位置，散熱片采用電腦 CPU 散熱鋁片 改造 ，并且加上風(fēng)扇。 直流控制芯片 TA7630P 集成音頻濾波電路 音頻調(diào)節(jié)電路主要采用 TA7630 為主要芯片，工作電源電壓 177。 5V，它是屬于直流控制， 雙聲道控制； 具有電源供給范圍寬、溫度漂移小、串音小、音調(diào)控制