【正文】 LM324 的封裝形式為塑封 14 引線雙列直插式。 LM324 內部包括有兩個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)倪\算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。 一177。運算放大器通過外接電阻電路構成一個能放大 20 多倍的拾音電路，運放的兩個輸出端接入降低噪聲的芯片輸入通道。 本科生畢業(yè)設計（論文） 16 硬件電路圖 D 類音頻功率 放大器 的硬件電路如圖 所示。在 BSP 與 OUT 之間接一個 的自舉電容， 選取陶瓷的，耐壓值在 16V以上。 PLIMIT 與地之間要有 1μ F 的電容相接。 在 功率限制引腳外部電路 中， PLIMIT 引腳的功能是用于限制輸出功率。 Filter A 的截止頻率一般在 10MHz，用于 EMI 濾波，使用時需要具備的； Filter B 的截止頻率在 30kHz 左右，用于減弱傳統(tǒng) D 類功放的尖峰電流效應，由于 TPA3112D1 的先進設計大大減輕了尖峰電流效應， Filter B 在絕大多數(shù)音頻應用中可選加或者不加（如果需要在純電阻負載上看 到連續(xù)的模擬信號，需要加入 Filter B）。 在 功率輸出電路 中， 在 BSN 與 OUTN、 BSP 與 OUTP 之間需要接上一個 μ F 的自舉電容，自舉電容應選取陶瓷電容，耐壓值需要至少 16V。 另外兩個輸入電容型號應一致，選取時也應注意耐壓值應大于承受電壓，需要留有裕量。 在 音頻輸入電路 的 設計 中， 差分輸入應用中，差分信號一定通過電容與輸入引腳INN 和 INP 相連。 PLIMIT是輸出功率調節(jié)管腳， 設計時將該管腳與地之間加入 1μ F 電容， 如果直接與 GVDD 相連，則功率調節(jié)功能無效 。 GAIN0 增益選擇管腳 GAIN1 增益選擇管腳 功率輸出 OUTP D 類 H 橋正端輸出； OUTN D 類 H 橋負端輸出； BSP D 類 H 橋正端輸出高端 FET 驅動自舉輸入引腳； BSN D 類 H 橋負端輸出高端 FET 驅動自舉輸入引腳； 其中， nSD 是待機邏輯信號引腳， TTL 邏輯電平需與 AVCC 匹配 ， 低電平：高阻抗輸出，高電平：正常輸出 ； nFAULT 是 芯片錯誤狀態(tài)輸出信號 引腳 ，電壓需與 AVCC 匹配 ， 將 nSD 與 nFAULT 連接，可在短路錯誤自恢復。 TPA3112D1 芯片 本科生畢業(yè)設計（論文） 14 各個管腳定義如 下表 所示。因此在相同輸出的條件下， H 橋的供電電壓是傳統(tǒng)的單橋臂的 D 類放大器的供電電壓的一半。 當 DRVP 與 DRVN 同高同低時， OUTP 與 OUTN 的電壓變化相同，可知負載上沒有電流通過。該芯片供電范圍為 8V~26V；采用 H 橋作為功率輸出級，使得其可在輸出沒有傳統(tǒng)的 LC 濾波器的情況下直接驅動感性負載；輸入的音頻信號可以是差分形式，其中在 24V 供電情況下，滿負載驅動 8Ω 的橋接式揚聲器，聲音失真率僅為 %。 主控單元最小系統(tǒng) 主控單元 最小系統(tǒng) 的硬件電路圖如圖 所示。 至 是 通用型數(shù)字 I/O 引腳， 因此可通過這些引腳來控制程控電路，實現(xiàn)對 D 類音頻功率放大 器的程控，具體原理在程控電路部分詳細講解。因此，將從拾音電路出來的音頻接入到 ，通過實時 A/D 檢測來檢測嘯叫。它主要是利用電阻的分壓來實現(xiàn)的，在此設計中，采用按鍵復位電路。按鍵復位電路：它不 僅具有上電復位電路的功能，同時它的操作比上電復位電路的操作要簡單的多。上電復位電路：上電復位是單片機上電時復位操作，保證單片機上電后立即進入規(guī)定的復位狀態(tài)。 MSP430G2553 單片機的正常工作需要 直流電 ,因為 DVCC 是接 數(shù)字電源電壓的引腳，因此 DVCC 接 直流電，而開關電源只提供 12V 直流電，所以需要 LM317芯片將電壓調節(jié)到 ，以保證系統(tǒng)正常工作。器件保護熔絲被連接至 TEST 上； DVCC 數(shù)字電源電壓； DVSS 接地參 考； 本科生畢業(yè)設計（論文） 12 另外， MSP430G2553 單片機具有 5 種節(jié)能模式： (1) 用于模擬信號比較功能或者斜率模數(shù) (A/D) 轉換的片載比較器 ； (2) 可在不到 1μs 的時間里超快速地從待機模式喚醒 ； (3) 16 位精簡指令集 (RISC) 架構， 指令周期時間 ； (4) 帶內部基準、采樣與保持以及自動掃描功能的 10 位 200ksps 模數(shù)轉換器 ； (5) 基本時鐘模塊配置 ； 工作原理 主控 單元 主要是通過單片機程控音頻功放，對音頻功放輸出的音頻進行 A/D 檢 測以檢測嘯叫，控制帶阻濾波器的中心頻率以更高效地抑制回嘯 。 各個引腳的功能 如下表 所示。 MSP430G2553 單片機具有一個 10 位模數(shù) (A/D) 轉換器，低電源電壓范圍： 至 ，具有四種校準頻率并高達 16MHz 的內部頻率， 串行板上編程，內部超低功耗低頻 (LF) 振蕩器無需外部編程電壓，內含 32kHz 晶振，具有外部數(shù)字時鐘源，分別具有三個捕獲 /比較寄存路器 。同時，MSP430 有著開發(fā)簡單，容易上手的優(yōu)勢，這為新手進行單片機學習提供了很大的便利于幫助。 除采用先進的制造工藝使芯片的靜態(tài)電流 盡可能降低外， MSP430 的獨立可配置的時鐘系統(tǒng)是其低功耗的基石之一。這樣可以提高指令執(zhí)行速度和效率，增強了 MSP430 的實時處理能力。 主控單元電路設計 芯 片介紹 DVCC123456789101112131415RST16TEST171819DVSS20U?MSP430G2553 圖 MSP430G2553 單片機的引腳圖 MSP430 是德州儀器（ TI）一款性能卓越的超低功耗 16 位單片機，自問世以來MSP430 單片機一直是業(yè)內公認的功耗最低的單片機。 系統(tǒng) 硬件電路包括 七 部分： 主控單元、 拾音電路、程控電路、 D 類音頻功率放大器、嘯叫檢測、 回嘯抑制 、 開關電源 穩(wěn)壓 電路 。 同時，在選擇部分芯片時，進行了必要的運算，以檢驗所選芯片是否滿足要求。 本章小結 本章主要 分析和論證了系統(tǒng)方案方案。由于開關管的可選擇性比較 大 ，但這種開關電源的缺陷在于，整個調試過程中，需要調節(jié)的量比較多，因此調試來說相對比較困難。同時，它的吸收回路，僅由一個二極管和一個穩(wěn)壓管構成，幾乎不用調試。 綜上所述， TOP Switch這種開關電源主要是 基于 TOP224 等高集成度的開關型器件。其主要優(yōu)點是其管腳效應少，外圍電路簡單，電壓調整率可達 %，工作頻率最高達 500KHz，啟動電流小于 1mA，正常工作電流為 5mA，并可利用高頻變壓器實現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。 方案二：選用 UC3842 UC3842 是由美國公司設計的一款電流型 PWM 輸出的自啟動開關電源控制 IC，采用圖騰柱加單端輸出模式，配合 NMOSFET，是一種性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調制芯片。柵極驅動電流可逐周限流微調，從而提高精度。芯片內部電壓都取自具有溫度補償?shù)膸痘鶞孰妷?，能產生可微調的溫度補償電流源，用來精確地調節(jié)振蕩的頻率和 MOSFET 的柵極驅動電流。 在正常工作時，內部 MOSFET 輸出脈沖的占空比隨著 CONTROL腳電流的增加而線性減少。由于采用 CMOS工藝，轉換效率與采用雙集成電路和分立元件相比，偏置電流大大減 少，省去了用于電流傳導和提供啟動偏置電流的外接電阻。 方案一：選用 TOP224 為開關電源 。例如電容器的充電時間較短，可采用具有濾波或非濾波，穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓的直流輸出的任何一種常規(guī)電源裝置對其充電。然而蓄電池作為電源需要考慮諸如過充電、過放電等問題，充電線路及保護電路較為復雜。 而 采用無源 RLC 網(wǎng)絡組成的帶阻濾波器 有 電感所固有的非線性、磁場屏蔽、損耗、體積和重量過大 等缺點，因此 經過比較選擇方案二 。 綜合以上兩個方案，選擇方案二。 BEF 只允許特定的頻率通過，并且可以使用多重反饋型的帶阻濾波器 BEF 電路等優(yōu)點。 方案二：采用運算放大器及 RC 組成 BEF 有源濾波電路 。 帶阻濾波電路 方案一：采用無源 RLC 網(wǎng)絡組成的帶阻濾波器 。 綜合以上兩個方案，選擇方案二。 一177。運算放大器通過外接電阻電路構成一個能放大 20 多倍的拾音電路，運放的兩個輸出端接入降低噪聲的芯 片輸入通道。 方案二：采用 LM358。低噪聲麥克風偏置電壓發(fā)生器可為絕大多數(shù)駐極體麥克風提供偏置。低噪聲前置放大器具 有 12dB 固定增益； VGA 增益根據(jù)輸出電壓和 AGC 門限在20dB 至 0dB 間自動調節(jié)。 方案一：采用 MAX9814。因為 TPA3112D1 是 25W 單聲道、無需外加濾波器的 D 類音頻放大器 ， 采用 H 橋作為功率輸出級，使得其可在輸出沒有傳統(tǒng)的 LC 濾波器的情況下直接驅動感性負載， 而且 芯片供電范圍為 8V~26V，剛好可以使用開關 電源提供的 12V直流電，然而 NS4158 是一款 5W高效率的單聲道 D 類音頻功率放大器，無法滿足輸出功率為 20W2 的要求 ，因此 通過比較選擇方案二。 TPA311D1采用差分信號輸入，經調制后得到兩路驅動信號分別為 DRVP 和 DRVN,這兩路信號事實上為兩路占空比隨輸入信號變化的 PWM，它們和它們的反向信號一起控制 H 橋的開關實現(xiàn)功率放大，在音頻輸入端接入電容與輸入引腳。 TPA3112D1 是一款具有 Speaker Guard TM 的 25W 單聲道、無需外加濾波器的 D 類音頻放大器，運用在電視和消費類音頻設備中。并且利用擴頻技術充分優(yōu)化全新電路設計，高達 90%以上的效率更加適合低電壓，高功率輸出的音頻系統(tǒng)。應用非常靈活?？梢酝ㄟ^軟件或者硬件設置放大器工作在兩種工作模式：不防破音 (NCNOFF)模式和防破音 (NCN)模式。 NS4158 是一款 5W 高效率的單聲道 D 類音頻功率放大器， NS4158 輸出無需濾波器的 PWM 調制結構及反饋電阻內置方式減少了外部元件、 PCB 面積和系統(tǒng)成本。 MSP430G2553 單片機具有功耗超低、處理能力強大、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、開發(fā)環(huán)境方便高效等特點，符合課題的技術要求、成本低、使用簡便 ，因此方案二更加可靠適用。 綜合以上兩個方案，選擇方案二。在追求綠色能源的今天， MSP430 超低功耗微控制器正以其超低功耗的特性，以及豐富多樣化的外設受到越來越多設計者們的青睞。 MSP430 系列其基本架構是 16 位的，使擴展模數(shù)轉換或數(shù)模轉換這類的功能模塊很方便 。 MSP430 的內核 CPU 結構是按照精簡指令集和高透明 的宗旨而設計的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內核指令和基于現(xiàn)有硬件結構的仿真指令。 方案二：采用 MSP430 單片機。 89C51 單片機本身的電源電壓是 5 伏，有兩種低功耗方式：待機方式和掉電方式。 89C51 單片機是 8 位單片機，雖然經過各種努力其內部功能模塊有了顯著增加，但是受其結構本身的限制很大，尤其模擬功能部件的增加更顯困難。 本科生畢業(yè)設計（論文） 6 總體方案的設計主要是根據(jù)被控對象的任務及工藝要求而確定的。 確定單片機控制系統(tǒng)方案 ， 是進行系統(tǒng)總體設計最重要、最關鍵的一步。 各部分單元方案論證 本設計選擇芯片是先提出 幾種方案，然后主要根據(jù)課題技術要求，結合成本，運行環(huán)境以及芯片質量等性能特點進行比較，選擇出了最佳方案。 開關穩(wěn)壓電源電路設計 開關穩(wěn)壓電源電路 用于為各部分提供直流電源 ， 本設計采用 的芯片 自帶小散熱片 ，是典型的三端集成器件 ， 其內部功率 MOSFET 器件的耐壓值高達 700V， 可設計成 40W以上儀器儀表的多路 隔離式內置控制電源。 嘯 叫檢測 是通過 A/D 檢測，檢測電壓最高峰值，據(jù)此檢測對應的頻率作為中心頻率。本設計采用 CD4067 芯片， CD4067 是 16 選 1 模擬開關，數(shù)字控制，具有低導通阻抗、低截止漏電流和內部地址譯碼的特征，在整個輸入信號范圍內導通電阻保持相對穩(wěn)定。另外，系統(tǒng) 為之提供 +12V的直流電。 拾音電路設計 拾音電路 采用 傳統(tǒng)的模擬拾音頭 ， 達到聲音拾取、放大及降噪功能 。 D 類音頻功率放大器電路設計 D 類音頻功率放大器 是本系統(tǒng)的核心芯片，用于 放大音頻功率驅動揚聲器。 主控單元作為整個系統(tǒng)的核心單元具有穩(wěn)定、結構簡單可靠，成本較低等優(yōu)點 。 圖 基于單片機的程控