2014年TI杯大学生电子设计竞赛带啸叫检测与抑制的音频功率放大.docx

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1、2014年T1杯大学生电子设计竞赛D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大摘要此次设计以TPA3112D1音频功率放大器为核心，带有多路输出电源、msp430显示、拾音、啸叫检测来完善系统，从而实现减少噪音，消除自激振荡。由开关电源提供能量，音乐通过台式麦克风到拾音部分，经功率放大器把信号放大，同时功率放大器的频率响应范围为在00HZIOkHz0用差分放大电路计算出电路的功率。用啸叫抑制电路使麦克风离喇叭近时音乐清晰以达到啸叫检测与抑制的音频功率放大的作用。1、系统方案1.1 电源电源中双路推挽电路的论证41.2 功率放大模块41.3 显示模块51.4 拾音模块52、理论分析与计算2.1 运放电路

2、参数的分析52.2 拾音模块的参数分析52.3 最终效率分析53、电路与程序设计3.1 拾音模块网分析63.2 msp430显示模块分析73.3 电源的分析83.4 功放电路的分析93.5 减法运算器和精密整流103.6 电源的程序流程图104、测试方案与测试结果4.1 测试仪器124.2 测试过程124.3 测得实验数据125、结论136、参考文献13D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器1、方案论证：该系统分为四个模块：电源模块、拾音模块、功率放大模块、显示模块。1.1 1电源中双路推挽电路：方案一：直接用PMoS和NMOS相连，直接供电，但是此电路是不能工作的，当为+5V时，提供+12V

3、电源，这时两个MoS管同时导通，从而达不到想要的目的。方案二：在方案一的基础上接入三极管，当三极管导通时，节点的电压为0V,则PMoS导通，当三极管截止时，节点电压为12V,则NMe)S导通。但是此方案的缺点特别明显，由于节点电压在有OV变为12V时中间的变化机关很迅速，但是还是有类似方案一的情况，两个MOS管同时导通，由这种电路测出的电流会高达360mA,因为P=12V*360mA可计算出功耗很大，所以这种方案不可取。方案三：综合上述两种方案,可以设计出，用两个K)口控制的方法,用一个IO口控制PMe)S,一个IO口控制NMOS。控制时,使PMOS截止一会,再将NMOS打开,之后关闭NMOS

4、,一段时间后，再打开PMe)S,这样就可以得到可靠的12V脉冲。这时通过测量，流过MOS管的电流时20mA,则再通过公式可以算出功耗小了很多。电路图如下：1.21.3 功率放大模块方案：功率放大部分主要用TPA3U2D1芯片实现，在此模块中有1C滤波器，用Iimt引脚来控制功率，用gain。和gain1引脚来控制增益的大小。还需要在AVCC和供电电源之间有低通RC滤波。1.4 显示模块：方案：选用msp430来显示1.5 拾音模块方案：三极管放大2、理论分析和计算：1.2 运放电路参数的分析：(1)此电路采用TPA3U2D1芯片的实现，在TPA3112D1外围用8V26V供电，连接至PVCC引

5、脚；(2)给AVCC供电时，需要在供电电源和AVCC之间接入RC低通滤波器，在低通滤波器中，阻值用R=2JifC,容值C在1uf10uf,先确定容值再确定阻值，容值选用10欧，经计算电容选用1uf；1.3 (3)功率输出电路中，H桥的输出滤波器采用1C滤波器，电路图为图1电容的容值和电阻的阻值为33UH、1uF。在选用滤波电容中应选择ESR的陶瓷电容，耐压值应高于最大输出电压，并且要留有裕量，在电感的选择中，利用截止频率即可得到，选择时应以电感在截止频率附近1.4 拾音模块的参数分析：功放部分有四种放大倍数根据公式dB=201gAv可以得出功率放大部分的放大倍数分别接近与10倍、19倍、39倍

6、、63倍，需要用哪种放大倍数用程序控制。按要求输入的信号的有效值是20mV,经过拾音部分和OP07放大之后变为某个数值后，再经过功率放大器四种放大倍数放大,达到5W,即为6.3V,这时按照功率放大来确定拾音部分的放大倍数，在OP07部分通过调节电位器来确定。所以在这个模块中滑动变阻器的参数设定为IOKo1.5 最终效率分析：最终液晶以及其他原件的损耗测量共为40mA,电源的电压为12V,计算可知，原件及液晶的损耗为P=IU=0.04A*12V=0.48W按照要求，输出功率为5W,误差在10%,总消耗功率P1=5W+0.48W=5.48W所以可以计算出电路的输出效率S=PP1=5W/5.48W*

7、100%=91.24%,可以看出损耗很小。3、电路与程序设计：该系统有四个模块组成，分别为：电源模块、拾音模块、功率放大模块、msp430显示。3.1 拾音模块的分析：该系统由三极管、OPO7、电位器、驻极体组成。拾音模块带有两个运算放大器，其中一个是与拾音部分连在一起，拾音部分后接OP07运算放大器，另一个是不经过拾音部分对直接加入信号源进行放大测量，在两个OP07之间有一个开关，如果是加入信号源则把开关掷在没与拾音部分连在一起的放大器，如果是对着麦克风则把开关掷向另一端。这样做的目的是使两个不相互影响，同时带有两个只是灯，掷向哪边，哪边的指示灯亮。在放大不部分反向输入端接电位器，以便调节放

8、大倍数。电路框图如下：拾音部分:OPo7放大实际电路图:VCC3.23.3 msp430显示模块分析：此系统有4两个430,一个蜂鸣器，3个按键，12864组成。由于msp430只有20个引脚，该部分要用的引脚超过20个，因此该模块需要通过2个430来控制，第一个430来控制显示12864部分和三个按键，这里三个按键对应的是，第二个430控制AD转换并且控制第一个430,两块430之间通过3次握手进行控制，以保证控制的准确性,可靠性。当两个430通信成功后，第二个430控制的蜂鸣器工作。电路框图如下：1286*显示430(2)数茨转换mm0SEScs2cs1DB网网诩烟HSB1际ERWJ2gx

9、xGSD3. 3电源的分析：电源是利用整流和脉冲的方法来制作不同伏值的电压，得出-12V的方法是运用PMOS和NMOS产生12V的方波，然后输入到调制T2v的电路上，得到T2V电压，从而在电路中利用T2V来提供偏置。用整流的方法把+12V的电压整成+5V和+3V,给其他芯片提供能量。电路框图为:1M11W整正-12V电路原理图为:3.4功放电路的分析功放的电路图为：PVCC所以通过减法运算器使正负信号叠加，再经过大小不变，然后用积分计算出电路的功率。3.5 减法运算器和精密整流从喇叭出来的波形既有同向又有反向,精密整流后，使负信号整流成正信号,3.6 电源的程序流程图:控制电源的程序框图：初始

10、化4、测试方案与测试结果：3.7 测试仪器：示波器、信号发生器、学生电源。3.8 测试过程：先测试拾音部分，将音频输入接信号发生器，将多路输出电源+5V接拾音OP07的v+,将开关接+5V,提供12V的电压，将示波器接输出，将信号发生器的幅值调到20mVVPP,调节电位器可以调节放大倍数，在示波器上观察峰峰值可以计算出放大倍数。波形正常后，将拾音部分的输出接到功率放大器的输入，将功放的输出接到示波器。4.3测得实验数据：gaingain1增益(dB)放大倍数002010012619103239113663根据公式dB=201gAv可以得出，理论计算出于实验测得的误差不大说明次系统具有良好的放大功能。电压限制测得数据01230.12.58.918.7功率限制测得数据01230.24.512.215.2说明此系统具有电压限制和功率限制的功能，当功率限制较低时，电压也低。5,实验总结：这次实验完成了5项基本要求。由于系统架构设计合理，功能电路实现较好，系统性能优良、稳定，较好地达到了题目要求的各项指标。通过本次竞赛，是我们了解到很多，学到很多有用的知识。6、附录：单片机原理及应用，李建忠著，西安：西安电子科技大学，2002年；模拟电子线路基础，吴运昌著，广州：华南理工大学出版社，2004年；数字电子技术基础，阎石著，北京：高等教育出版社，1997年；第13页共13页