下载

2下载券

加入VIP
  • 专属下载券
  • 上传内容扩展
  • 资料优先审核
  • 免费资料无限下载

上传资料

关闭

关闭

关闭

封号提示

内容

首页 全遥控数字音量控制的D 类功率放大器

全遥控数字音量控制的D 类功率放大器.doc

全遥控数字音量控制的D 类功率放大器

江山依旧
2018-09-06 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《全遥控数字音量控制的D 类功率放大器doc》,可适用于工程科技领域

更多资料下载wwwsfmcucomwwwsfeducn第页共页引言几十年来在音频领域中A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位其发展经历了这样几个过程:所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程电路组成从单管到推挽过程电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器它的最大缺点是效率太低。全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求迫使人们尽快开发高效、节能、数字化的音频功率放大器它应该具有工作效率高便于与其他数字化设备相连接的特点。D类音频功率放大器是PWM型功率放大器它符合上述要求。近几年来国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发并取得了一定的进展几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注现在这一前沿的技术正迅猛发展前景一片光明。单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。在许多基于单片机的应用系统中系统需要实现遥控功能而红外遥控则是被采用较多的一种方法。红外遥控是通过红外管发送红外遥控编码对其设备进行控制的,不同设备的遥控发送的红外遥控编码都是不同的。由于红外无线解决了有线连接的许多不便因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视。如果将遥控技术、单片机与D类音频功率放大器结合起来那么得到的产品将是非常前沿的。本次设计就是全遥控数字音量控制的D类功率放大器。功放的基本知识功放的分类传统的功率放大器主要有A类(甲类)、B类(乙类)和AB(甲乙类)除此之外还有工作在开关状态下的D类(丁类)功放。功放的工作原理及特点概述A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件,其晶体管总是工作在放大区并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域它的优点是输出信号的失真比较小,缺点是输出信号的动态范围小、效率低理想情况下其效率为,考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗,A类功率放大器的最高效率仅为左右。B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为,因为其晶体管只在输入信号的正半周工作在放大区在输入信号的负半周是截止的。它的优点是效率理想情况下可达,比A类的提高了很多其缺点是非线性失真却比甲类功放大而且会产生交越失真,增加噪声。AB类(甲乙类)功率放大器是以上两种放大器的结合,使每个功率器件的导通时间在~。此类放大器目前最为流行,它兼顾了效率和失真两方面的性能指标,在设计该功率放大器时要设置功率晶体管的静态偏置电路,使其工作在甲乙类状态。这类功放失真小于乙类功放但其效率比乙类功放要低一些。D类功率放大器又叫开关型功率放大器现在又有人称之为数字功率放大器。它利用晶体管的高速开关特性和低的饱和压降的特点效率很高理论上可以达到实际上可以达到。此电路不需要严格的对称也不需要复杂的直流偏置和负反馈使稳定性大大提高。用同样的功耗的管子可得到比AB类放大器高倍功率的输出。D类功放的功率器件受一高频脉宽调制(PWM)脉冲信号的控制,使其工作在开关状态,理论上其效率可达。因此能极大地降低能源损耗减小放大器体积在体积、效率和功耗上要求较高的场合具有很大的优势。另外现代保真音响系统常采用数字音频设备如CD、DAT(digitalaudiotape)近年发展起来的DVD、计算机多媒体设备、MP等也都是数字音频信号源。数字音频信号采用脉冲编码调制技术(PCM)信号分辨率通常为位或位采样频率为KHZ(CD)或KHZ(DAT)。由于数字信号在存储、传输和数据出来上的优点使人们开始追求数字式功放代替传统的模拟功放这也使得D类功率放大器受到更大的关注。D类放大器虽然具有很高的效率,但由于功率晶体管的开关工作方式,D类放大器引入的失真通常大于线性放大器,这是目前D类放大器在音频放大领域并未得到广泛应用的主要原因。随着半导体及微电子制造技术的不断发展,高速、大功率器件已越来越多,人们对音频功率放大器的要求更加趋向高效、节能和小型化,所以D类(丁类)音频功率放大器越来越受到人们的重视。D类功率放大器的特点()效率高产生的热量少图D类功放与AB类功放的效率比较()节能、数字化、体积小、重量轻()D类功放与AB类功放的效率比较比较条件:电源电压V负载欧HZ连续输出整机效率()失真较大D类功放的失真比较起其他几类功放来说其失真较大这也是D类功放一直以来都未投入市场的主要原因之一。但由于近年来对该类功放的保真度的大力研究使得D类功放成为最近几年内的热门研究重点。效率()热功耗(W)效率()热功耗(W)输出功率(W)D类音频功率放大器模拟音频功率放大器表D类功放与AB类功放的比较电路系统方案设计设计构思本设计是利用Ti公司全D类音频功放芯片TPAD和MCS系列微处理器设计红外线遥控的数字音量控制立体声音频功率放大器。TPAD是D类立体声音频功率放大芯片具有每通道W的功率输出本方案将使立体声音量由直流电压实现–dB到dB增益范围调节。我们知道要很好地设计一个电路必须在设计之前对此电路中所用到的器件的功能特性能够有一个全面的了解。在下面的介绍中将会先对两大模块进行说明然后对模块中用到了单片机、EEPROMC、红外一体接收头、DA转换器MAX及D类功放芯片TPAD的功能特性、工作原理及电路连接进行阐述。由于部分器件某些功能特性不常用或本电路没用到在此就不多介绍。因为我们做事情就应该统领全局、抓住重点。电路总体框图电路总体框图如下图:红外遥控接收接收遥控器编码单片机参数存储输出为可变电压的DAC(MAX)用可调电压控制功放音量D类功放芯片(TPAD)图电路设计总体框图电路原理图介绍由于本课题涉及内容较多并且为了让读者能更明了设计的流程本电路原理图分两大模块介绍分别为单片机模块与D类功放模块。单片机模块介绍单片机是为了实现控制功能而设计的一种微型计算机是计算机的进一步微型化。它的应用首先是控制功能即在于实现计算机控制。其实现手段采用嵌入方式即嵌入到对象环境中作为一个智能化控制单元。由于被控对象种类繁多其应用也非常广泛比如工业控制领域、家用电器领域、办公自动化领域、商业流通领域、汽车电子及航空航天电子等等。它的应用也从根本上改变了传统控制系统设计思想和设计方法取代以微控制技术来实现这是一个全新的概念。随着单片机应用技术的推广普及微控制技术必将不断发展、完善。此部分电路实现的功能是由一体化红外接收头接收米外遥控器的遥控代码然后把遥控编码传送到单片机的中断输入口。模块原理图图单片机模块原理图红外一体接收头的功能特性及电路连接()红外遥控的概念及特点所谓遥控就是指对被控对象按照所预定的意图对其内部参数、工作状态等进行远距离操纵。遥控技术公现代工农业生产、科研、国防等领域均有非常广泛的应用随着现代科技的发展它们的应用也越来越普遍。现代遥控技术也十分普遍地应用于各类家电中例如电视遥控、电灯遥控、电风扇遥控、空调遥控等。这类应用提高了家电的功能和档次更重要的是给使用者带来极大的方便。设有遥控的电视使用者不必离开座位只需要使用手持红外遥控器就可以进行节目切换以及对音量、对比度、亮度等的调节。遥控的种类很多若以遥控信息传送方式来区分可以分为:有线遥控和无线遥控两大类而无线遥控又包含了红外遥控、超声波遥控和无线电遥控三类。有线遥控和无线遥控可以达到很远的距离而红外遥控和超声波遥控只能在十几米之内因此多用于家电方面。红外遥控是以红外线作为载体来传送遥控命令的。红外线的波长介于红光和微波之间UM为近红外区UM为中红外区UM为远红外区。红外线在通过云雾尘埃等充满悬浮粒子的物质时不易发生散射有较强的穿透力还具有不易受干扰易于产生等优点因此被广泛用语遥控装置。相比较前面两种遥控装置来看红外遥控具有以下优点:它是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术被众多的硬件和软件平台所支持:·通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发·主要是用来取代点对点的线缆连接·新的通讯标准兼容早期的通讯标准·小角度短距离点对点直线数据传输保密性强·传输速率较高目前M速率的FIR技术已被广泛使用M速率的VFIR技术已经发布·不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁所以不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰电路调试简单只要按给定电路连接无误一般不需任何调试即可投入工作编解码容易可进行多路遥控。()红外一体接收头的功能特性红外接收电路选用Vishay公司生产的专用红外接收模块TSOP或者TSOP。该接收模块是一个三端元件使用单电源V电源具有功耗低、抗干扰能力强、输入灵敏度高、对其它波长(nm以外)的红外光不敏感的特点其引脚功能介绍如下:VCC接系统的电源正极(V)GND接系统的地线(V)OUT脉冲信号输出通常接CPU的中断输入引脚(例如的脚INT)。采取这种连接方法软件解码既可以工作于查询方式也可以工作于中断方式。为保证红外接收模块TSOP接收的准确性要求发送端载波信号的频率应尽可能接近kHz因此在设计脉冲振荡器时要选用精密元件并保证电源电压稳定。再有发送的数位“”至少要对应个载波脉冲这就要求传送的波特率不能超过bps。利用上述红外收发电路构成的红外信道最大通信距离为m。TSOP的工作原理为:首先通过红外光敏元件将接收到的载波频率为kHz的脉冲调制红外光信号转化为电信号再由前放大器和自动增益控制电路进行放大处理。然后通过带通滤波器和进行滤波滤波后的信号由解调电路进行解调。最后由输出级电路进行反向放大输出。()红外接收头在电路中有效地抑制了电源干扰。()当电压低于V时输出电压不能连续地支持外围电路。图红外接收电路的典型应用()红外接收部分的电路连接红外接收头的输出管脚OUT接到三极管的B极目的是把接收信号放大再把放大后的信号输入到单片机的中断口INT。电阻RRED对红外接收头起保护作用最右边两个电容起到滤波的作用。图红外接收部分的电路连接单片机的功能特性及电路连接近些年来单片机的发展速度很快从有关资料提供的数据来看单片机的产量已占整个微机(包括一般的微处理器)产量的以上在年达%。曾经占据位微处理器产量约的ZCPU年产量下降到万片而位单片机年上升到亿片随着社会的进步和科学技术的发展单片机的发展及对单片机的需求和它在各个领域中的应用将得到进一步扩大。本课题用到的单片机是MCS系列单片机的一种型号MCS系列单片机是美国Intel公司在年推出的一种高性能位单片微型计算机。在MCS系列中有两个子系列即子系列和子系列。在l子系列中主要有l、、三种同档次机型它们的指令系统与芯片引脚完全兼容仅片内程序存储器(ROM)大小有所不同。子系列是系列的增强型主要有、两种机型。与子系列不同在于片内数据存储器增至个字节:片内程序存储器增至KB(无片内程序存储器)有个位定时器/计数器有个中断源。其它性能均与子系列相同。它们可通过接口电路与外围设备相连构成可以完成各种控制功能的单片机系统。下面将会介绍此系列单片机的功能特性以及用到的单片机在设计中的电路连接。()MCS系列单片机的基本结构框图如下图示:图MCS系列单片机的基本结构框图()系列系统主要功能特性:①个由运算器和控制器组成的位微处理器(CPU)②KB的片内数据存储器(RAM)用来存放运算的中间结果和最终结果KB的片内程序存储器(ROM)可用来存放程序、一些原始数据和表格③B专用寄存器主要用来实现对内部功能部件的控制和数据运算扩展片外数据存储器的寻址范围可达到KB扩展片外程序存储器的寻址范围可达KB④个位并行IO接口P、P、P、P既可用作输入也可用作输出⑤个全双工UART(通用异步接收发送器)串行IO接口可用于单片机之间或单片机与微机之间的串行通信⑥个位定时器材数器可用于根据确定的时间间隔或对外部事件计数的多少发出控制信号中断系统有个中断源可编程为两个优先级⑦条指令含有乘法指令和除法指令⑧有很强的位寻址、位处理能力片内采用单总线结构⑨片内带振荡器振荡频率的范围为MHz可有输出⑩用单v电源。()MCS单片机内部结构:单片机内部各基本部件之间通过总线交换信息。所谓总线是信息流通的公共通道总线上的信息可以同时输送给几个部件但不允许几个信息同时输送给总线否则将产生信息冲突。总线按传送信息不同来分可分为数据总线(DB)、控制总线(CB)、地址总线(AB)。数据总线用于CPU、存储器、输入输出接口之间传送数据如从存储器取数到CPU把运算结果从CPU送到外部设备等。数据总线是双向的控制总线是传送CPU发出的控制信号也可以是其它部件输入到微处理器的信息对于每一条控制线其传送方向是固定的。地址总线用来传输CPU发出的地址信息以选择需要访问的存储器和IO接口电路。地址总线是单向的只能是CPU向外传送地址信息。单片机采用上述三组总线的连接方式常被称为三总线结构。MCS内部各部分的功能简述如下:①微处理器(CPU)微处理器又称CPU是单片机的控制和指挥中心由运算器和控制器两大部分组成。•运算器运算器以算术逻辑运算单元ALU为核心含累加器A、暂存器、暂存器、程序状态字PSW、寄存器等许多部件。•控制器控制器包括程序计数器PC、指令寄存器IR、指令译码器ID、振荡器、定时电路及控制电路等部件能根据不同的指令产生相应的操作时序和控制信号。②存储器配置概述MCS单片机片内除了CPU之外还有存储器。其中片内只读存储据(ROM)用作程序存储器在计算机工作时事先存入已编好的各种程序、常数等信息片内读写存储器(RAM)又称随机存储器它的存储单元的内容根据需要既可随时读出也可写入用作数据存储器存放输入、输出数据和中间计算结果.或与外存交换信息以及作为堆栈在必要时可保存断点、保存现场。MCS系列单片机内含有的存储器容量(以字节为单位)不够时可以另外扩片外程序存储器或片外存储器。()MCS系列单片机引脚功能及一些简单电路介绍:下图为MC系列单片机引脚图及逻辑符号各引脚功能如下:图MCS系列单片机引脚图及逻辑符号①电源引脚Vcc和VssVcc(脚):电源端接V。Vss(脚):接地端。通常Vcc和Vss之间应接高频和低频滤波电容。②时钟电路引脚XTAL和XTALXTAL(脚):接外部石英晶体和微调电容一端在片内它是振荡器倒相放大器的输入。若使用外部时钟时该引脚必须接地。XTAL(脚)接外部石英晶体和微调电容的另一端在片内它是振荡器倒相放大器的输出。若使用外部时钟时该引脚作为外部时钟的输入端。图为利用石英晶振作为时钟输入的电路图。石英晶振起振后要能在XTAL线上输出一个V左右的正弦波使MCS片内的OSC电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常OSC的输出时钟频率fosc为MHz典型值为MHz或MHz。电容C和C可以帮助起振典型值为pf调节它们可以达到微调fosc的目的。图MCSOSC晶振连接图③控制信号引脚ALE、PSEN、EA和RSTALE/PROG(ADDRESSLATCHENABLE/PROGRAMMING脚)地址锁存信号输出端。在存取片外存储器时用于锁存低位地址。当单片机上电正常工作后ALE端就周期性地以时钟振荡频率的/的固定频率向外输出正脉冲信号。此引脚的第二功能PROG是对片内带有K字节EPROM的固化程序时作为编程脉冲输入端。PSEN(PROGRAMSTOREENABLE脚):程序存储允许输出端。是片外程序存储器的读选通信号低电平有效。EA/Vpp(ENABLEADDRSS/VOLTAGEPULOFPROGRAMMINGl脚)程序存储器地址允许输入端。当EA为高电平时CPU执行片内程序存储器指令但当PC中的值超过FFFH时.将自动转向执行片外程序存储器指令。当EA为低电平时CPU只执行片外程序存储器指令。在中当对片内EPROM编程时该端接V的编程电压。RST/VPD(脚):复位信号输入端。高电平有效在此输入端保持两个机器周期的高电平后就可以完成复位操作。复位以后PP口均为高电平SP指针重新赋值为HPC被赋值为H。复位有自动上电复位和人工按钮复位两种电路如图所示。此外该引脚还有掉电保护功能若在该端接十V备用电源一旦在使用中Vcc突然消失(掉电)则可以保护片内RAM中信息不丢失。A自动上电复位B人工复位图MCS复位电路图()MCS单片机IO口概述MCS单片机有个位并行输入输出口分别称为P、P、P和P口每个口都是位准双向口这个接口可以并行输入或输出位数据也可按位使用即每一根输人输出线都能独立作为输入或输出每个端口都包括一个数据锁存器(即特殊功能寄存器PP)个输出驱动器和输入缓冲器。作输出时数据可以锁存作输入时数据可以缓冲但这四个通道的功能并不完全相同。在无片外扩展存储器的系统中这个端口都可以作为准双向通用IO口使用但在具有片外扩展存储器的系统中P口可用作输出高位地址P口作为双向总线分时输出低位地址和输入输出数据。图P口的一位结构图①P口(PP脚):P口是一个漏极开路的位准双向IO口每位能驱动个LSTTL负载在访问片外存储器时它分时作为位地址线和位双向数据线。当P口作为普通输入口使用时应先向口锁存器写“”。从图可以看出P口的输出驱动器中有两个场效应管上面的管子导通下面的管子截止输出为高电平上面的管截止下面的管导通输出为低电平上、下管均截止时输出浮空。P口的输出驱动器中含有一个多路电子开关当其接至口锁存器Q端时作为双向IO口使用。将“”写至口锁存器时上、下管均为截止输出浮空。一般这时应外上拉电阻将口线拉至高电平.否则P口输出的信号不确定。将“”写至锁存器时下管导通输出低电平。作输入时口锁存器应置“”保证从引脚读人的数据正确。当多路开关接至地址数据端时P口作为地址数据端口使用分时输出外部存储器的低位地址(AA)和传送数据(DD)。由于存储器在被访问期间要求地址信号一直有效而P口是分时传输地址、数据信号地址信号只在某个时间段出现并非一直有效所以需要由地址锁存允许信号ALE将低位的地址锁存到外部地址锁存器中接着P口便输入输出数据。P口输出的低位地址来源于程序计数器PC低位、数据指针DPTR位、R或R。图P口的一位结构图②P口(PP脚):P口是一个带内部上拉电阻的位淮双向IO口.P口的每一位能驱动个LSTTL负载P口作为输入口使用时应先向口锁存器写“”。输出时将“”写入P口的某一位锁存器则对应连接在Q上的场效应管截止该位的输出由内部的上拉电阻将引脚拉成高电乎输出“”。将“”写入锁存器则对应连接在Q上的场效应管导通该位的引脚输出低电平即输出“”。输入时口锁存器必须置“”使输出场效应管截止这时该位引脚由内部上拉电阻拉成高电平也可以由外部电路拉成低电平。此时引脚的状态由外接的输出设备的输出状态决定。CPU读Pl引脚的状态时实际就是读外部输出设备的输出信息。P口作为输入线时可以被任何TTL电路或MOS电路驱动。由于内部有上拉电阻也可以被集电极开路或漏极开路的电路驱动。图P口的一位结构图③P口(PP脚):P口为准双向IO口有两种功能对于内部拥有程序存储器无须扩展外部ROM且无外部ROM的应用场合(无高位地址需求)P口可作为输入输出口使用直接与外部设备相连。P口也可用于系统扩展的地址总线口输出地址总线的高位AA。对于内部没有程序存储器的单片机(如)一般情况下只能作为系统扩展的高位地址总线输出口.而不能作为与外部设备相连接的输入输出口。P口的输出驱动器有一个多路电子开关(MUX)当MUX开关接至输出锁存器Q输出端时P口作为第一功能输出线与P口的功能相似当MUX开关接至地址端时P口的状态由CPU送出的地址确定:访问程序存储器时地址来源于程序计数器PC的高位输出地址AA访问数据存储器或IO设备时地址来源于数据指针DPTR的高位DPH特殊的采用间址寄存器R或R时则P口保持原有的地址信息不变。图P口的一位结构图④P口(PP脚):P口为准双向多功能IO口可以分别定义为第一功能输入输出线或第二功能输入输出线。当P口定义为第一功能输入输出出线时第二功能翰出线总是高电平。此引脚输出电平取决于口锁存器的状态当输出“”时写人口锁存器的数据从Q端输出使输出场效应管截止引脚由上拉电路拉成高电平当输出“”时写人口锁存器的数据从Q端输出使输入场效应管导通引脚输出低电平。同样P口的某一位作为输入线时该位口锁存器应保持“”使输出场效应管截止引脚状态由外部输入电平所确定。当P口定义为第二功能输入输出线时该位的口锁存器必须保持“”输出场效应管的状态由第二功能输出确定。P口的第二功能定义如下:PRXD(串行输入口)PTXD(串行输出口)PINT(外部中断输入口)PINT(外部中断输入口)PT(定时器外部输入口)PT(定时器外部输入口)PWR(写选通输出口)PRD(读选通输出口)EEPROMC的功能特性及电路连接()EEPROM概述EEPROM是一种可用电气方法在线擦除和再编程的只读存储器。它既有RAM在连机操作中可读可改写的特性又具有非易失性存储ROM在掉电后仍然能够保持所存储的数据的优点。写入的数据在常温下至少可以保持年。EEPROM芯片有两类接口:并行接口和串行接口芯片。并行接口EEPROM一般相对容量大、速度快、功耗大和价格贵但读写方法简单。串行EEPROM芯片的特点是体积小、功耗低、价格便宜使用中占用系统的信号线较少但相对工作速度慢读写方法稍许复杂些。对于那些需要存放有时需要改变特征代码或参数的系统通常所需要的字节和写入的次数不会很多写入速度也没太高要求这种情况下采用串行EEPROM是非常合适的。()C的特点简介C(A)是一种采用CMOS工艺制成的KKKK*位位引脚的串行的可用电擦除可编程只读存储器。自定时写周期包括自动擦除时间不超过MS典型时间为MS。而MICROCHIP公司的串行EEPROM的擦除和写入个字节数据时间可缩短为毫秒以下。串行EEPROM一般具有两种写入方式一种是字节写入一种是页写入允许在一个写周期内同时对个字节到一页的若干字节进行编程写入一页的大小取决于芯片内页寄存器的大小不同公司的同种型号存储器的页寄存器可能不一样。例如ATMEL的ATCAA的页寄存器为BBB而MICROCHIP的CAA页寄存器都为BAA页寄存器为B。擦除写入周期寿命一般都已经达到万次以上有的产品已经达到万次。采用单一电源VV低功耗工作电流毫安备用状态时只有微安三态输出与TTL电平兼容。一般商业品工作温度范围为度度工业品为度度。这个系列的芯片有引脚DIP封装、引脚SOIC封装形式一部分型号还有引脚SOIC封装形式。该系列芯片是二线制串行EEPROM芯片有硬件写保护引脚WP。()引脚说明用于基本总线操作的引脚只有SCL和SDA。其管脚定义如下:SCL串行时钟端。这个信号用于对输入和输出数据的同步写入串行EEPROM的数据用其上升沿同步输出数据用其下降沿同步。SDA串行数据(地址)输入输出端。这是串行双向数据输入输出线。这个引脚是漏极开路驱动可以与任何数目的其他漏极开路或集电极开路的器件“线或”连接。WP写保护。这个引脚用于硬件数据保护功能当其接地时可以对整个存储器进行正常的读写操作当其接电源时芯片就具有数据保护功能被保护部分因不同型号芯片而异。被保护的部分的读操作不受影响实际少年宫这时被保护部分就可以作为串行只读存储器使用。A、A、A片选或页面选择地址输入。VCC电源电压接VVSS接地端()内部框图以及功能描述C的内部框图如下:图C的内部框图结构C(A)AAA支持双向二线制串行总线及其传输规约一般把传送数据到总线上的器件定义为发送器接收数据的器件为接收器。串行EEPROM在系统中总是作为从机工作总线必须由一片可以产生串行时钟(SCL)的住器件控制通常这个住器件就是微处理器或者微控制器控制总线访问和产生“启动”和“停止”信号。微处理器和EEPROM都可以作为发送器或者接收器在对EEPROM进行写操作时微处理器是发送器串行EEPROM是接收器而在读操作时则刚好与之相反。()EEPROMC的电路连接EEPROMC的电路连接图如下:它在本设计中起到的作用是实现数据的掉电可存储功能。其中串行时钟端SCL和串行数据(地址)输入输出端SDA接到单片机的P口。图EEPROMC的电路连接D类功放模块介绍利用Ti公司全D类音频功放芯片TPS和MCS系列微处理器设计红外线遥控的数字音量控制立体声音频功率放大器。TPSD类立体声音频功率放大芯片具有每通道W的功率输出立体声音量由直流电压实现–dBtodB增益范围调节并能对用户设置参数实现掉电存储。模块原理图此原理图为设计电路的后半部分此部分电路实现的功能是通过调节DACMAX的输出电压值以及调节两个电位器的阻值使它们的电压值为可调从而达到控制D类功放音量的目的。模块原理图如下:图D类功放模块原理图DA转换器MAX的功能特性及电路连接()MAX特点简介MAX高精度DAC是美国MAXIN公司生产的串口输入电压输出的位数模转换器其特点是采用三线串行接口并且输入采用施密特触发器结构内置上电复位功能功耗为mW。工作于伏单电源工作电流为mA其电压输出范围是V到V。由于具有很低的功耗无须调整即可得到位的精度所以非常适合于工业控制及仪器仪表等应用。()MAX的外观及引脚说明:如图MAX是脚DIP和SO封装图MAX的外观引脚功能说明如下:CS片选信号输入端VDD接V电源端AGND接模拟地端DGND数字地端REF参考电压输入端接外部V电压SCLK串行时钟输入端DIN串行数据输入端OUT数模转换电压输出端。()MAX的工作原理请看下表此表很直观明了地说明了MAX的工作原理。模拟输出电压VOUT的范围可以由输入不同的数字代码来有规律地控制。当输入的位数字代码为全零时输出电压为当输入的位数字代码为全时输出电压约为VREF即V。VOUT变化的规律是:位数字代码由全开始每次加一直到全变化对应的输出电压VOUT从开始每次增加VREF*()。数字输入代码模拟输出电压值VOUTVREF*()VREF*()VREF*()V表数字输入代码与输出电压值对应表我们还关心一个原理就是怎样把位的数字代码输入MAX里面。请看下图当片选端信号CS选通后(低电平有效)串行时钟输入端的时钟信号开始生效在时钟信号的上升沿数据会同步地传输并锁存到DAC的数据输入寄存器中。当位数据传输完后CS置然后进入下一轮的数据代码传输。图()MAX的电路连接MAX在本设计中的电路连接见下图让它外接V电源、、脚接单片机的P口实现串口通信。模拟地DGND和数字地AGND相接构成地线系统为了消除高频和低频干扰必须在REF与地之间接入退耦电容。由图可以看出MAX的输出电压及两个可调电位器分别接到了D类功放芯片的(VOLUME)、(VARMAX)和第(VARDIFF)脚通过调节这三个管脚的输入电压就可以达到控制此D类功放音量的目的。至于是怎样控制的在下面将会详细介绍。图MAX的电路连接D类功放芯片TPAD的功能特性及电路连接()TPAD的特性此D类立体声音频功率放大芯片具有每通道W的功率输出立体声音量由直流电压控制可以实现从–dB到dB增益范围调节。()TPAD的主要管脚功能由于该芯片管脚较多不可能也没必要一一说明其功能下面就本设计所用到的管脚功能说明如下:RINN()右声道音频输入的负极RINP()右声道音频输入的正极LINN()左声道音频输入的负极LINP()左声道音频输入的正极LOUTN(、)左声道音频输出的负极(两管脚接在一起)LOUTP(、)左声道音频输出的正极(两管脚接在一起)ROUTN(、)右声道音频输出的负极(两管脚接在一起)ROUTP(、)右声道音频输出的正极(两管脚接在一起)VARDIFF()结合VARMAX()与VOLUME()对输出设置增益VARMAX()输入直流电压为VAROUT输出设置最大增益(假如VAROUT没用到VARMAX就要接地线)VOLUME()在此管脚输入直流电压为VAROUT输出设置增益()TPAD的外观图TPAD的外观()TPAD的调制方案调制方案在确定所需滤波器类型方面起着重要作用。传统的D类放大器需要LC滤波器图X显示了采用的传统调制类型。在该方案中当无信号输入时差动PWM输出信号的占空比为这的占空比不生成可以听到的声音因为平均波形为零。但它会从喇叭吸收并使用大量电流产生不希望出现的功率损耗。现在随着输入电压的增加正极OUT的占空比也随之增加负极OUT的占空比则会减少。就该类型的调制方案而言应当采用二阶BUTTREWORTH低通滤波器。如图X所示该滤波器用两个电感和三个电容作为典型的桥接式负载输出。该滤波器主要作为电感在电压变换时使输出电流保持一致这降低了少输入信号或无输入信号时的功耗。但是该类滤波器的主要缺陷是尺寸增加及额外的外部元件成本增加。由于扬声器既具有电阻性有具有电感性而且D类放大器开关波形通过扬声器产生高电压所以效率方面的提高将受到损失从而导致较高的电源电流也抵消了D类放大器带来的效率优势。电感L与L以及电容C构成差动滤波器使信号以DBS的斜率衰减。开关电流主要通过C、C及C扬声器消耗的电流很小。在TI新一代D类放大器TPAD产品系列中调制方案经过修改只产生非常短的差动功率脉冲以避免无输入信号时发生击穿。新的调制方案不再需要二阶BUTTREWORTH低通滤波器从而可以大大减少系统成本以及设计方案的尺寸。由于新的调制方案的正负输出信号是同相的因此负载的差动电压在大多数开关周期均为V。这极大地降低了开关电流消除了负载中的功耗。()TPAD的工作原理实际上此芯片的音量控制是由VOLUME()、VARDIFF()以及VARMAX()这三个管脚控制的。这三个管脚输入的都是直流电压。原理如下图所示。当电压分别输入这三个管脚后脚的电压VOLUME将会减去第九脚VARDIFF的电压然后跟第十脚VARMAX上的电压做比较假如第十脚VARMAX上的电压比之大则控制电压为VOLUME()与VARDIFF()的电压的差值:假如第十脚VARMAX上的电压比之小则控制电压为VARMAX上的电压也就是说第十脚上的电压VARMAX是一个基准电压。图音量调节流程图电路设计制作及调试电路的设计制作Protelse简介Protelse是用于绘制电子制作的原理图和PCB图所用到的软件它具有全面的工具、文档以及设计项目的组织功能能够使用户轻松驾驭电子线路设计的全过程。它主要由两大部分组成:原理图设计系统(Schematic)与印制电路板设计系统(PCB)前者主要用于电路原理图的设计为印制电路板的设计打好基础后者主要用于印制电路板的设计产生最终的PCB文件直接关系到电路板的生产。实际制作电路的步骤()设计电路原理图利用ProtelSE的原理图设计系统绘制电路原理图要充分利用各种原理图绘图工具和编辑功能。比如大部分元件在库里找得到但是有些就必须自己新建库文件再进行编辑。()校对电路图检查和校对电路原理图是很重要的直接关系到下面的操作只有保证所绘制的电路图正确无误或者尽量减少错误的产生后面的工作才得以顺利进行。()生产网络表SPICEnetlistSPICEnetlist是连接原理图编辑器和PCB编辑器之间的桥梁和纽带,是自动布线的核心。将该网络表导入PCB编辑器过程中,原理图没有问题最好还存在问题的话就要根据错误提示一个个检查直到所有错误都消除掉然后就可以把元件导入PCB编辑器了。()对PCB板布局元件导入PCB编辑器后就可以开始进行布局了其实布局是一门学问要靠平时的积累生手跟熟手布出来的板在各方面比如可观性、稳定性上是完全不一样的。因为元件布局受到很多方面的影响必须从结构、电磁干扰和将来布线的方便性等方面进行综合考虑()PCB板的实际制作对绘制好的PCB板图进行各种设计规则检查如安全、间距和干扰等以及网络检查(对照SPICEnetlist)后就可以进行实际的制作了。把图纸打印出来后用电熨斗烫到覆铜的电路板上然后腐蚀电路板,再钻孔,焊接元器件注意元器件不能虚焊要焊牢固。元器件焊完后检查各条线路是否导通就完成电路板的制作了。印制电路板设计原则和抗干扰措施印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件.它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电于技术的飞速发展PGB的密度越来越高。PCB设计的好坏对抗干扰能力影响很大.因此在进行PCB设计时.必须遵守PCB设计的一般原则并应符合抗干扰设计的要求。  ()PCB设计的一般原则  要使电子电路获得最佳性能元器件的布且及导线的布设是很重要的。为了设计质量好、造价低的PCB.应遵循以下一般原则:  首先布局上要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时印制线条长阻抗增加抗噪声能力下降成本也增加过小则散热不好且邻近线条易受干扰。在确定PCB尺寸后.再确定特殊元件的位置。最后根据电路的功能单元对电路的全部元器件进行布局。尽可能缩短高频元器件之间的连线设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰。易受干扰的元器件不能相互挨得太近输入和输出元件应尽量远离。某些元器件或导线之间可能有较高的电位差应加大它们之间的距离以免放电引出意外短路。带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方。热敏元件应远离发热元件。根据电路的功能单元.对电路的全部元器件进行布局时要按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置使布局便于信号流通并使信号尽可能保持一致的方向。以每个功能电路的核心元件为中心围绕它来进行布局。元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上.尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。位于电路板边缘的元器件离电路板边缘一般不小于mm。电路板的最佳形状为矩形。长宽比为:成:。电路板面尺寸大于xmm时.应考虑电路板所受的机械强度。  其次布线时注意输入输出端用的导线应尽量避免相邻平行。最好加线间地线以免发生反馈藕合。印制导线的最小宽度主要由导线与绝缘基扳间的粘附强度和流过它们的电流值决定。当铜箔厚度为mm、宽度为~mm时.通过A的电流温度不会高于℃因此.导线宽度为mm可满足要求。对于集成电路尤其是数字电路通常选~mm导线宽度。当然只要允许还是尽可能用宽线.尤其是电源线和地线。导线的最小间距主要由最坏情况下的线间绝缘电阻和击穿电压决定。对于集成电路尤其是数字电路只要工艺允许可使间距小至~mm。印制导线拐弯处一般取圆弧形而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能。此外尽量避免使用大面积铜箔否则.长时间受热时易发生铜箔膨胀和脱落现象。必须用大面积铜箔时最好用栅格状.这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。  最后注意焊盘中心孔要比器件引线直径稍大一些。焊盘太大易形成虚焊。焊盘外径D一般不小于(d)mm其中d为引线孔径。对高密度的数字电路焊盘最小直径可取(d)mm。  ()PCB及电路抗干扰措施  印制电路板的抗干扰设计与具体电路有着密切的关系这里仅就PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。  ①电源线设计根据印制线路板电流的大小尽量加租电源线宽度减少环路电阻。同时、使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致这样有助于增强抗噪声能力。  ②地线设计地线设计的原则是:首先数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地地线应短而租高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。其次接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条则接地电位随电流的变化而变化使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能接地线应在~mm以上。再次是接地线要构成闭环路。只由数字电路组成的印制板其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。  ③退藕电容配置PCB设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容。退藕电容的一般配置原则是在电源输入端跨接~uf的电解电容器。如有可能接uF以上的更好。原则上每个集成电路芯片都应布置一个pF的瓷片电容如遇印制板空隙不够可每~个芯片布置一个~pF的但电容。对于抗噪能力弱、关断时电源变化大的器件如RAM、ROM存储器件应在芯片的电源线和地线之间直接接入退藕电容。电容引线不能太长尤其是高频旁路电容不能有引线。调试电路板制作出来后的下一步就是调试了调试实际上是对设计出来的电路的一个验证。调试受到的制约有各方面的因素稍微粗心大意些都会影响结果。在调试之前必须对所有导线用万用表检验过是否有线路不通的情况出现。我刚调试时在保证线路都是导通后接上电源基本上没声音出来检查了好几天把所有元件上的工作参数都测试了一遍之后确定所有元件都没坏后断定是输出音频的接口接错了。程序流程图YYNNYNYNYYYNNYNYYNYN结论通过这次的毕业设计我最大的收获就是自己做出来一个东西结果如何不重要因为这完全是通过自己制作的并且本课题涉及的大部分内容是我以前所没有接触过的。但无论是软件还是硬件仍有许多需要改进和完善的地方也有许多可以扩展的地方。这次毕社给我的感受很深刻总结起来可有一下几个方面:以前的学习多重于理论方面而且知识面不够宽通过这次毕业设计使我第一次系统全面的回顾了大学四年所有的课程:模拟电路、数字电路、编程等等 从中我还体会到了所学理论知识的重要性:知识掌握得越多设计得就更全面、更顺利、更好。再有学会了怎样查阅资料和利用工具书。由于一个人不可能什么都学过什么都懂更加不可能一学就通因此当你在设计过程中需要用一些不曾学过的东西时就要去有针对性地查找资料。我经过这次系统的毕业设计大致地了解了对一课题进行系统研究、设计及制作的全过程。这些认识使我们在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助。在往后加以吸收利用以提高自己的应用能力而且还能增长自己见识补充最新的知识。毕业设计培养了严肃认真和实事求是的科学态度。而且培养了吃苦耐劳的精神以及严谨的作风提高了交流沟通和团体协作能力。这些对我以后的工作都非常有帮助的。参考文献马忠梅单片机的C语言应用程序设计M.北京北京航空肮天大学出版社何立民单片机应用系统设计M北京航空航天大学,李华MCS系列单片实用接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社何立民单片机应用技术选编(一)M北京:北京航空航天大学出版社梁钥,李爱齐C语言程序设计实用技术与程序实例M.上海:上海科普出版社邬宽明单片机外围器件实用手册(数据传输接口器件分册)M.北京:北京航空航天大学出版社李胡育单片机原理及接口技术M.北京:北京航空航天大学出版社谢自美电子线路设计·实验·测试M武汉:华中科技大学出版社,李东生等编著ProtelSE电路设计技术入门与应用M年月第版清源计算机工作室编著ProtelSE电路设计与仿真M年月第版  美JoeCampBell编著。串行通信C程序员指南M年月美MarkNelson著串行通信开发指南(第二版)M潇湘工作室译出版日期:年月第版MMorrisManoDigitalDesign(ThirdEducation)Beijing:HigherEducationgPress,附录程序如下:ORGHLJMPMAINORGBHT的中断入口LJMPDVT转向中断服务程序ORGHLJMPDVTORGHMAIN:SETBPCS初始化CLRPDIN初始化CLRPSCLK初始化CLRC位操作位初始化MOVA,#FH音量寄存器初始化MOVR,#MOVR,#HMOVR,#HDENGD:JBP,DENGD等待按键SW被按下,我们将SW定义为音量启动端ACALLDELAYYLH:JBP,YLL检测按键SW是否被按下我们将SW定义为音量ACALLDELAYINCAAJMPTSQYLL:JBP,ZHZ检测按键SW是否被按下我们将SW定义为音量ACALLDELAYDECAAJMPTSQZHZ:JBP,YLH检测按键SW是否被按下我们将SW定义为音量终止端ACALLDELAYAJMPDENGDTSQ:CLRP产生一个ms锁存数据更新脉冲ACALLDELAYSETBPACALLDELAYCLRP选中片选端MOVTMOD,#H设T工作在方式MOVTH,#EH装入初值产生K的工作时钟MOVTL,#HSETBETT开中断SETBTR启动TSJMP$等待中断DVT:CPLP时钟端取反RRCAMOVP,CDJNZR,FANH检测是否循环次CLRET关中断CLRTR关定时器CLRPAJMPMSB跳往高位数据写入FANH:MOVTH,#EH装入初值产生K的工作时钟MOVTL,#HRETIMSB:ACALLDELAYMOVR,#再装循环初值CJNEA,#FFH,TSQ检测低八位是否为FFH若不是MSB不进位INCRCLRATSQ:MOVTMOD,#H设T工作在方式MOVTH,#EH装入初值产生K的工作时钟MOVTL,#HSETBETT开中断SETBTR启动TSJMP$等待中断DVT:CPLP时钟端取反MOVR,AMOVA,RRRCAMOVP,CDJNZR,FANHH检测是否循环次MOVA,RCLRET关中断CLRTR关定时器AJMPMAIN跳回主程序FANHH:MOVTH,#EH装入初值产生K的工作时钟MOVTL,#HRETIDELAY:MOVR,#ms延时L:MOVR,#L:DJNZR,LDJNZR,LRETDELAY:MOVR,#ms延时D:MOVR,#D:DJNZR,DDJNZR,DRETDELAY:MOVR,#ms延时H:MOVR,#H:DJNZR,HDJNZR,HRETENDEEPROMCR=?R=?当P=P=A当P=P=A调用定时器产生MSCLOCK调用定时器产生MSCLOCKP产生MS锁存数据更新信号P产生MS锁存数据更新信号R=R=DECAINCA音量减一音量加一为?(EXIT键)音量减一为?(CALL键)音量加一为?(ADD键)P=?红外接受检测音量减一是否中断P=?音量加一P=?P=?开始

用户评价(0)

关闭

新课改视野下建构高中语文教学实验成果报告(32KB)

抱歉,积分不足下载失败,请稍后再试!

提示

试读已结束,如需要继续阅读或者下载,敬请购买!

评分:

/32

VIP

在线
客服

免费
邮箱

爱问共享资料服务号

扫描关注领取更多福利