基于51单片机和DA转换的数控音频功率放大器设计

程控音频功率放大器一．设计要求（1）输入信号为30mv峰峰值的正弦波，频率范围20HZ~20KHZ，输入阻抗Ri≥20KΩ，前级程控放大器增益通过单片机键盘输入控制，增益可预置为10db，20db，30db，40db。（2）后级功率放大器输出功率≥3W（8Ω负载）。（3）液晶显示。二．原理框图三．方案对比选择（1）选用继电器控制前级放大单片机液晶键盘前级程控放大Vi功率放大器Q190142KR3+5VDiode1N400110KR2+12vVCC-12vVCCP3^023184ALF353D1KR1Vi1KR1K1Relay-SPDT84567BLF353P1KR1Q19014+5VDiode1N400110KR2+12vVCC3.3KR1K2Relay-SPDT-12vVCC2KR3P3^11KR51KR5Vo123U1ASN74LS86D456U1BSN74LS86D用继电器控制电阻的选择进而控制放大倍数。（2）模拟开关控制前级放大23184AU4ATL082CN84567BU4BTL082CN10KR1010KR12+15+15-15-15CNTL12IN/OUT11OUT/IN10U1DHEF4066BPCNTL6IN/OUT8OUT/IN9U3CHEF4066BPCNTL5OUT/IN3IN/OUT4U1BHEF4066BPCNTL13IN/OUT1OUT/IN2U1AHEF4066BP100KR11100KR9100KR7100KR8in用模拟开光的断和同来控制放大倍数。（3）用DAC0832控制前级放大VREF8RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12GND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U2DAC0830VCC81432U5A84756U5B10kRf1R13(1K)1KR1410kRf2inout-VCC+VCC前级放大100倍后用单片机控制DAC0832进行衰减。经对比选择用DAC0832控制前级放大比较简单，而且较精确。四．电路图设计P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89C521VSS2VDD3VL4RS5R/W6EN7D09D210D311D412D513D614D715BL+8D116BL-12Y11.0592M30pFC230pFC1VCCVCC10uFC310KR1VREF8RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12GND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U2DAC0830VCC54312U4TDA2030220uFC7100uFC9100nFC1022uFC51uF(4.7uF)C4100nFC8220nF（100nf）C11D1D222KR522KR7680R61R9+Vs-VsRLS1S2S3P1.4P1.5P1.681432U5A84756U5B10kRf1R13(1K)1KR1410kRf2inout23184AU?ALF353DVCC5v+VCC-VCC-VCC+VCC1KR15五．主要元件选择及参数设计（1）运放LF35381432U5A84756U5B10kRf1R13(1K)1KR1410kRf2inout-VCC+VCC前级放大分别放大10倍，总共放大100倍。LF353的工作电压是+15v，各引脚的接法见上图。将7号输出脚的信号作为DAC0832的输入。（2）功率放大器TDA203054312U4TDA2030220uFC7100uFC9100nFC1022uFC5100nFC8220nF（100nf）C11D1D222KR522KR7680R61R9-VsRLTDA2030的工作电压是+15v。它将输入的电流进行放大，然后驱动喇叭响。具体接法见上图。利用TDA2030进行功率放大。TDA2030具有体积小，输出功率大，失真小等特点。功率放大器内含多种保护电路，工作安全可靠性高，主要保护电路有：短路保护，热保护，地线偶然开路，电源极性反接，以及负载泄放电压反冲等。其中，热保护电路能够容易承受输出的过载，甚至是长时间的，或者环境温度超过时均起到保护作用。与普通电路相比较，散热片可以有更小的安全系数。结温超过时，也不会对器件有所损害。(3)单片机STC89S52P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89C5212Y11.0592M30pFC230pFC1VCC10uF（22uF）C310KR1STC89S52是比较常用的52系列单片机。它的工作电压是+5v。外围电路加上12M的晶振，使其正常工作。P2口控制DAC0832。通过对P2口赋值来改变输出增益的大小。(4)1602液晶1VSS2VDD3VL4RS5R/W6EN7D09D210D311D412D513D614D715BL+8D116BL-VCC5v1602显示容量为16乘2个字符。工作电压为+5v。编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DateI/O2VDD电源正极10D3DateI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DateI/O4RS数据/命令选择端12D5DateI/O5R/W读写选择端13D6DateI/O6E使能端14D7DateI/O7D0DateI/O15BLA背光源正极8D1DateI/O16BLK背光源负极（5）DAC0832VREF8RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12GND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U2DAC0830VCC23184AU?ALF353D+VCC-VCCDI0~DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线(+5v~+15v)Vref:基准电压输线(-10v~+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.六．软件编程按照电路图的设计焊接好硬件电路。就开始软件编程。程序主要分为两个部分，即液晶显示部分和控制DAC0832的部分。由于本设计采用的是用按键分别控制。可以在主函数中调用一个键盘扫描的函数，当相应的不同按键按下后控制液晶显示和单片机P2的输出，从而控制DAC0832的输出增益。源程序见附录。七．调试部分本次实验的调试部分花了大量的时间。当程序写好编译通过后，下载到单片机中，调试硬件看有无显示和输出。调试主要分为3个部分。分别是液晶显示部分，前级放大部分，功放输出部分。首先是液晶部分，经过几次程序的修改，和对液晶部分电路的检测终于将液晶部分调出有显示。然后检查前级放大部分。在输入端输入峰峰值为50mv的正弦波。用示波器检查运放的输出。最后一遍联合按键控制用示波器观察DAC0832输出部分的波形。结果显示良好。八．实验心得体会与总结经过这次试验，我还是有一些收获的。首先感觉到我们所学知识的肤浅，既没学活也没学深。以后要想做好电信专业的工作，我们还有很长的路要走。我也认识到模拟电路是一门很值得研究而且可以大有作为的学科，要想成功做出一个模拟电路出来需要付出许多汗水，并不是能够将电路设计出来就算成功，由于模拟电路本身的特点，理论值和实际情况往往有着很大的区别，当我们设计出一个合理的电路并把它焊接出来后，心中小有成就感，然而在调试的过程中却遭受了失败的一次次打击，我们甚至出现了上午把电路板调试好，下午输出信号完全混乱的情况，幸运的是我们任然坚持到最后并且品尝到了成功的喜悦。可以说完成理论设计只是完成了整个课题的很小一部分，调试过程占了很大的比重，在这个过程中通过与同学交流我们学到了很多，比如说电源要接去耦电容、液晶背光灯调节电阻的几种解法，单片机程序中几个函数的用法，电路虚焊的检验方法等等。通过这次实验，进一步验证了我的编程能力，使我看到了自己有许多需要提高和改进的地方，也增强了我学习本专业的兴趣和信心，可以说以后不管是读研还是找工作，我要想成为一名合格的电子工程师还有很长的路要走。。。附录一实验电路图P1.0/T21P1.1/T2EX2P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78RST9P3.0/RxD10P3.1/TxD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR16P3.7/RD17XTAL218XTAL119VSS20P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A1528PSEN29ALE30EA/VPP31P0.7/AD732P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039VCC40U1AT89C521VSS2VDD3VL4RS5R/W6EN7D09D210D311D412D513D614D715BL+8D116BL-12Y11.0592M30pFC230pFC1VCCVCC10uF（22uF）C310KR1VREF8RFB9GND10IOUT111IOUT212DI713DI614DI515DI416DI07CS1WR12GND3DI34DI25DI16XFER17WR218ILE19VDD20U2DAC0830VCC54312U4TDA2030220uFC7100uFC9100nFC1022uFC51uF(4.7uF)C4100nFC8220nF（100nf）C11D1D222KR522KR7680R61R9+Vs-VsRLS1S2S3P1.3P1.4P1.581432U5A84756U5B10kRf1R13(1K)1KR1410kRf2inout23184AU?ALF353DVCC5v+VCC-VCC-VCC+VCC1KR15S4S5P1.6P1.7附录二实验源程序#includereg51.h#includeintrin