数控音频功率放大器设计方案

数控音频功率放大器的设计结构图音频线路输入话音输入模拟开关静音键盘遥控发射遥控接收数字音量电位器音频功率放大器MCU显示电路技术指标和功能要求：•输入电源：18V/2A•输出功率：5W(不失真功率、R=4欧)•功放效率：η≥35%•线路放大频率响应：100HZ~15KHZ(3dB带宽)•失真度：≤1%•信噪比：≥80dB•音量控制分32级，并具有静音和音量参数的掉电保护功能•红外遥控距离：≥7M•输入分为音频线路输入1Vpp、输入阻抗10k和MIC话音输入20mVpp•设计需考虑电路结构的简捷、材料成本低廉、调试测量方便等因素设计要求：•（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。主要元件选择：•信号源输入•模拟开关•数字音量电位器•音频功率放大器•MCU•显示电路信号源输入：•话音输入•音频信号输入芯片LM358：LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358主要参数：输入偏置电流45nA输入失调电流50nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC~1.5V共模抑制比80dB电源抑制比100dB模拟开关：单刀双掷模拟开关ft3157•ft3157是一个低导通电阻、高速单刀双掷模拟开关，通过开关选择引脚，选择信号从两个不同的通道输入或者输出。•ft3157工作电压范围是1.65-5.5V。该产品具有300MHz的高带宽以及4.5Ω的低导通电阻，并且拥有高导通电阻稳定性。•ft3157采用SC70-6(2.0mmx2.1mm)封装。•工作电压范围:1.65V-5.5V•低导通电阻:4Ω/4.5V(典型值)•Powerdown控制功能•-3dB带宽(MHz)：250MHz•快速的开关时间-开启时间20ns-关断时间15ns•高的信号隔离度:-52dB/10MHz单刀双掷模拟开关CD4053CD4053是一块带有公共使能输入控制位的3路二选一模拟开关电路。一个多路选择开关都有两个独立的输入/输出（Y0和Y1），一个公共的输入/输出端（Z），和选择输入（Sn）。每一路都包含了两个双向模拟开关，开关的一边连接到独立输入/输出（Y0或Y1），另一边连接到公共输入/输出端（Z）。当E为低电平时，两个开关中的其中一个被Sn选通（低阻导通态）。当E为高电平时，所有开关都处于高阻关断态，与SA～SC无关。VDD和VSS是连接到数字控制输入（SA～SC和E）的电源电压。（VDD－VSS）的范围是3～15V。模拟输入输出（Y0，Y1和Z）能够在最高VDD，最低VEE之间变化。VDD-VEE不会超过15V。对于用做数字多路选择开关。VEE和VSS是连在一起的（通常接地）。通过比较选择CD4053数字音量电位器：•电位器X9313Maxim推出首款双路、32抽头、音量控制数字电位器MAX5456/MAX5457。这些器件提供简易的去抖按键接口，用于控制、均衡音量。控制接口无需外部微控制器、GPIO或任何去抖电路。内部集成算法对音量和均衡进行独立控制。MAX5456/MAX5457具有3线或4线按键接口，采用Maxim专有的SmartWiper™滑动端快速调节控制系统。无需使用微控制器，SmartWiper在按键闭合1s后以4Hz的速率改变滑动端位置，按键闭合4s后速率变为16Hz。MAX5456/MAX5457还具有静音功能，激活该功能后，所有滑动端均被设置到最大衰减位置，解除静音后滑动端返回到初始位置。器件关断后，滑动端设置在最大衰减位置并断开H0/H1与信号通路的连接。退出关断模式后滑动端返回原位。每个电位器均包含杂音抑制电路，滑动端移动时可确保“无杂音”切换。这些器件提供4mmx4mmTQFN封装，与机械式电位器相比尺寸大大缩小。MAX5456/MAX5457包含2个10kΩ电阻，比例温度系数和端到端温度系数分别低至5ppm/℃和35ppm/℃。这些数字电位器采用2.7V至5.25V单电源供电，待机电流小于0.5μA，可大大节省功耗。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。音频功率放大器：芯片TDA2003TDA2003电流输出能力强,谐波失真和交越失真小,各引脚都有交,直流短路保护,使用安全,负载上电压可冲至40V.，最大额定值Tamb=25，电源峰值电压(50mS)Vccp40V，直流电源电压Vcc28V，工作电源电压Vcc18V，输出重复峰值电压Io3.5A，输出不重复峰值电压Io4.5A，功耗T=90PD20W，储存温度Tstg-40+150度，焊接温度Tj-40+150度。显示电路：LED数码管LED显示器工作方式有两种：静态显示方式和动态显示方式。静态显示的特点是每个数码管的段选必须接一个8位数据线来保持显示的字形码。当送入一次字形码后，显示字形可一直保持，直到送入新字形码为止。这种方法的优点是占用CPU时间少，显示便于监测和控制。缺点是硬件电路较复杂，成本较高。动态显示的特点是将所有位数码管的段选线并联在一起，由位选线控制是哪一位数码管有效。选亮数码管采用动态扫描显示。所谓动态扫描显示即轮流向各位数码管送出字形码和相应的位选，利用发光管的余辉和人眼视觉暂留作用，使人的感觉好像各位数码管同时都在显示。动态显示的亮度比静态显示要差一些，所以在选择限流电阻时应略小于静态显示电路中的MUC:•VCC：供电电压。•GND：接地。•P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。•P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。•P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。•P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。•P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（记时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。•RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。•ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。•PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。•EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。•XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。•XTAL2：来自反向振荡器的输出。