点光源跟踪系统报告文档格式.docx
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关键词:
STC12C5A60S2白光LED点光源跟踪感光元件舵机
目录
一、系统方案设计论证4
1.1感光器件选用方案4
1.2光源检测方案5
二、系统实现7
2.1硬件设计7
2.1.1系统框图以及总体电路图7
总体电路图7
2.1.2单元电路设计8
2.2软件设计13
2.2.1软件流程13
三、系统整体测试及分析14
3.1测试步骤14
3.2测试结果15
四、作品部分设计亮点16
五、结论及设计感想16
参考文献17
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器的设计
(D题)
2014年8月15日
本电路设计采用拾音电路和音频功率放大电路相结合的放大模式,前者采用LM358对电压进行放大,后者采用性能优良的AY-TPA3112D1评估板对电压和电流放大,给音响放大器的负载(扬声器)提供一定的输出功率。
当负载一定时,希望输出的功率尽可能大,输出的信号的非线形失真尽可能的小,效率尽可能的高。
在拾音电路和功放之间加上一个带通滤波器将一定频率的噪音滤掉。
除此之外,加上相应的啸叫检测电路和啸叫抑制电路,有效抑制啸叫使得播放的声音清晰。
根据实例电路图和已经给定的原件参数,使用仿真软件模拟电路,并对其进行分析,显示波形图,计算数据等操作。
拾音电路;
LM358;
AY-TPA3112D1评估板;
输出功率;
带通滤波器;
啸叫抑制电路
一、引言
1.1设计任务
基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1,设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的音频放大器,完成对台式麦克风音频信号的放大,通过功率放大电路送喇叭输出。
电路示意图如图1.1所示。
图1.1电路示意图
1.2设计要求
(1)设计并制作图1中所示的“拾音电路”和“功率放大电路”,构成一个基本的音频功率放大器。
要求:
a)在输入音频信号有效值为20mV时,功率放大器的最大不失真功率(仅考虑限幅失真)为5W,误差小于10%;
b)在输入音频信号有效值为20mV时,程控设置功率放大器的输出功率,功率范围为50mW~5W;
c)功率放大器的频率响应范围为200Hz~10kHz。
(2)系统采用12V直流单电源供电,所需其他电源应自行制作。
(3)在功率放大器输出功率为5W时,电路整体效率≥80%。
(4)将台式麦克风与喇叭相隔1m背靠背放置,见图2,使用电脑播放音乐作为音频信号源。
音频功率放大器能通过麦克风采集信号,经功率放大电路送喇叭输出,输出的音频信号清晰。
(5)设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路,完善音频功率放大器。
a)在不进行啸叫抑制时(图1的选择开关K1连接A端,K2连接C端),将麦克与喇叭相隔1m面对面放置,见图2(b),从小到大调整功率放大器的输出功率,直到产生啸叫时停止;
b)啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫,并计算啸叫的频率。
实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率;
c)启动啸叫抑制电路(图1的选择开关K1连接B端,K2连接D端),音频功率放大器应能有效抑制啸叫,并正常播放音频信号。
(6)进一步改进啸叫抑制电路。
在保障无啸叫的前提下,尽量提高音频功率放大器的输出功率;
如果输出功率达到5W功率,啸叫抑制电路仍能正常工作,进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。
(7)其他。
项目
主要内容
满分
方案论证
比较与选择,方案描述
3
理论分析与计算
系统相关参数设计
5
电路与程序设计
系统组成,原理框图与各部分的电路图,系统软件与流程图
测试方案与测试结果
测试结果完整性,测试结果分析
设计报告结构及规范性
摘要,正文结构规范,图表的完整与准确性
2
总分
20
2、方案设计与论证
2.1方案对比
本设计由以下几个模块组成:
拾音模块、功率放大模块、啸叫检测与抑制模块、显示模块、电压提供模块。
2.1.1拾音模块
设计要求“拾音模块”和“功率放大电路”,构成一个基本的音频功率放大器;
输入音频信号有效值为20mV时,功率放大器的最大不失真功率(仅考虑限幅失真)为5W,误差小于10%;
功率放大器的频率响应范围为200Hz~10kHz。
因此拾音模块包含两大块电路,即小信号放大电路和带通滤波器。
2.1.1.1放大电路芯片选择
方案一:
LM358作为放大电路的放大芯片
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,也适合用双电源工作模式,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、直流增益模块和其它所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。
图2.1.1.1.1LM358引脚图
方案二:
LM386作为放大电路的放大芯片
LM368是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器,主要应用于低电压消费类产品。
为外使得围元件最少,电压增益内置为20。
但是在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容,便可将电压增益调为任意值,直至200.输入端以地为参考,同时输出端被自动偏置到电源电压的一半,在6V电源电压下,它的静态功耗仅为24mV,使得LM386特别适用于供电的场合。
图2.1.1.1.2LM386引脚图
方案三:
LM393作为放大电路的放大芯片
LM393是高增益,宽频带器件,象大多数比较器一样,如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合,则很容易产生振荡。
这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时,输出电压过渡的间隙,电源加旁路滤波并不能解决这个问题,标准PC板的设计对减小输入—输出寄生电容耦合是有助的。
减小输入电阻至小于10K将减小反馈信号,而且增加甚至很小的正反馈量(滞回1.0~10mV)能导致快速转换,使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡,除非利用滞后,否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入—输出在很短的转换周期内振荡,如果输入信号时脉冲波形,并且上升和下降时间相当快,则滞回将不需要。
图2.1.1.1.3LM386引脚图
由于接收信号微弱,要得到更精准的声源信号,选取了输入失调电压更小的,但是设计要求用12V单电源供电,综合考虑选用LM358。
2.1.1.2带通滤波电路的选取
经典带通滤波电路
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器,与带阻滤波器的概念相对。
一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路(RLCcircuit)。
这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生.
图2.1.1.2.1经典带通滤波电路
二阶带通滤波器
二阶带通滤波器在经典带通滤波器的基础上改进的,提高阶次使得信号衰减更加明显,滤波效果更好。
高阶带通滤波器
高阶带通带通滤波器滤波效果最好,通带范围内较为平坦,通带范围外被衰减,截止频率分辨清晰但是,滤波阶数太高了,就会导致成本提高很大,因为阶数越高,带通滤波器的电路结构越复杂,处理起来,难度就会越大。
价格比较昂贵,性价比不高。
综上考虑,选用二阶带通滤波器。
2.1.2功率放大模块
设计要求在功率放大器输出功率为5W时,电路整体效率≥80%。
设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路,完善音频功率放大器。
在不进行啸叫抑制时(图1的选择开关K1连接A端,K2连接C端),将麦克风与喇叭相隔1m面对面放置,见图2,从小到大调整功率放大器的输出功率,直到产生啸叫时停止;
啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫,并计算啸叫的频率。
实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率。
TDA2030功放集成块电路
TDA2030是许多电脑有源音箱所采用的HI-FI功放集成块。
它接法简单,价格实惠。
额定功率为14W。
电源电压为±
6~±
18V。
输出电流大,谐波失真和交越失真小(±
14V/4欧姆,THD=0.5%)。
具有优良的短路和过热保护电路。
图2.1.2.1TDA2030引脚图
AY-TPA3112D1评估板
TPA3112D1是一款具有SpeakerGuard的25W单声道、无需外加滤波器的D类音频放大器,运用在电视和消费类音频设备中。
该芯片供电范围为8V~26V;
采用H桥作为功率输出级,使得其可在输出没有传统LC滤波器的情况下直接驱动感性负载;
输入的音频信号可以是差分形式,其中在24V供电的情况下,满负载驱动8
的桥接式扬声器,声音失真率仅为0.1%。
图2.1.2.2PA3112D1引脚图
相比较而言,根据题目要求TPA3112D1操作方便简单,功耗低,声音几乎不失真,更加符合题目要求。
所以选用TPA3112D1。
2.1.3主控单片机MCU的选择
设计要求从小到大调整功率放大器的输出功率;
AT89C51
AT89C51提供以下标准功能:
4k字节Flash闪速存储器,128字节内部RAM,32个I/O口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。
空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
STC12C5A60S2
STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。
内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制,强干扰场合。
相比较而言,因为要将模拟信号处理成数字信号进入单片机进行运算所以要用到A/D、D/A转换,而STC12C5A60S2内部集成A/D、D/A处理起来方便快捷,而且与传统的51单片机相比处理速度更快。
所以选用STC12C5A60S2。
2.1.4显示模块
LCD12864
LCD12864为带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点
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