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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