数控音频放大器广大.doc
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课程设计报告
课程名称：
电子技术应用课程设计
设计题目：
数控音频放大器
专业班级：
电气121班
设计者：
陈海兵
学号：
1207300045
指导教师：
舒华、黄峥
设计所在学期：
2013-2014学年第二学期
设计成绩：
__________
广州大学
机械与电气工程学院
二〇一四年三月二十五日
（一）课程设计题目
数控音频放大器
（二）选题的目的和意义、课题选择的依据
（1）选题的目的和意义
伴随着科学技术的迅速发展，人们生活水平的不断提高，对音频功率放大器的要求越来越高。
音频是多媒体中的一种重要媒体。
人能够听见的音频信号的频率范围大约是 60Hz-20kHz 其中语音大约分布在300Hz-4kHz之内，而音乐和其他自然声响是全范围分布的。
如何通过分析仪器让音频功放达到更高的要求是许多人为之努力的永恒的课题，声音经过模拟设备记录或再生，成为模拟音频，再经数字化成数字音频，音频分析就是以数字音频信号为分析对象以数字信号处理的各种理论为分析手段，提取信号在时域，频域内一系列特性的过程。
数控音频放大器电路是一种可以采用数控方式产生计数脉冲实现音量调节的装置，从原理上讲是一种典型的数字电路和模拟集成电路的组合和综合运用，因此，我们次设计就是为了了解数控电路和功率放大电路的原理，从而学会制作数字控制电路而且通过制作进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法且由于数字钟包括组合逻辑电路和时叙电路通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
（2）课题选择依据
数控音频放大器的电路分为音频运放电路、音频功放电、模拟选择开关电路、按键防抖动电路、计数器计数电路、编码器编码电路、数码管显示电路等。
要用到的相关知识在数字电子技术基础和模拟电子技术基础两本教程中都有涉及，所以本课题的选择是根据这两本教材再结合网上的相关资料而选择的。
（三）系统设计功能简介，本设计已实现的功能：
（1）系统基本设计功能
①电路设有一个3.5mm的音频接入口，可将手机或电脑的音频通过音频口输入进行运放和功放，然后通过喇叭输出音频。
②电路音量的调节分为0-7八个等级，通过按键调节音量，音量逐级递增。
③电路当前的音量级数通过数码管显示
（2）系统扩展设计公功能
①按键防抖动
②电源稳压
③按键实现加减计数
④音量检测
（3）本设计已实现的功能
本设计的电源稳压模块直接用DC直流电源，内部已自带降压、稳压电路，可直接到的5V2A的直流电。
本设计设计了减计数按键，在用protues仿真时可以进行减计数，但当实物电路焊出来后发现减计数只能减一次,。
比如当前音量等级是6，按一次减计数变成5，当再按一次时又变回6。
由用电路是用PCB雕刻机雕刻出来的，要修改电路只能重新做电路板，需要花费大量的时间，所以本设计的减计数未能实现。
除了以上两项功能未能实现外，其他的功能都已实现。
（四）创新性、实用性和课题特点
（1）创新性：
本设计的电路板是用PCB雕刻机刻出来的，没有飞线，电路路线清晰，比起手工焊接更美观。
同时做出PCB板后将无法进行电路的更改，所以比起手工焊接做PCB板需要对电路整体有很好的把握，在仿真时要确保每一部分的电路在实际中都能实现。
（2）实用性：
本设计可以作为音频输出在休闲时听音乐、广播等。
（3）课题特点：
本课题的主要特点是数电和模电相结合，在实践中掌握数电和模电的相关知识。
（五）总体方案选择的论证
（1）运放选择：
运放选择LM324。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
[1]LM324百度百科.网页链接：
（2）功放选择：
功放选择LM386。
LM386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。
为使外围元件最少，电压增益内置为20。
但在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。
输入端以地位参考，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24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。
[2]LM386低电压音频功率放大器的原理与典型应用电路图.网页链接：
（3）模拟选择开关选择：
模拟选择开关选择CD4051。
模拟开关有很多种，如CD4051、74HC4051等。
CD4051的工作电源电压范围很宽大约在2.5V~20V，但速度较慢些。
而74HC4051的工作电源电压范围就没那么宽，大约在2V~6V，但速度则快得多，两者相差大约一个数量级。
由于本项目的电路比较简单所以不需要太快的速度，所以选CD4051。
（4）音量检测选择：
音量检测选择LM3914。
LM3914内含输入缓冲器、10级精密电压比较器、1.25V基准电压源及点/条显示方式选择电路等。
内部设有迟滞电路，显示不是从一个LED立刻跳到另一个LED，而是平缓过度，可消除噪声干扰，改善输入信号快速变化时引起的闪烁现象。
由于内部电阻分压器是浮接的，所以电压测量范围很宽。
[3]LM3914百度百科.网页链接：
（5）按键防抖动选择：
按键防抖动选择NE555。
按键要防抖动则需要在按下时延时一段时间，可用NE555。
NE555的特点有：
只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用；其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久；它的操作电源电压范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合；其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载；它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
[4]NE555中文资料.网页链接：
（6）计数器的选择：
计数器选择74LS191。
74LS191是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
（7）译码器选择：
译码器选择CD451。
CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器。
特点：
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
（六）系统框图
图6-1系统框图
（七）总电路图
（1）总体原理图
图7-1总体原理图
（2）总体PCB图
图7-2总体PCB图
（八）系统实现基本原理和电路原理
（1）按键防抖动电路
图8-1NE555按键防抖动电路
引脚
名称
功能
1
GND
地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
2
TR
触发NE555使其启动它的时间周期，触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。
3
Q
当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。
4
R
一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
5
CV
这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
6
TH
重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。
7
DC
这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。
8
VCC
这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。
表8-1NE555引脚定义
电路分析：
当按键未按下时，2、4脚输入高电平，此时3脚输出低电平。
当按键按下时，2、4脚输入低电平，此时3脚输出高电平。
按键按下同时电容C16充电，当充电到2/3VCC时3脚再次输出低电平。
充电过程中不论2、4脚的电平是变为高还是低，3脚都输出高电平，这样就形成了一个短暂的高电平，叫做暂稳态，而低电平叫稳态。
高电平持续的时间由电容充电的时间长短决定，公式为T=1.1*R22*C16=1.1*10000*10*0.000001=0.110s=110ms，所以按键延时的时间为110ms。
（2）模拟开关信号产生电路
图8-2模拟开关信号产生电路
引脚
名称
功能
15、1、10、9
D0、D1、D2、D3
并行数据输入端。
3、2、6、7
Q0、Q1、Q2、Q3
输出端。
4
E
计数控制端（低电平有效）。
5
D/U
加减计数方式控制端。
8
GND
地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。
11
PL
异步并行置入控制端（低电平有效）。
12
TC
进位输出/借位输出端。
13
RCO
行波时钟输出端（低电平有效）。
14
CLK
时钟输入端（上升沿有效）.。
16
VCC
正电源电压端
表8-274LS191引脚定义
电路分析：
D0-D4为并行数据输入端，一开始全部接地则预置数为0，所以一开始从0开始计算。
当给CLK一个脉冲时进行一次计算，数值以二进制形式冲Q0-Q3输出。
进行加计数时，按下右边的按键，此时或门的2脚输入高电平，而左边的按键未按下，所以或门的1脚输入低电平，最后从1脚输出高电平作为一个脉冲输入到CLK。
而74LS191的5脚，即加减计数方式控制端输入为低电平，选择的是加计数，计数值加1。
同理，当按下左边的按键时，或门的1脚输出高电平作为一个脉冲输入到CLK。
同时74LS191的5脚输入高电平，选择的是减计数，计数值减1。
（3）运放和功放电路
图8-3运放和功放电路图
引脚
名称
功能
1
V1out
输出1
2
-INPUT1
反相输入1
3
+INPUT2
正相输入1
4
VCC
正电源电压端
5
+INPUT2
正相输入2
6
-INPUT2
反相输入2
7
V2out
输出2
8
V3out
输出3
9
-INP
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