南京工业职业技术学院数控音频功率放大器实训报告 2.docx

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南京工业职业技术学院数控音频功率放大器实训报告2

《数控音视频技术综合实训》

数控音频功率放大器的设计与制作

姓名：

学号：

班级：

指导教师：

提交日期：

2013年4月7日

能源与电气工程学院

目  录

前言...........................................................3

一、方案论证..................................................4

1.1项目设计要求

及芯片的选择...............................................4

1.2芯片介绍...................................................5

1、芯片7085................................................5

2、芯片LM358.............................................6

3、芯片X9313..............................................9

4、芯片CD4053..............................................11

5、芯片TDA2003.............................................12

6、STC89C51................................................14

7、LED数码管...............................................17

二、Protel99se软件的介绍...................................18

2.1Protel99se的发展史.........................................18

2.2Protel99se的系统组成.......................................18

三、项目的制作与调试.........................................20

3.1原理图、PCB的设计...........................................20

3.2焊接的要求..................................................22

3.3软、硬件调试...............................................23

总结..............................................................31

参考文献.........................................................32

附录..............................................................33

前言

通过五周的实训，使我对数控音频功率放大器的设计与制作、分析、调试有一定的感性和理性认识，对芯片7805、LM358、CD4053、X9313、TDA2003、STC89C51的工作原理、典型电路有一定的了解；为日后的学习打下了更深一层的基础。

实训让我掌握了电路的设计方法，能够独立的分析解决一般性质的问题，在设计与制作过程中能够从经济性和环保性等方面去考虑，在设计与制作中能大胆的实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去；培养了我与同组同学的团队合作、共同探讨、共同前进的精神。

本次实习我有以下收获：

1、进一步熟悉稳压源、示波器使用、调试。

2、了解了芯片7805、CD4053、X9313、TDA2003、STC89C51的引脚分布以及引脚功能、芯片的应用、工作原理、典型电路及部分元器件的封装。

3、学会了protel99se绘图工具的使用。

4、基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。

熟悉电子产品的安装工艺的生产流程。

一、方案论证

1.1项目设计要求及芯片的选择

1、数控音频功率放大器的结构框图：

2、数控音频功率放大器的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

1话音输入的芯片选择

•话音输入的芯片选择可以选择LM324和LM339，LM358．

•LM324和LM339都是四运放芯片，都有是14个引脚；LM324可单电源，也可双电源．

•LM358是双运放芯片，有8个引脚，单双电源都可工作．如果要放大交直流电信号时，最大可达20KHZ.LM358价格比较便宜,而且芯片面积比较小。

•根据我们的数控音频功率放大器的技术指标和功能要求话音输入适合选择双运放芯片LM358．

2模拟开关的芯片选择

•根据我们的数控音频功率放大器的技术指标和功能要求可以选CD4051,CD4052,CD4053等芯片；它们都具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号.

•CD4051是8选1模拟开关有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入

•双4选1的CD4052,有A、B两个二进制控制输入端和INH输入；

•有三组二路双向模拟开关CD4053,有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入；

•根据我们的结构图设计要求对两个信号进行选择，因此，模拟开关适合选三．二通道的CD4053芯片．

3数字音量电位器的芯片选择

X9511─按键式非易失性数字电位器简介X9511是一个理想的按钮控制电位器，其内部包含了31个电阻单元阵列．X9511采用8脚封装

X9313系列为32阶数控电位器,X9313采用8脚封装。

X9313的电阻数组带温度补偿，包含31个电阻单元，在每两个单元之间和两个端点都有可以被滑动单元访问的抽头点。

基于数字电位器X9313的功率调节电路在实际应用中体现出以下特点：

电路结构简单，调试方便，整个功率调节电路仅十余个组件，只要焊接无误，几乎不需要调试；成本低。

能进行32级音量控制，。

根据我们的数控音频功率放大器的技术指标和功能要求：

音量控制分32级，项目要求进行32级音量调节，所以适合选择X9313芯片

4音频功率放大器的芯片选择

TDA2030双电源，TDA2030A能在最低±6V最高±22V的电压下工作在±19V、8Ω阻抗时能够输出16W的有效功率，THD≤0.1%输出功率大，Po=18W（RL=4Ω）．

TDA2003单电源，Vcc=18V，在4Ω负载上可得到5W的输出功率，具有热保护功能，闭环增益可调。

所以根据我们的数控音频功率放大器的项目要求当负载在4Ω时，功放电路的最大不失真功率为5W，根据比较，TDA2003在4Ω时的功率为5W，TDA2030在4Ω时的功率为18W。

因此音频功率放大器最适合的是TDA2003芯片

5电压转换芯片的选择

7805原理图（器件少、成本低）2575原理图（器件多、成本高）

2575、2596的转换效率远高于线性稳压的7805，如果电路里面没有AD转换就用2575、2596好了，如果有AD的话，二话不说就是7805、7809或者用更好的线性稳压或者高精密DCDC模块。

与负载电流有关系，如果5V的供电电流很小（如只给单片机供电），可以使用7805。

供电电流较大时使用LM2757。

用2575吧，12V直接砍掉7V，7805发热很厉害的看你需要的电流大小，7805线稳压，2575开关，电流小用7805,电流大用2575,7805成本低。

我们常用7805稳压块产生5V电压。

但7805的一个明显缺点，是当输入电压大于12伏时，发热会很厉害，最大的输入电压也只能到15伏左右。

原因在于7805属于线性稳压。

即如果输入12V，就有7V电压是完全的发热浪费掉。

•现在我们我们的数控音频功率放大器的技术指标和功能要求最适合的是7805芯片

1.2芯片介绍

1、芯片7085

7805是三端稳压集成电路，7805组成的稳压电源外围元器件极少，电路内部有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠，方便而且价格便宜。

稳压电源，在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。

当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。

当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：

并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批型号的产品，以保证参数的一致。

另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。

典型应用电路：

（DC电路）（恒流调节器,电路）

7805的封装尺寸：

2、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特性（Features）：

＊内部频率补偿。

＊直流电压增益高（约100dB）。

＊单位增益频带宽（约1MHz）。

＊电源电压范围宽：

单电源（3—30V）；双电源（±1.5一±15V）。

＊低功耗电流，适合于电池供电。

＊低输入偏流。

＊低输入失调电压和失调电流。

＊共模输入电压范围宽，包括接地。

＊差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。

＊输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V）。

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;

LM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。

DIP塑封引脚图引脚功能圆形金属壳封装管脚图

LM358应用电路图：

图1直流耦合低通RC有源滤波器

图2LED驱动器图3TTL驱动电路

3、芯片X9313引脚排列

X9313的引脚说明

引脚名称功能

1INC“增加”输入脚。

INC输入端是负边沿触发。

触发INC将使滑动端向计数器增加减少的方向移动,移动的方向由U/D端输入的逻辑电平决定。

2U/D升/降输入脚。

U/D输入控制滑动端移动的方向,而控制计数器是增加或是减少。

3VH高电压端及低电压端。

X9313的高（VH）和低（VL）从电压端等效于一个机械电位器的固定

4VSS接地。

5VW滑动端。

VW是一个滑动端,相当于机械电位器的可移动端。

滑动端在电阻阵列中的位置

由控制输入端决定。

滑动端的串联电阻值典型是40Ω。

6VL输入端。

其最小电压是-5V而最大电压是+5V。

但必须注意VL和VH这个术语只是规定了,由U/D输入端选择的关于滑动方向的相对位置,而并不是端点上的电压。

7CS选输入端。

当CS端输入为低时器件被选中。

当CS变为高,且INC输入端也为高时,当前计数器的值被贮存在非易失性存贮器中。

在贮存操作完成后,X9313将处于低功耗的等待模式,直到器件再次被选中。

8VCC电源电压。

2）、X9313应用注意事项

（1）当X9313作为输入电阻与运放构成单端输入的放大器时,输入端易受低频信号的干扰。

可通过VL端对地接6800pF的电容进行有效的抑制。

（2）U/D端悬空时,阻值不可控。

（3）避免长时间使器件对于极限参数条件下工作,否则会造成器件永久性损坏。

（4）因电子器件的分散性,为了进行精确的阻电阻的增量值）进行实测。

最好采用数字万用表以减少读数误差。

例如X9313W在实测的各抽头间电阻值中最小值为240Ω,而最大值为400Ω（额定抽头间电阻为323Ω）。

3）、封装尺寸

4、芯片CD4053

CD4053/CC4053是三2通道数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰-峰值至20V的数字信号。

例如若VDD＝+5，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。

这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD－VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。

当INH输入端＝“1”时，所有通道截止。

控制输入为高电平时，“0”通道被选，反之，“1”通道被选。

1）、引脚排列

CD4053引脚功能说明

引脚号　　符号　　功能　　　　　　　　　　　　　　　

12351213　bybxcxcyayax　　输入/输出端

91011　cba　　　　　　　　控制端

14　OUT/INaxoray　公共输出/输入端axoray

15　OUT/INbxorby　公共输出/输入端bxorby

4　　OUT/INcxorcy　公共输出/输入端cxorcy

6　INH　　　　　　　　禁止端

7　VEE　　　　　　　　模拟信号接地端

8　Vss　　　　　　　　数字信号接地端

16　VDD　　　　　　　　电源+

2）、真值表

3）、封装尺寸：

5、芯片TDA2003

TDA2003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

1）、管脚排列及功能：

2）、典型应用电路：

3）、封装尺寸：

6、STC89C51

1）、89C51的引脚封装；

总线型非总线型

2）、内部结构：

3）、功能特性描述

STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

P0口：

P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口、必须外接上拉电阻才会有高电平输出；。

作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。

对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。

当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。

，

　P1口：

P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX），具体如下表所示。

在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。

引脚号第二功能

　　P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出

　　P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）

　　P1.5MOSI（在线系统编程用）

　　P1.6MISO（在线系统编程用）

　　P1.7SCK（在线系统编程用）

P2口：

P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR）时，P2口送出高八位地址。

在这种应用中，P2口使用很强的内部上拉发送1。

在使用8位地址（如MOVX@RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。

在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。

　　P3口：

P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p2输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。

对P3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。

作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。

P3口亦作为STC89C52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。

在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。

　　端口引脚第二功能

　　P3.0RXD（串行输入口）

　　P3.1TXD（串行输出口）

　　P3.2INTO（外中断0）

　　P3.3INT1（外中断1）

　　P3.4TO（定时/计数器0）

　　P3.5T1（定时/计数器1）

　　P3.6WR（外部数据存储器写选通）

　　P3.7RD（外部数据存储器读选通）

　　此外，P3口还接收一些用于FLASH闪存编程和程序校验的控制信号。

　　RST——复位输入。

当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将是单片机复位。

ALE/PROG——当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。

7、LED数码管

LED数码管的连接方式：

共阴共阳

使用LED显示器时，要注意区分这两种不同的接法。

为了显示数字或字符，必须对数字或字符进行编码。

七段数码管加上一个小数点，共计8段。

因此为LED显示器提供的编码正好是一个字节

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

二、Protel99se软件的介绍

2.1Protel99se的发展史

1985年诞生dos版Protel

 1991年ProtelforWidows

 1997年Protel98这个32位产品是第一个包含5个核心模块的EDA工具

 1999年Protel99构成从电路设计到真实板分析的完整体系。

 2000年Protel99se性能进一步提高，可以对设计过程有更大控制力。

 2002年ProtelDXP集成了更多工具，使用方便，功能更强大。

 2003年Protel2004对ProtelDXP进一步完善。

 2006年AltiumDesigner6.0成功推出，集成了更多工具，使用方便，功能更强大，特别在PCB设计这一块性能大大提高。

 2008年AltiumDesignerSummer08（简称：

AD7）将ECAD和MCAD两种文件格式结合在一起，Altium在其最新版的一体化设计解决方案中为电子工程师带来了全面验证机械设计（如外壳与电子组件）与电气特性关系的能力。

还加入了对OrCAD和PowerPCB的支持能力。

 2008年AltiumDesignerWinter09推出，此冬季9月发布的AltiumDesigner引入新的设计技术和理念，以帮助电子产品设计创新，利用技术进步，并提出一个产品的任务设计更快地获得走向市场的方便。

增强功能的电路板设计空间，让您可以更快地设计，全三维PCB设计环境，避免出现错误和不准确的模型设计。

2.2Protel99se的系统组成

（1）电路原理设计部分（AdvancedSchematic99）：

电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。

本系统的主要功能是：

绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。

（2）印刷电路板设计系统（AdvancedPCB99）：

印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。

本系统的主要功能是：

绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。

  （3）自动布线系统（AdvancedRoute99）：

本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。

  2、电路仿真与PLD部分

（1）电路模拟仿真系统（AdvancedSIM99）：

电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。

（2）可编程逻辑设计系统（AdvancedPLD99）：

可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。

本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。

利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。

  （3）高级信号完整性分析系统（AdvancedIntegrity99）：

信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析