眾所周知，音頻控制電路是實現(xiàn)播放系統(tǒng)無損、全數(shù)字化、可遙控化、智能化的關(guān)鍵，也可移植到傳統(tǒng)功放、LED中控、家電產(chǎn)品中，是實現(xiàn)智能家居物聯(lián)網(wǎng)化的核心部分。本文設(shè)計了一種基于數(shù)字電位器的音頻控制電路，通過測試，實現(xiàn)了高效率，低失真，高信噪比。
1.系統(tǒng)總體設(shè)計
如圖1所示，音頻控制電路主要由微控制器部分(包括鍵盤部分，紅外接收)數(shù)碼顯示部分、數(shù)字音量控制部分、繼電器構(gòu)成的輸入切換選擇部分、電源部分構(gòu)成;膽機(jī)(電子管功放)部分是獨立于音頻控制電路的功率放大器，目的是驗證音頻控制電路的高效率，低失真，高信噪比，將不在本文詳敘。微控制器通過繼電器切換完成數(shù)字音頻信號(PCM2 704的輸出)和模擬音頻信號(外部輸入)之間的切換。
USB 數(shù)字音頻解碼芯片PCM2704，能接收來自USB主機(jī)(如臺式計算機(jī)、便攜式計算機(jī)、手機(jī)等)的IIS音頻數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號。被選中的音頻信號經(jīng)過數(shù)字音量控制部分完成音量大小的調(diào)節(jié)，再送至膽機(jī)功率放大后產(chǎn)生足夠大的音頻功率去驅(qū)動外部音頻設(shè)備。微控制器使用5 kbyte Flash ROM單片機(jī)STC12C5052AD，主要用于鍵盤輸入、紅外輸入的掃描、工作狀態(tài)的顯示以及各功能模塊工作狀態(tài)的設(shè)置和管理。電源模塊單獨為微控制器部分、數(shù)碼顯示部分。數(shù)字化音量控制系統(tǒng)、膽機(jī)提供電源。鍵盤和顯示模塊用于接收用戶的操作輸入并向用戶反饋系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)。
圖1 總體設(shè)計框圖
2.主要硬件設(shè)計
2.1數(shù)字電位器電路
如圖2所示，數(shù)字電位器部分選用MAX5389控制，它內(nèi)置兩組100kQ電位器，共有256階的音量大小調(diào)節(jié)，帶寬達(dá)到600kHz，THD+N為0.015%。通過設(shè)置片選端CSA，CSB可以選擇內(nèi)置的兩組電位器，低電平有效。設(shè)置UDA，UDB可以使電位器滑動端向高阻值或低阻值變化，下降沿使電位器滑動端向低阻值變化，上升沿使電位器滑動端向高阻值變化。設(shè)置INCA，INCB為下降沿將使阻值產(chǎn)生100k/256變化。
圖2 數(shù)字電位器電路
2.2微控制器處理電路
微控制器處理電路如圖3所示，主控CPU采用STC12C5052AD單片機(jī)，它有20個引腳，5kbyte的FlashROM，512byte的EEPROM，引腳可以設(shè)置為強推挽輸出直接驅(qū)動LED，內(nèi)部資源豐富，性價比高。
圖3 微控制器處理電路
微控制器處理電路主要通過掃描獨立式鍵盤，紅外遙控器，將掃描信息通過Cp和Data端，將按鍵信息通過數(shù)碼管顯示出來。通過CS,，D/U 和INC端，將按鍵信息送達(dá)數(shù)字電位器Max5389，完成相關(guān)音量增加，減少，靜音等操作。通過P1.0端，通過三極管電流放大后驅(qū)動繼電器完成數(shù)字音源和模擬音源的切換。
2.3顯示電路
顯示電路如圖4所示，采用靜態(tài)顯示，通過串人并出移位寄存器74LS164，可以節(jié)省單片機(jī)IO口，同時可以直接驅(qū)動數(shù)碼管并方便擴(kuò)展，數(shù)據(jù)從高位開始進(jìn)行傳送，每次完成一個字節(jié)的傳送，單片機(jī)需要給芯片74LS164A的引腳8來一個上升沿，然后通過芯片74LS164A進(jìn)行移位操作，將低位逐位移到最高位上，從而讓數(shù)碼管顯示不同的信息;通過控制三極管9013的導(dǎo)通或截止，從而讓 LED燈亮或滅，顯示音頻控制板的通電與否。
圖4 顯示電路
3.軟件設(shè)計
圖5為主程序流程圖，主程序要完成兩個任務(wù)，一是初始化，包括對 MAX5389數(shù)字電位器控制芯片音量，數(shù)字，模擬信號選擇的初始化，數(shù)碼顯示的初始化;二是從讀取EEPROM，通過定時器中斷的方式進(jìn)行鍵盤、紅外等輸人掃描，讓主程序可讀性更強，效率也更高。
圖5 主程序流程圖
4.實驗結(jié)果
為了讓音頻控制板具有高信貯比，低失真，在布局布線采用了以下關(guān)鍵措施：
(1)所有走線呈弧形避免干擾。
(2)加寬電源線、地線寬度，使地線比電源線寬，做到：地線>電源線>信號線。
(3)布雙層板頂層走多條電源信號，底層走多條地信號，讓電源和地信號像“井”字形排列，基本上不走環(huán)線。
(4)模擬電路的地單獨接線。
(5)用大面積銅層作地線，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用，頂層電源敷銅，底層地線敷銅。
(6)區(qū)分模擬和數(shù)字地：模擬器件就接模擬地，數(shù)字器件就接數(shù)字地;大信號地和小信號地也分開。
(7)濾波去耦電容緊貼芯片進(jìn)一步減小去耦電容的供電回路面積，有利于實現(xiàn)電磁兼容。
(8)電源線盡可能靠近地線以減小供電環(huán)路面積，差模輻射小，有助于減小電路交擾。
將做好的音頻控制電路按照圖6連接，按照表1步驟測試，測試結(jié)果如表1所示，信噪比可以達(dá)到82.49 dB。
表1 信噪比測試結(jié)果表
結(jié)束語
以上就是基于數(shù)字電位器的音頻控制電路設(shè)計介紹了。本控制電路操作方便，智能可遙控，信噪比高，既可以接入USB 數(shù)字音頻信號也可以接入模擬音頻信號，具有極高的效率和極低的失真，該控制板在音頻產(chǎn)品、家電產(chǎn)品等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
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