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用SG270/LM4884和AT89C51设计的音频信号均幅控制放大器

时间:2007/7/9 9:20:00  作者:  来源:ic72105  浏览人数:1571
 
 

      引言

      现在的学校,有许多已经采用计算机加网络多媒体系统来进行现场教学。此外,工程施工人员在施工现场进行对讲通话,驾驶人员在开动的坦克等自行火炮车辆上进行通话等,都避免不了讲话时嘈杂的背景噪声或无线干扰(包括网络射频干扰),因而声音有大有小。怎样才能使听到的广播声或耳机中说话的声音平稳清晰?本文给出了一种用SG270、LM4884电路配合AT89C51单片机来解决干扰问题的实现方案。

      1 电路主要器件

      1.1 SG270放大器

      SG270电路为国产工业级(-40℃~+85℃)可控增益音频放大器,该芯片的1、2脚为正、反相信号输人端,A、B、C为压控输入端,增益控制电压范围为2.1~2.5 V,可通过输出反馈信号来即时进行自动增益控制。若把SG270用作信号鉴幅电路,那么,SQ即为音频信号输入端,当输入信号达到一定幅度时,SQOUT端输出高电平(9脚须接上拉电阻)以此作为输出允许信号。SG270的封装形式为J型或D型DIP双列直插陶瓷封装,图1所示是其引脚排列图。

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      SG270的主要电参数如下:

      ◇电压增益:无控制电压或输入信号为0~5mV时,A VD≥70倍;输入信号为6~70 mV时,AVD为70~1倍

      ◇直流输出电压:5~7 V(电源为12V时);

      ◇输出电压:≥5 V(电源电压12 V时);

      ◇输入偏置电流I10:≤10μA;

      ◇功耗电流IP≤lOmA;

      ◇电路固有压控电压:2.1~2.5 V

      ◇压控温漂:-4 mV/℃或±0.2 V/100℃,当SG270用于气温条件相对较差的野外环境时,应对SG270进行温度补偿(负系数),否则,在全部温度范围内,SG270的输出幅度会产生±0.2 V的温度漂移。

      ◇增益调整范围△Av为-70 dB

      1.2 LM4884放大电路

      LM4884是美国国家半导体公司的Boomer音频放大器,该器件具有噪音抑制功能,可以抑制混入放大器的射频信号,从而有效地确保调制解调器不受噪音影响,同时能有效地抑制来自无线笔记本电脑及手机等电子产品的干扰,有助于提高扬声器的声音清晰程度。LM4884具有低电平有效停机模式以及过热保护功能。同时带有2位四种增益(6 dB、10 dB、15.6 dB、21.6 dB)选择端。LM4884使用5V电源,可以很好地与TTL电平的单片机相连接,其封装形式为20脚DIP双列直插封装或无引线封装。

      LM4884的主要性能参数如下:

      ◇输出功率:8Ω/1.2 W或4Ω/1.9 W;

      ◇PSRR(1 kHz,VDD=5 V)≥62 dB;

      ◇采用双通道差分放大,有2位四种可选增益(6 dB、10 dB、15.6 dB、21.6 dB);

      ◇信号电源和功率驱动电源分开供电。

      1.3 AT89C51单片机

      AT89C51是美国ATMEL公司生产的带4 KB片内Flash程序存储器的40引脚单片机,其有关参数和引脚功能可查阅《ATMEL89系列单片机应用技术》等资料。

      2 设计方案

      2.1 硬件电路原理及功能

      由SG270、LM4884和AT89C51单片机构成的音频均幅(量)输出控制放大器的电路原理图如图2所示。图中未包括话筒或音源部分(也可来自网络,无线接收的音频信号等)的前级电路,前级输入SG270的信号VINA为5~50 mV;OUT1、OUT2输出信号则可接人多媒体网络或扩音机,也可直接驱动扬声器或耳机。

      (1) 静噪功能

      当无正常的音频信号而只有背景噪声时,运放A1的输出幅度降低,南于压控电平的降低会使SG270增益增大,故必须进行静噪。可由A3把输入信号放大整形后由比较器B1进行输入信号VINA大小的判别。若无正常信号,B1将输出低电平给AT89C51单片机并进入INT0静噪中断处理,然后按静噪延时设定延时后由P1.2发出高电平以关闭LM4884输出。

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      (2) 防声音突变

      当系统在正常音频输入时,如果突然遭遇强声(如大喊、撞击话筒、接插件接触断续、雷爆、火器发射等),则该电路会由SG270自动反馈控制并通过即时降低增益来抑制这种强声,强声过后再自动恢复正常。

      而当系统处于静噪状态时,若不加处置,SG270将处于高增益状态,此时若有话音信号,则可能出现冲击,故可由单片机P2.5发低电平以关闭电子开关A,同时由P2.6发出高电平打开电子开关B,而P2.7发出的1 kHz方波则经100 kΩ电阻和电容C整形、W1降幅后,由运放A4输出25mV左右的假信号VINB给SG270,以使其保持有话音时的正常增益(这时LM4884输出关闭)。

      (3) 对声音的自动增益跟踪

      自动增益跟踪功能主要利用SG270的自动增益调节特性,并通过压控反馈回路由运放A0、A1、A2来完成。

      (4) 功率输出功

      由运放A5对A0输出的平稳信号进行限幅后,其输出VINC可用于LM4884的差分放大,这种放大输出的功率可达1.2 W以上。LM4884的增益可由单片机(K2、K3、K4开关)进行设定并控制指示(通过L1、L2、L3、L4发光二极管)。
 
      (5) 静噪延时设定和数字显示

      不静噪时,电路开关K1闭合,这时开关A一直接通,B一直断开,LM4884也将一直打开。

      有静噪和延时时,K1断开,进入可静噪状态(L0指示)。静噪动作延时可南J1和J2在0~19秒内设定,设定值可由LED2和LED1显示。

      开机的初始设定为5秒,5秒无人说话将关闭LM4884输出(扬声器无声)以使电路静音。

      其它功能也可在此电路上改进和增加。

      2.2 软件设计

      在了解了硬件电路原理及功能要求的基础上。可用AT89C51单片机通过软件进行编程来实现电路功能,其程序框图如图3所示。

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      3 结束语

      利用本文给出的实现方式设计的音频信号均幅控制放大器,可以使嘈杂环境下的通话声音变得平稳清晰。从而解决了音频信号的背景噪声和无线干扰问题。

 
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