原创 【TI博客大赛】基于MSP430F449的音频功放-2

2、音量控制功能方案选择

根据PWM控制原理可知，功率放大的最后输出电压与调制器的输出的占空比有关，调制器的输出占空比则由三角载波和音频信号输入共同决定。在三角波型一定的情况下，为改变输出的功率大小只有通过改变前置放大器的输出。前置放大器的输出大小则由电路中的放大器放大倍数决定也就是通过改变反馈电阻来决定放大倍数。针反馈电阻的调节方式有以下两种方案：

方案一：模拟方式改变。模拟方式改变即利用滑线变阻器通过手动调节变阻器的阻值大小改变反馈电阻。此种方式有放大倍数可连续调节的优点。但是由于滑线变阻器的机械特性，手动去控制精度难以达到理想要求。

方案二：数字方式调节，采用数字电位器作为放大器的放馈电组，利用程序给出控制字来控制反馈电阻的大小，达到控制放大倍数的目的。此方案输出不连续，但是根据数字电位器的特点，可达到数字音量分级调节的目的，并且调节级数理论上就是数字电位器的可调级数。工作时，单片机通过检测按键的状态判断增大还是减小数字电位器阻值，具有良好的动态响应特性。

综上选择方案二数字方式对输出音量进行调节。

3、  高、中、低音音调调节方案选择

音频系统中所说的低、中、高音均是对声音的频率而言。一般情况下低音段包括从几十到几百赫兹的声音，中音则是上百到上千，高音则是数十千赫兹的频率范围。音调控制器主要是控制、调节放大器的幅频特性，其理想的控制曲线如图7所示：

图7  音调控制幅频特性

    图中，表示中音频率，其增益要求为0dB；表示低音频率转折点，一般为几十赫兹；表示低音频区的中音频转折频率；表示高音频区的中音频转折频率；表示高音频转折频率，一般为几十千赫兹。由图可知，音量控制器只对低音和高音区的增益进行提升和衰减，中音的增益保持不变。有以下方案：

方案一：采用双音调控制器，用两只电位器进行调节。实际电路即是由一个滤波器和和一个波器共同构成，利用运算放大器构成音调放大器，分别利用两只电位器去调节低通和高通的放大增益。电路结构见理论分析部分。本方案实现简单，控制方便，只需调节两只电位器即可完成对高、中、低音音调调节的功能。

方案二：采用图示均衡器。图示据衡器可以拼接出任何形状的频率响应特点，采用恒定Q值技术，每个频点设有一个推拉电位器，无论提升或衰减某频率，滤波器的频带宽始终不变。常用的专业图示均衡器则是将信号分成多段来进行调节，根据不同的要求分别选择不同段数的频率均衡器。多数用在比较重要的需要精细补偿的场合下，图示均衡器结构简单，直观明了，故在专业音响中应用非常广泛。

方案一操作简单，成本低廉；方案二复杂且成本高，故最终选用方案一利用双音调控制器对系统实现音调的调节。

4、 放大器输入电源方案选择

放大器的输入电源可采用双电源供电，要求不大于±20V。根据电源供电特性可以分为线性稳压源和开关电源两种方案。

    方案一：采用线性稳压方式供电。首先利用三端输出变压器和整流桥将市电变换为大于±20V的电压，然后利用“7918”“7818”线性降压芯片对电压进行稳压输出，从而实现对功率放大器的供电。

    方案二：利用开关稳压源对系统供电。采用开关电源集成芯片UC3845通过正激和反激式变换电路得到最终要求的±20V电压。

方案一电路简单，但是由于线性电源自身的特性，会带来大量的功率损耗；而利用开关电源，由于开关控制芯片的反馈特性可得到稳定、低噪的直流电压，并且可以极大程度的减小供电电源带来的功率损耗，更加节能和环保。故最终采用方案二作为放大器的输入电源。

三、系统整体方案与框图

综上可得到系统的整体可分为音源输入、前置放大、功率放大、测量与显示以及人机交互五个部分。音源输入利用轻触开关通过对模拟开关通道的选择实现音源选择；前置放大部分包括数控增益放大以及音调控制电路；功率放大包括三角波波形发生器、LM311比较器PWM生成电路、开关管驱动部分、桥式开关放大部分以及LC低通滤波器等电路；测量、显示部分则包括输出功率测量、数字音量等级显示和音源输入通道显示。由于系统的单片机主要负责人机交互和功率计算和显示功能，为简化系统结构采用MSP430F449作为系统控制核心，由于其内部集成12位A/D转换器，故信号采集不必利用专用A/D转换器，此外根据系统的工作要求可以进一步降低CPU时钟从而达到降低系统功耗的目的。

系统方框图如下：

图8系统框图