原创 【TI博客大赛】基于MSP430F449的音频功放-4

五、硬件电路设计

1.音源通道选择设计

音源要求具有四路可选功能，此处考虑用模拟开挂实现，采用双四选一模拟开关MAX309，具有低导通电阻及低功耗。考虑MAX309的通道选择时通过对A0、A1端进行译码所得，故选择端可以使用按键和计数器通过对按键次数进行技术来调整通道，计数器选用十进制计数器74LS90，将其设置为满四清零的计数状态即可，LED指示选通的通道数。实现电路如下：

图 12 通道选择电路

2.数字音量控制电路

    数字音量控制通过改变放大器的反馈电阻数字电位器的阻值来改变放大倍数。数字电位器采用DS1267-100，最大阻值100KΩ，具有超低功耗、 三线串行接口。该数字电位器内含两个电阻阵列 (255个阻值相等的电阻串联构成)、两个 256 选 1 多路模拟开关、 17位移位寄存器、串口控制逻辑电路、串接开关等电路。在外部控制信号输入的作用下对移位寄存器写入数据通过控制电阻阵列来达到控制输出电阻的目的。放大器选用精密、低噪集成运算放大器OP07。实现电路如图14：

3.高、中、低音调节电路（电路见理论分析）

    根据理论分析中的公式，取低频段为40-400Hz，中频段为400-2KHz,高频段为2K-20KHz。则根据公式

，；

，。

且C2=C4>>C3，取C2=C4=50nF,C3=3nF。可分别计算出有：

R3=72KΩ，R1=R2=R4=8.2KΩ，R6=2.7KΩ，取R5=100KΩ。

4.三角波波形发生电路

此处三角波生成电路采用单片函数发生器MAX038，通过逻辑地址组合A0、A1来选择生成波形，利用外部阻容网络根据公式设定信号生成频率。实现电路如下：

图14 载波生成电路

5.SPWM波形生成电路

SPWM波形生成则采用LM311作为比较器，分别将三角波和前置放大级输出作为LM311的同相和反相端输入。

6.桥式开关电路

    SPWM波形通过接到全桥型N沟道功率驱动芯片LT1162。根据外部简单的二极管电容电路可实现自举功能，用于驱动高侧MOS管的通断，该芯片具有自适应防重叠门级驱动可防止死区时间设置不对而导致的上下贯通问题，有效得减小了MOS管同时导通时造成的功率损耗，较好的保护了开关管。

图15 全桥驱动芯片

7.LC低通滤波器设计

根据LC低通滤波器的截止频率计算公式:可得，取，则。电路如下：

图16 输出LR低通滤波器

8.输出功率测量电路

    由于终端输出负载一定，所以检测输出功率只需要测量负载端的电压，利用公式,即得到输出功率值。输出端电压首先采用电压互感器将电压值变换为A/D可采集的范围。为提高系统数据采集速度，采用真有效值检测芯片AD637对互感器输出信号进行有效值检测，MSP430内部A/D只需要对AD637输出的直流信号采样，计算即可。AD637其有效值计算公式为。应用时只需在芯片的外围添加适当的电阻、电容即可实现任意波形交变信号的有效值的测量。其中平均电容C1可用来设定平均时间常数，并决定低频准确度，输出纹波大小和稳定时间。R1、R2、C1、C2及运放OPA277构成一二阶低通滤波滤除检波后的纹波。其电路连接图如图18所示：

图 17  有效值检测

六、程序设计

程序设计采用模块化思想，系统经过初始化后对输出功率进行计算然后显示，若检测到键盘中断后则跳入相应的中断服务程序，判断音量的增、减，对应改变数字电位器阻值即可。程序流程图如图：