带啸叫检测与抑制的音频功率放大器

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摘要：为制作一个带啸叫检测与抑制的音频功率放大器，采用了宏晶公司的STC系列高速单片机STC12C5A16S2作为控制单元、显示器使用12864M-3中文LCD液晶屏，音量控制采用PWM方式程控前置放大器，电压测量采用电压互感器并经过电平转换后通过单片机的内部AD采样，从而求出输出电压的峰峰值及8Ω负载上的功率，电路具有啸叫抑制功能，显示屏在工作时可显示输出电压的峰峰值、输出功率、设定功率（音量）等中文参数，使操作更直观。

关键词：啸叫 功率放大 检测 反馈

中图分类号：TP368.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）12-0000-00

音频功率放大器在智能手机，笔记本电脑，音箱，无线蓝牙等市面上主流的数码产品有着广泛的应用，有很大的市场需求，所以对它的研究有着重大意义，而音频功率放大器存在啸叫现象，本文就是为有效控制啸叫现象而做出的研究设计。

1设计方案

1.1拾音电路方案

拾音电路采用基于LM358芯片设计的前端放大电路，LM358可以实现单双电源两种供电方式，加入了负反馈后作放大器使用，具有噪音小、抗干扰能力强、使用元器件数少、制作方便、输出稳定、成功率高等优点。

1.2啸叫检测电路方案

啸叫检测电路采用电压比较器检测啸叫状态，电压比较器可以调节啸叫时的阀值电压，而限波电路中的参数设定可以实现对特定啸叫频率的抑制。

1.3功率放大器电路方案

音频功率放大器直接采用了TI公司的功率放大器芯片TPA3112D1，所有元件参数按器件说明要求进行安装调试。

1.4功率检测电路方案

采用由NE5532为核心的绝对值电路进行电压峰峰值检测，并经单片机模数转换测量，从而计算出对应负载上的功率。

1.5控制用处理器方案

单片机采用宏晶公司的STC12C5A16S2，速度是普通单片机的8-12倍。可进行在线程序写入，特别适合开发设计阶段使用，另外丰富的片内资源，如ADC功能、PWM功能、片内时钟等成为宏晶单片机使用的首选条件。

1.6电源方案

系统电源统一使用12V直流供电，单片机供电电源及前置电路需要的正负5V电源，采用LM7805及专用芯片LM7660。

1.7软件设计方案

设计中采用宏晶公司高速单片机的片内ADC，具有8路10位转换精度，单次转换速度可需3微秒，满足功率测量速度的要求。信息显示采用中文液晶显示器12864M-3，是内置8192个16×16点汉字库和128个16×8点ASCII字符集的图形点阵液晶显示器，它可完成图形显示，也可以显示4行×8个 （16×16点阵）中文汉字，为了节省单片机资源可采用串行接口方式进行显示控制。

2电路设计与原理分析

2.1功率接口电路的设计

电压及电流信号测试接口电路主要完成幅度调整及电平的变换。按设计要求在待测电压为100～500V交流电压输入、10～50A交流电流输入时，均由相应的变换器转换为对应的1～5V交流电压。为了满足单片机ADC口0-5正极性输入的信号要求，需将1～5V交流电压进行极性及幅度的处理。图1为接口电路原理图，图2是经电平及幅度变换前后点波形如。

2.2显示接口电路

液晶显示器采用串行连接方式，使用8根接线相连，分别为背光灯地、背光灯正电源、片选、数据口、时钟、液晶对比度、正电源、地线。背光灯在使用时由单片机口控制，端口低电平时三极管导通，背光灯供电发亮。电位器用于控制液晶屏的对比度，一般电压在3-4.5V左右。液晶接口电路如图3。

2.3拾音电路

图4是基于LM358的拾音前置运放电路，将芯片接地端进行电位抬高，从而将双电源转换成0V到12V单电源供电 。负反馈端的电阻值设置成放大倍数约为10倍左右。

2.4功率放大电路模块

图5为采用TI公司的TPA3112D1芯片制作的具有功率控制功能的放大电路。该芯片的正常工作电压可为8V-26V，设计中采用12V供电。

3程序设计

3.1主程序设计

主程序是一个循环运行的程序代码，在功率放大器控制中通过实时采集输出的电压并在液晶屏上显示出来，另外通过查询按键进行相应的参数调整操作。图6为主程序流程图。

3.2电压、功率计算程序

宏晶单片机内置8路10位精度的片内全并行（flash）（多指针并行查找）ADC转换器，单次转换速度可达3?s，对端口模拟电压信号可完成较高精度的快速采集运算。主要电压采集与功率计算过程为：打开ADC电源选择通道启动ADC转换等待完成读ADC值计算电压值计算功率值显示刷新结束。

4测试方法与测试结果

4.1测试方法

先由输入端接入10mv的正弦交流信号，经过前端放大电路放大到100mv左右，信号进入音频功率放大模块，该模块将信号进一步放大之后输出到8欧负载。用示波器检测其最大输出功率不超过5W。

进行啸叫检测时，负载端接喇叭，输入信号用麦克风接收声音，增大功放放大量时观察啸叫显示频率并测试啸叫抑制电路是否起作用。

4.2主要测量指标

4.2.1 TPA3112功率增益板测定

信号源仪器型号：RIGOL DG1022。表1为功率测试情况表。

4.2.2啸叫频率测定

表2为单片机测频率功能在不同信号源频率下的测量值

5结语

带啸叫检测与抑制的音频功率放大器适合作导游扩声器、店家广告播放器等，由于采用单片机控制，也可在远程进行音量大小、电源开关、定时开关机等遥控操作，与视频监控系统整合可应用于远程可视对讲系统。

参考文献

[1]李光飞，李良儿，楼然苗，等编著.单片机C程序设计实例指导[M].北京航空航天大学出版社，2005.9 .

[2]楼然苗，李光飞 编著.单片机课程设计指导（第2版）[M].北京航空航天大学出版社，2012.1.

[3]陈庭勋，楼然苗，胡佳文.电子设计常用模块与实例[M].浙江大学出版社，2013.9.