基于AT89C51單片機(jī)和放大器實(shí)現(xiàn)音頻信號均幅控制放大電路的設(shè)計

引言

現(xiàn)在的學(xué)校，有許多已經(jīng)采用計算機(jī)加網(wǎng)絡(luò)多媒體系統(tǒng)來進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)。此外，工程施工人員在施工現(xiàn)場進(jìn)行對講通話，駕駛?cè)藛T在開動的坦克等自行火炮車輛上進(jìn)行通話等，都避免不了講話時嘈雜的背景噪聲或無線干擾（包括網(wǎng)絡(luò)射頻干擾），因而聲音有大有小。怎樣才能使聽到的廣播聲或耳機(jī)中說話的聲音平穩(wěn)清晰，本文給出了一種用SG270、LM4884電路配合AT89C51單片機(jī)來解決干擾問題的實(shí)現(xiàn)方案。

1 電路主要器件

1.1 SG270放大器

SG270電路為國產(chǎn)工業(yè)級（-40℃～+85℃）可控增益音頻放大器，該芯片的1、2腳為正、反相信號輸人端，A、B、C為壓控輸入端，增益控制電壓范圍為2.1～2.5 V，可通過輸出反饋信號來即時進(jìn)行自動增益控制。若把SG270用作信號鑒幅電路，那么，SQ即為音頻信號輸入端，當(dāng)輸入信號達(dá)到一定幅度時，SQOUT端輸出高電平（9腳須接上拉電阻）以此作為輸出允許信號。SG270的封裝形式為J型或D型DIP雙列直插陶瓷封裝，圖1所示是其引腳排列圖。

SG270的主要電參數(shù)如下：

◇電壓增益：無控制電壓或輸入信號為0～5mV時，A VD≥70倍；輸入信號為6～70 mV時，AVD為70～1倍

◇直流輸出電壓：5～7 V（電源為12V時）；

◇輸出電壓：≥5 V（電源電壓12 V時）；

◇輸入偏置電流I10：≤10μA；

◇功耗電流IP≤lOmA；

◇電路固有壓控電壓：2.1～2.5 V

◇壓控溫漂：-4 mV／℃或±0.2 V／100℃，當(dāng)SG270用于氣溫條件相對較差的野外環(huán)境時，應(yīng)對SG270進(jìn)行溫度補(bǔ)償（負(fù)系數(shù)），否則，在全部溫度范圍內(nèi)，SG270的輸出幅度會產(chǎn)生±0.2 V的溫度漂移。

◇增益調(diào)整范圍△Av為-70 dB

1.2 LM4884放大電路

LM4884是美國國家半導(dǎo)體公司的Boomer音頻放大器，該器件具有噪音抑制功能，可以抑制混入放大器的射頻信號，從而有效地確保調(diào)制解調(diào)器不受噪音影響，同時能有效地抑制來自無線筆記本電腦及手機(jī)等電子產(chǎn)品的干擾，有助于提高揚(yáng)聲器的聲音清晰程度。LM4884具有低電平有效停機(jī)模式以及過熱保護(hù)功能。同時帶有2位四種增益（6 dB、10 dB、15.6 dB、21.6 dB）選擇端。LM4884使用5V電源，可以很好地與TTL電平的單片機(jī)相連接，其封裝形式為20腳DIP雙列直插封裝或無引線封裝。

LM4884的主要性能參數(shù)如下：

◇輸出功率：8Ω/1.2 W或4Ω/1.9 W；

◇PSRR（1 kHz，VDD=5 V）≥62 dB；

◇采用雙通道差分放大，有2位四種可選增益（6 dB、10 dB、15.6 dB、21.6 dB）；

◇信號電源和功率驅(qū)動電源分開供電。

1.3 AT89C51單片機(jī)

AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的帶4 KB片內(nèi)Flash程序存儲器的40引腳單片機(jī)，其有關(guān)參數(shù)和引腳功能可查閱《ATMEL89系列單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)》等資料。

2 設(shè)計方案

2.1 硬件電路原理及功能

由SG270、LM4884和AT89C51單片機(jī)構(gòu)成的音頻均幅（量）輸出控制放大器的電路原理圖如圖2所示。圖中未包括話筒或音源部分（也可來自網(wǎng)絡(luò)，無線接收的音頻信號等）的前級電路，前級輸入SG270的信號VINA為5～50 mV；OUT1、OUT2輸出信號則可接人多媒體網(wǎng)絡(luò)或擴(kuò)音機(jī)，也可直接驅(qū)動揚(yáng)聲器或耳機(jī)。

（1） 靜噪功能

當(dāng)無正常的音頻信號而只有背景噪聲時，運(yùn)放A1的輸出幅度降低，南于壓控電平的降低會使SG270增益增大，故必須進(jìn)行靜噪。可由A3把輸入信號放大整形后由比較器B1進(jìn)行輸入信號VINA大小的判別。若無正常信號，B1將輸出低電平給AT89C51單片機(jī)并進(jìn)入INT0靜噪中斷處理，然后按靜噪延時設(shè)定延時后由P1.2發(fā)出高電平以關(guān)閉LM4884輸出。

（2） 防聲音突變

當(dāng)系統(tǒng)在正常音頻輸入時，如果突然遭遇強(qiáng)聲（如大喊、撞擊話筒、接插件接觸斷續(xù)、雷爆、火器發(fā)射等），則該電路會由SG270自動反饋控制并通過即時降低增益來抑制這種強(qiáng)聲，強(qiáng)聲過后再自動恢復(fù)正常。

而當(dāng)系統(tǒng)處于靜噪狀態(tài)時，若不加處置，SG270將處于高增益狀態(tài)，此時若有話音信號，則可能出現(xiàn)沖擊，故可由單片機(jī)P2.5發(fā)低電平以關(guān)閉電子開關(guān)A，同時由P2.6發(fā)出高電平打開電子開關(guān)B，而P2.7發(fā)出的1 kHz方波則經(jīng)100 kΩ電阻和電容C整形、W1降幅后，由運(yùn)放A4輸出25mV左右的假信號VINB給SG270，以使其保持有話音時的正常增益（這時LM4884輸出關(guān)閉）。

（3） 對聲音的自動增益跟蹤

自動增益跟蹤功能主要利用SG270的自動增益調(diào)節(jié)特性，并通過壓控反饋回路由運(yùn)放A0、A1、A2來完成。

（4） 功率輸出功

由運(yùn)放A5對A0輸出的平穩(wěn)信號進(jìn)行限幅后，其輸出VINC可用于LM4884的差分放大，這種放大輸出的功率可達(dá)1.2 W以上。LM4884的增益可由單片機(jī)（K2、K3、K4開關(guān)）進(jìn)行設(shè)定并控制指示（通過L1、L2、L3、L4發(fā)光二極管）。

（5） 靜噪延時設(shè)定和數(shù)字顯示

不靜噪時，電路開關(guān)K1閉合，這時開關(guān)A一直接通，B一直斷開，LM4884也將一直打開。

有靜噪和延時時，K1斷開，進(jìn)入可靜噪狀態(tài)（L0指示）。靜噪動作延時可南J1和J2在0～19秒內(nèi)設(shè)定，設(shè)定值可由LED2和LED1顯示。

開機(jī)的初始設(shè)定為5秒，5秒無人說話將關(guān)閉LM4884輸出（揚(yáng)聲器無聲）以使電路靜音。

其它功能也可在此電路上改進(jìn)和增加。

2.2 軟件設(shè)計

在了解了硬件電路原理及功能要求的基礎(chǔ)上?？捎肁T89C51單片機(jī)通過軟件進(jìn)行編程來實(shí)現(xiàn)電路功能，其程序框圖如圖3所示。

3 結(jié)束語

利用本文給出的實(shí)現(xiàn)方式設(shè)計的音頻信號均幅控制放大器，可以使嘈雜環(huán)境下的通話聲音變得平穩(wěn)清晰。從而解決了音頻信號的背景噪聲和無線干擾問題。

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