数控直流电源+简易音阶发生器设计+高效率PWM音频功率放大器+调频(2)

音频功率放大器可以有以下几种电路结构供参考

（1）采用集成功率放大器构成的电路；

（2）采用互补对称OCL或OTL电路构成功率放大电路；

2、多谐振荡器

方案2采用多谐振荡器可以考虑以下参考方案：

（1）用非门电路构或555电路构成多谐振荡器。

（2）用运算放大器构成多谐振荡器，此时注意运算放大器的电源电压用±5V，不要

太高。

（3）用EDA技术，采用大规模可编程器件CPLD/FPGA，用其中的部分资源来构成多

谐振荡器。

（4）用MCU技术，采用单片机、外围逻辑器件和D/A转换器实现，外围逻辑器件主

要是用于对A/D，D/A等器件的读写控制和片选控制；

（5）用MCU完成课题的控制和计算部分，用EDA技术完成逻辑整合和数字显示的译

码，D/A转换器完成数摸转换。

3、频率控制和正弦波发生器

方案1采用频率控制和正弦波发生器以下方案可供参考：

（1）考虑EDA技术，用CPD/FPGA和D/A芯片进行直接数字频率合成（DDFS）

产生正弦波，频率控制精确，切换速度快。

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（2）通过MCU控制MAX038构成压控振荡器，直接产生正弦波。这种方式编程

方便，但频率控制精度稍差一些。

（3）用MCU控制DDS芯片AD9850，通过低通滤波器直接产生正弦波。这种方

式由MCU向AD9850发出频率控制字，频率控制精确，切换速度快，且比

（1）容易实现。

第2节课题实施内容及实验步骤（以方案2为例）

由于课题内容比较多，工作量比较大，在完成硬件整体设计后，按先易后难、先小后大，先硬件后软件按功能模块进行实验和调试，建议如下：

实验一

该实验有以下两部分内容

1、多谐振荡器频率可切换的多谐振荡器

多谐振荡器电路的一种如图2.3所示，工作原理是利用电容器C的充、放电作用，在输

出端获得矩形波。

图2．3RC环形多谐振荡电路

假定在接通电源后，电路最初处于第一暂稳态，即的Vi1=0、Vo1=1、Vo2=0及Vi3=1的状态，此时Vo1高电平经C、R和门G2输出端向C充电，随着充电时间的增加，Vi3的电位不断下降，当Vi3降到Vr=1.4V(TTL的门坎电平)时，电路发生下述正反馈过程：

↓↑

↓

结果使门G1迅速导通，门G2截止，电路处于第二暂稳，即Vo1=0、Vo2=1、Vi3=0及Vo3=1，这时，Vo2高电平经R、C和门G1输出端向C反充电，使Vi3的电位不断上升，当Vi3上升到Vr=1.4V时，电路又产生下列正反馈过程：

↑↓↑

从而使门G2迅速导通和门G1截止，电路又返回到第一暂稳态。此后，电路重复上述过程，

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在输出端获得矩形波，振荡频率为f=1

2R+R0+RON C

RO是与非门的输出电阻、RON是CMOS传输门TG的导通电阻。此外，还有一点有必要说明，CMOS传输门建议采用CD4016，它包含有四个独立的双向模拟开关，开关状态由控制信E决定，当E=1时，对应开关的导通电阻RON为几百欧姆；当E=0时，开关的断开电阻ROFF9>10

2、可编程音阶振荡电路

可编程音阶振荡电路如图2．4所示。电路由3线—8线译码器和RC环形多谐振荡电路组成，3线—8线译码器的作用是选择不同的CMOS

电子开关4051，以获得八个振荡频率。

图2.4可编程音阶振荡电路

对于一组确定的地址码止A2，A1，A0译码器输出线中仅有一线为高电平（Yi=1）使TGi：导通和电阻Ri接入振荡电路，从而产生频率为f=1

2Ri+R0+Ron C

的矩形波。因此，改变数码A2A1A0，即可获得不同的振荡频率。

3、电路参数测试

分别对图2.3和图2.4进行实验。首先计算电路参数，选定电容C和初步选定电阻R0-R7的数值，使电路起振。通过切换3-8译码器输入A2，A1，A0，调节对应的电阻，使振荡频率满足表2.1的各音阶频率。填表2.2表2.2音阶对应的RC参数表

A2A1A0

R0=

频率R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=

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实验二有源低通滤波器、衰减器和功率放大器

1、二阶有源低通滤波器

二阶有源低通滤波器参考电路如图2.5所示，它的输入Vi4是音阶频率的方波信号，通过设计有源低通滤波器的截止频率参数，可以滤除方波信号中的高频分量，在输出端提取出基波信号

Vo4。

图2.5二阶有源低通滤波器

2、衰减器和功率放大器

衰减器主要是对音频信号进行特定频率的提升和衰减，不过在此可以简单地当作输出音量控制来处理，用电位器实现音频信号衰减和对音量的控制。功率放大器可以采用互补对称OTL或OCL电路来实现，输出功率0.5W即可。

3、电路参数测试

（1）低通滤波器的截止频率测试。首先确定低通滤波器的截止频率，计算图2.5的电路参数，通过信号发生器来测试和调试低通滤波器的截止频率。自己拟订测试方案，将调整好的测试数据填入表2.3，并画出低通滤波器的幅-频特性曲线（用半对数坐标）。表2.3滤波器频率-幅值测试值

频率

（2）滤波效果测试。将实验一的可控多谐振荡器的输出和低通滤波器的输入相连接，切换A2，A1，A0观察各音阶频率的滤波器输出波形，确定滤波器参数的选择是否合适，画

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出Vi4和Vo4在各个音阶频率的对照波形。

（3）功率放大器测试。自己画出OCL功率放大器的原理图，设计其参数。

1）静态输出调零。不加信号负载开路！将功率放大器输入接地，测试和调节输出使其为零电位。

2）在输出静态为零的前提下，输入和地断开，接入信号源和负载（扬声器），用示波器观察功率放大器的工作是否正常，有无交越失真。自己拟订测试方案，测试并记录该功率放大器的最大输出功率和效率。

最大输出功率Pmax=输出效率η=

3）将滤波器的输出通过衰减器后加到功率放大器的输入，切换A2，A1，A0听扬声器的音阶声音，调节衰减器到合适音量。

实验三键控输入及频率控制的实现及整机调试和测试

1、键控输入及频率控制

该部分电路如图2.6所示，按键K0-K7分别相当于8个琴键，CPLD/FPGA用于对按键的识别、电子开关的频率切换，和定时自动演奏；有源晶振为CPLD/FPGA提供时钟信号。整个逻辑的实现可通过VHDL语言编程实现。该部分的关键是VHDL语言编程，程序应该有键值识

别模块、译码模块、定时模块和用于自动演奏的控制等模块。

图2.6键控输入及频率控制

2、键控输入电路及整机调试和测试

（1）软件仿真调试。用MAX+PLUSII或其它EDA软件编完程后，将K0-K7用软件开关来实现，通过波形仿真来观察逻辑关系是否正确。

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（2）软件仿真调试通过后，接好硬件电路，用软件定义好并锁定管脚下载程序到芯片中，分别按下K0-K7，测试电子开关输入是否正确。若结果正确可接上整机其它电路进行试听。

（3）任意定义一个按键作为启动信号，调试定时逻辑和控制逻辑，使电路能按音阶顺序自动演奏。

第3节

1.预习要求实验要求

（1）由于课题涉及多门课程内容，在预习时要注意有关内容的查阅和研读，理解各模块电路的原理，查阅有关资料选定芯片，画出硬件原理图。用VHDL等语言编制相关软件，预习MAX+PLUSII的使用说明。

（2）根据自己情况，预先设计好实验步骤、测试方法和画出各种测试数据表格。

2.课题总结报告要求

（1）课题总体设计思想和总体方案，方案的选择与比较。

（2） …… 此处隐藏：2723字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……