用SG270／LM4884和AT89C51設計的音頻信號均幅控制

現在的學(xué)校，有許多已經(jīng)采用計算機加網(wǎng)絡(luò )多媒體系統來(lái)進(jìn)行現場(chǎng)教學(xué)。此外，工程施工人員在施工現場(chǎng)進(jìn)行對講通話(huà)，駕駛人員在開(kāi)動(dòng)的坦克等自行火炮車(chē)輛上進(jìn)行通話(huà)等，都避免不了講話(huà)時(shí)嘈雜的背景噪聲或無(wú)線(xiàn)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(tīng)到的廣播聲或耳機中說(shuō)話(huà)的聲音平穩清晰?本文給出了一種用SG270、LM4884電路配合AT89C51單片機來(lái)解決干擾問(wèn)題的實(shí)現方案。

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(guò)輸出反饋信號來(lái)即時(shí)進(jìn)行自動(dòng)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，當輸入信號達到一定幅度時(shí)，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的主要電參數如下：

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

◇直流輸出電壓：5～7 V(電源為12V時(shí))；

◇輸出電壓：≥5 V(電源電壓12 V時(shí))；

◇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SG270用于氣溫條件相對較差的野外環(huán)境時(shí)，應對SG270進(jìn)行溫度補償(負系數)，否則，在全部溫度范圍內，SG270的輸出幅度會(huì )產(chǎn)生0.2 V的溫度漂移。

◇增益調整范圍△Av為-70 dB

1.2 LM4884放大電路

LM4884是美國國家半導體公司的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，從而有效地確保調制解調器不受噪音影響，同時(shí)能有效地抑制來(lái)自無(wú)線(xiàn)筆記本電腦及手機等電子產(chǎn)品的干擾，有助于提高揚聲器的聲音清晰程度。LM4884具有低電平有效停機模式以及過(guò)熱保護功能。同時(shí)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電平的單片機相連接，其封裝形式為20腳DIP雙列直插封裝或無(wú)引線(xiàn)封裝。

LM4884的主要性能參數如下：

◇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)；

◇信號電源和功率驅動(dòng)電源分開(kāi)供電。

1.3 AT89C51單片機

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

2 設計方案

2.1 硬件電路原理及功能

由SG270、LM4884和AT89C51單片機構成的音頻均幅(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(huà)筒或音源部分(也可來(lái)自網(wǎng)絡(luò )，無(wú)線(xiàn)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 )或擴音機，也可直接驅動(dòng)揚聲器或耳機。

(1) 靜噪功能

當無(wú)正常的音頻信號而只有背景噪聲時(shí)，運放A1的輸出幅度降低，南于壓控電平的降低會(huì )使SG270增益增大，故必須進(jìn)行靜噪?？捎葾3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(wú)正常信號，B1將輸出低電平給AT89C51單片機并進(jìn)入INT0靜噪中斷處理，然后按靜噪延時(shí)設定延時(shí)后由P1.2發(fā)出高電平以關(guān)閉LM4884輸出。

(2) 防聲音突變

當系統在正常音頻輸入時(shí)，如果突然遭遇強聲(如大喊、撞擊話(huà)筒、接插件接觸斷續、雷爆、火器發(fā)射等)，則該電路會(huì )由SG270自動(dòng)反饋控制并通過(guò)即時(shí)降低增益來(lái)抑制這種強聲，強聲過(guò)后再自動(dòng)恢復正常。

而當系統處于靜噪狀態(tài)時(shí)，若不加處置，SG270將處于高增益狀態(tài)，此時(shí)若有話(huà)音信號，則可能出現沖擊，故可由單片機P2.5發(fā)低電平以關(guān)閉電子開(kāi)關(guān)A，同時(shí)由P2.6發(fā)出高電平打開(kāi)電子開(kāi)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，由運放A4輸出25mV左右的假信號VINB給SG270，以使其保持有話(huà)音時(shí)的正常增益(這時(shí)LM4884輸出關(guān)閉)。

(3) 對聲音的自動(dòng)增益跟蹤

自動(dòng)增益跟蹤功能主要利用SG270的自動(dòng)增益調節特性，并通過(guò)壓控反饋回路由運放A0、A1、A2來(lái)完成。

(4) 功率輸出功

由運放A5對A0輸出的平穩信號進(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1.2 W以上。LM4884的增益可由單片機(K2、K3、K4開(kāi)關(guān))進(jìn)行設定并控制指示(通過(guò)L1、L2、L3、L4發(fā)光二極管)。

(5) 靜噪延時(shí)設定和數字顯示

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

有靜噪和延時(shí)時(shí)，K1斷開(kāi)，進(jìn)入可靜噪狀態(tài)(L0指示)。靜噪動(dòng)作延時(shí)可南J1和J2在0～19秒內設定，設定值可由LED2和LED1顯示。

開(kāi)機的初始設定為5秒，5秒無(wú)人說(shuō)話(huà)將關(guān)閉LM4884輸出(揚聲器無(wú)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 軟件設計

在了解了硬件電路原理及功能要求的基礎上?？捎肁T89C51單片機通過(guò)軟件進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現電路功能，其程序框圖如圖3所示。

3 結束語(yǔ)

利用本文給出的實(shí)現方式設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(huà)聲音變得平穩清晰。從而解決了音頻信號的背景噪聲和無(wú)線(xiàn)干擾問(wèn)題。