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南京工业职业技术学院项目技术报告-1-《电子产品设计与制作综合实训》数控音频功率放大器的设计与制作姓名：安腾孙健组号：1学号：1004023301/03班级：电子1031指导教师：张琪徐丽萍提交日期：2012年5月24日南京工业职业技术学院项目技术报告-2-目录前言（综合实训目的）第一章、方案论证1.1项目介绍与设计要求1.2项目模块1.3芯片比较与介绍1.话筒及前置放大电路芯片的选择（芯片LM358与LM324）2.输入信号电路芯片的选择（CD4053与CD4051)3.数字音控电路芯片的选择（芯片X9313与X9511)4.功率放大电路芯片的选择（芯片TDA2003与TDA2030）5.MCU控制电路芯片的选择（STC89C51与AT89C51)1.4最终方案第二章、Protel99se软件的介绍2.1Protel99se的发展史2.2Protel99se的系统组成第三章、项目的制作与调试3.1原理图、PCB的设计3.2画图时的注意事项3.3焊接的要求3.4焊接过程中因注意事项南京工业职业技术学院项目技术报告-3-3.5软、硬件调试.总结致谢参考文献附录前言（综合实训目的）此次项目实训时间为五周，通过此次实训，我们要能看懂电路图，并能认真阅读资料并加以应用；能应用PROTEL99SE软件设计电路图和PCB板，设计完成电路板符合电子产品工艺要求和电磁兼容要求；要求我们掌握电路的设计方法，能够独立的分析解决一般性质的问题，在设计与制作过程中能够从经济性和环保性等方面去考虑，在设计与制作中能大胆的实践，开拓创新，能够将自己的想法体现到实际电路当中去。更重要的是基本掌握手工电烙铁的焊接技术，能够独立的完成简单电子产品的安装与焊接。熟悉电子产品的安装工艺的生产流程，能够完成电子产品设计调试、故障排除到整机装配整个过程，能按照IPC工艺安装调试印制电南京工业职业技术学院项目技术报告-4-路板，并且让我们知道如何去编一段复杂的程序。培养了我们与同组同学的团队合作、共同探讨、共同前进的精神，为以后工作奠定了一定的基础。一、方案论证1.1项目介绍与设计要求1、项目介绍数控音频功率放大器的介绍：数控音频功率放大器是一种常用的模拟电路。数控音频功率放大器电路是一种可以采用数控方式产生计数脉冲实现音量调节的装置，从原理上讲是一种典型的数字电路和模拟集成电路的组合和综合运用，在各种音响设备中有着广泛应用。2、设计要求南京工业职业技术学院项目技术报告-5-数控音频功率放大器的结构框图：2、数控音频功率放大器的技术指标和功能要求：输入电源：18V/2A输出功率：5W(不失真功率、R=4欧)功放效率：η≥35%线路放大频率响应：100HZ~15KHZ(3dB带宽)失真度：≤1%信噪比：≥80dB音量控制分32级，并具有静音和音量参数的掉电保护功能红外遥控距离：≥7M输入分为音频线路输入1Vpp、输入阻抗10k和MIC话音输入20mVpp设计需考虑电路结构的简捷、材料成本低廉、调试测量方便等因素音频线路输入话音输入模拟开关静音键盘遥控发射遥控接收数字音量电位器音频功率放大器MCU显示电路南京工业职业技术学院项目技术报告-6-1.2项目模块此项目包括话筒及前置放大电路模块,输入信号和数字音控电路模块,功率放大电路模块和MCU控制电路模块。其中最主要的是功率放大电路模块和MCU控制电路模块，因为这个项目主要应用单片机(STC89C51)进行编程的，由它来控制模拟开关（CD4053）、数字电位器(X9313)的。利用这几个模块使这个项目可以实现对声音的提高与降低，选择麦克风信号还是音频线路信号，可以实现静音功能。1.3芯片比较与介绍1、话筒及前置放大电路芯片的选择（芯片LM358与LM324）LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模组,音频放大器、工业控制、DC增益部件和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。LM358特性(Features)：＊内部频率补偿。＊直流电压增益高(约100dB)。＊单位增益频带宽(约1MHz)。南京工业职业技术学院项目技术报告-7-＊电源电压范围宽：单电源(3—30V)；双电源(±1.5一±15V)。＊低功耗电流，适合于电池供电。＊低输入偏流。＊低输入失调电压和失调电流。＊共模输入电压范围宽，包括接地。＊差模输入电压范围宽，等于电源电压范围。＊输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5V)。LM358主要参数输入偏置电流45nA输入失调电流50nA输入失调电压2.9mV输入共模电压最大值VCC~1.5V共模抑制比80dB电源抑制比100dBLM358的封装形式有塑封8引线双列直插式和贴片式。DIP塑封引脚图引脚功能圆形金属壳封装管脚图LM358内部结构图南京工业职业技术学院项目技术报告-8-图3内部电路原理图LM358应用电路图：图1直流耦合低通RC有源滤波器图2LED驱动器南京工业职业技术学院项目技术报告-9-图3TTL驱动电路LM324为四运放集成电路，采用14脚双列直插塑料封装。，内部有四个运算放大器，有相位补偿电路。电路功耗很小，LM324工作电压范围宽，可用正电源3～30V，或正负双电源±1．5V～±15V工作。它的输入电压可低到地电位，而输出电压范围为O～Vcc。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互单独。因为LM324是四运放集成电路，而我们这里所要的是双运放集成电路，所以我们选择LM358。2、输入信号电路芯片的选择（CD4053与CD4051)芯片CD4053/CC4053CD4053/CC4053是三2通道数字控制模拟开关，有三个独立的数字控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰-峰值至20V的数字信号。例如若VDD＝+5，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电南京工业职业技术学院项目技术报告-10-路在整个VDD-VSS和VDD－VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端＝“1”时，所有通道截止。控制输入为高电平时，“0”通道被选，反之，“1”通道被选。1）、引脚排列2）、真值表3）、封装尺寸：南京工业职业技术学院项目技术报告-11-芯片CD4051CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。因为CD4053的工作电压为5V，所以我们选择此芯片。3、数字音控电路芯片（芯片X9313与X9511)南京工业职业技术学院项目技术报告-12-芯片X93131）、引脚排列2）、X9313应用注意事项(1)当X9313作为输入电阻与运放构成单端输入的放大器时,输入端易受低频信号的干扰。可通过VL端对地接6800pF的电容进行有效的抑制。(2)U/D端悬空时,阻值不可控。(3)避免长时间使器件对于极限参数条件下工作,否则会造成器件永久性损坏。(4)因电子器件的分散性,为了进行精确的阻电阻的增量值)进行实测。最好采用数字万用表以减少读数误差。例如X9313W在实测的各抽头间电阻值中最小值南京工业职业技术学院项目技术报告-13-为240Ω,而最大值为400Ω(额定抽头间电阻为323Ω)。3）、时序图：4）、封装尺寸芯片X9511X9511就是XICOR公司生产的理想按键式数字电位器，它内含31个串南京工业职业技术学院项目技术报告-14-联电阻阵列和32个轴头。轴头位置由两个按键控制，并且可以被存储在一个E2PROM存储器中，以供下一次通电时重新调用，并自动恢复轴头位置，X9511有1kΩ和10kΩ的X9511Z和X9511W两种规格。因为X9313应用范围广且经常被使用，所以选X93134、功率放大电路芯片的选择（芯片TDA2003与TDA2030）芯片TDA2003TDA2003电流输出能力强,谐波失真和交越失真小,各引脚都有交,直流短路保护,使用安全,负载上电压可冲至40V.，最大额定值Tamb=25，电源峰值电压(50mS)Vccp40V，直流电源电压Vcc28V，工作电源电压Vcc18V，输出重复峰值电压Io3.5A，输出不重复峰值电压Io4.5A，功耗T=90PD20W，储存温度Tstg-40+150度，焊接温度Tj-40+150度1）、管脚排列及功能：2）、典型应用电路：南京工业职业技术学院项目技术报告-15-3）、封装尺寸：南京工业职业技术学院项目技术报告-16-芯片TDA2030TDA2030是一款18W高保真音频功率放大和35W音频功率驱动电路，其良好的静态特性使它特别适用于无稳压电源的音频功率放大器，也可作为功率驱动器。当Vcc=44V时，用少量的外围元器件加一对互补输出晶体管就可构成一个35W以上的功率放大器。因为要输出功率为5W，不选TDA2030，而选择TDA2003.5、MCU控制电路芯片的选择（STC89C51与AT89C51)芯片STC89C511)、89C51的引脚封装；总线型非总线型2）、内部结构：123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322211234567891020191817161514131211P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7注：类似的还有Philips公司的87LPC64，20引脚8XC748/750/（751），24引脚8X749（752），28引脚8XC754，28引脚等等80C51/89C5189C2051南京工业职业技术学院项目技术报告-17-3）、功能特性描述STC89C51是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8k字节Flash，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，STC89C52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口、必须外接上拉电阻才会有高电平输出；。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。，南京工业职业技术学院项目技术报告-18-P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，p1输出缓冲器能驱动4个TTL逻辑电平。对P1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。