目 录
一、引言 1
（一）数控音频功率放大器的背景与发展 1
（二）项目主要研究内容 1
二、总体方案设计 2
（一）主控芯片的选择 2
（二）STC89C51单片机介绍 2
（三） LCD1602液晶显示器模块 3
（四）TPA3112型D类音频功率放大器 4
（五）热释电人体红外传感器 4
（六）红外遥控系统 6
三、系统硬件设计 10
（一）总体方案设计 10
（二） 51单片机最小系统电路设计 10
（三）LCD1602液晶显示器模块电路设计 12
（四）按键模块电路设计 13
（五）红外线遥控器模块电路设计 14
（六）热释电人体红外传感器模块电路设计 15
四、系统软件设计 15
（一）主程序流程设计 15
（二） LCD1602液晶屏显示子程序流程设计 16
（三）热释电红外传感器子程序流程设计 17
（四）红外遥控器子程序流程设计 18
总结 20
参考文献 21
致谢 22
附录 原理图 23
附录 PCB 23
附录 程序 25
一、引言
（一）数控音频功率放大器的背景与发展
在我们的生活中对音频功率放大器的控制非常普遍，比如我们使用手机时进行通过或者用手机播放歌曲时的扬声器发声，又比如我们观看电视节目时的音量调节。在过去科学技术和单片机技术还不发达的时候，音频功率放大器的增益通常还是由手工机械的方式进行调节，比如旋转电位器 *51今日免费论文网|www.jxszl.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2# 
是一种常见的控制方法。而近几年来随着科学技术和控制技术的飞速发展，单片机的应用场合已经变得非常广泛，它已经完全不是一个仅限于个别场合的硅片，它已经充斥了人们的生活。另外随着大规模及超大规模集成电路技术的飞速发展，集成的D类音频功率放大器电路能够被集成在一块小小的芯片里，并且通常其会引出数个增益控制管脚来供用户使用，通常只需要给这些管脚施加不同的电平组合即可实现增益的调节，比如施加三个低电平给其三个增益控制管脚时，对应增益为0dB，那么001时的增益为+4dB。这种特点不但使得D类音频功率放大器易于控制，而且其小小的面积也使得它容易被嵌入到各种设备中，比如手机或者平板电脑。
（二）项目主要研究内容
本文主要设计一款通过数字方法实现的增益可调节的音频功率放大器，选择了TI公司生产的TPA3112型的D类音频功率放大器作为主控对象，它是一种最大输出功率为25W的单声道音频功率放大器，通过单片机的两个IO口输出四种不同的电平组合给TPA3112的GAIN0和GAIN1管脚，当单片机输出00时，TPA3112的增益为20dB，01时TPA3112的增益为26dB,10时TPA3112的增益为32dB,11时TPA3112的增益为36dB。另外TPA3112的内部集成了异常处理模块，当其在放大音频时如果出现供电异常或者供电质量不高时，普通的音频功率放大器通常会发出各种侧耳的啸叫，而TPA3112的异常处理模块可以迅速切断TPA3112的输出避免啸叫的发生，只有再次启动电源时才能重启TPA3112。本文共设置了四个音量按键，分别对应TPA3112的20dB、26dB、32dB以及36dB，本数控音频功率放大器的过人之处在于它不但可以通过机械按键进行音量控制，而且可以通过热释电人体红外传感器进行无接触音量调节，只需要用户的手掌靠近传感器模块就可以实现音量的方便调节。另外本控制系统还加入了红外线遥控，通过红外线遥控可以实现音频功率放大器的远程控制，方便了用户。
二、总体方案设计
（一）主控芯片的选择
方案一：采用DSP芯片作为控制核心，DSP处理器顾名思义就是处理数字信号的处理器，它主要是将信号从模拟域变换到数字域后，通过一系列的算法将信号进行处理，处理之后在进过DA模块将数字信号变换回模拟信号，这就是DSP处理器工作的基本流程。TI公司生产的TMS320F28335芯片性能优良，片内集成了大量的常用模块，如16路AD采样通道以及高精准的PWM输出，是工控领域的新型宠儿，然而其成本较高，对于此次的数控音频功率放大器设计来说，无疑增加额外的负担，并且TMS320F28335的优秀性能用在本次设计中时大材小用。
方案二：采用FPGA或者CPLD芯片作为控制核心，FPGA就是可编程现场门阵列的英文名称，它是随着超大规模集成电路技术发展的一个产物，内部集成了上百万门逻辑器件，通常用VHDL或者Verilog语言对他进行描述，它是一种硬件电路。FPGA的显著特点是速度远高于单片机，其主频动辄上百M的速度，是数字信号处理的首选，然而本次设计的数控音频功率放大器系统对于处理速度没有过高的要求，并且考虑到过高的数字信号会给整体系统带来不稳定性，使最终的设计可靠性得不到保障。
方案三：采用51单片机作为控制核心，片外配合由晶振电路和复位电路组成的51单片机最小系统的设计、机械按键组成的按键模块电路、电阻与LCD1602液晶显示器组成的显示模块电路、热释电红外传感器模块、红外遥控系统、TPA3112型D类音频功率放大器模块电路等部分而构成数控音频功率放大器系统，由于51单片机再业界内已经具备了相当成熟的开发技术并且开发资料丰富，对于完成本次毕业设计是绝对有利的，另外该方案成本低廉，模块分明并且稳定性强。
综合上述三个方案的分析，可以发现采用DSP作为主控芯片时有一种大材小用的感觉，不但其高速地处理速度得不到应用，并且其内部丰富的资源也将被浪费；而采用FPGA或者CPLD时，其上百M的主频无疑会使得保护仪的稳定性下降；而51单片机不但性能稳定，其成本也是本次设计所能接受的，因此本次设计采用方案三作为数控音频功率放大器系统的最终设计方案。
（二）STC89C51单片机介绍
1.STC89C51单片机概述
中国的宏晶公司出产的STC89C51是一种带4K字节 FLASH存储器 的单片机，它是一种能在低电压场合工作的高性能CMOS类型的8位处理器。它内部集成的只读存储器具有高达1000多次的可擦除性，这样好的性能使得它非常适合学生做实验。另外这种类型的单片机已经采用了高密度的非易失储存器的制造技术，STC89C51单片机的通用IO管脚能够和工业上广泛采用的MCS-51类型的指令集能够完美兼容。ATMEL公司研发的这种高效率的微控制器将FLASH和性能强大的8位CPU集成在一个芯片里使得它在嵌入式领域有着广泛的应用。常用的AT89C2051型单片机是STC89C51单片机的精简版本。基于上述的特点，在很多嵌入式场合，STC89C51单片机正在发挥着越来越多的作用。下图2.1为DIP-40封装类型STC89C51单片机的芯片引脚图：
热释电红外控制电路由集成电路lC(SS0001)和电阻器RZ-R9、电容器Cl-C8组成。SS0001是热释电红外控制的ASIC，其内部由输入放大器、双向限幅器、状态控制器、延时定时器、锁存定时器和参考电源等电路组成。热释电红外传感器应与非涅尔透镜配合使用以提高其灵敏度。当热释电红外传感器没有检测到人体红外信号，2脚的IC输出低电平，V处于关断状态，K不拉负载电路不工作。

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