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全遥控HiFi音调前级电路

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  本电路分三部分,即负反馈式音调前级、有源伺服稳压电源与MCU数字控制电路,现分述如下。

  1、音调前级电路(如下图)
  
  音频信号从J1输入,经过C15(C19)耦合,送至U1预放大,然后输入到由U2及其外围电路组成的反馈式音调电路中分离高中低音,最后经过音调处理的音频信号经C7(Ce7)耦合从J2输出。

  U4为简便耳放,也可作为音频输出前级放大用C18(Ce18,注:原理图中双声道的元件编号均一样,第二通道的加“e”区别,以下只以一通道为例)的容量可在几μF到几百μF中取值,当U4作耳放时,其值取大些,作前级放大用时,其取值可相对取小些。R18与R19的比例可控制U4的放大倍数;作前级放大用时,放大倍数不宜取得太大,通常取值几倍为宜;同理,R3与R2的比值可调节U1的放大倍数,本系统取值2倍。

  另外,电位器W4作为左右声道平衡用,电路中直接并接到了耳放U4的输入端,如此接法明显将会影响U4的直流工作点,同样从J2输出音频信号,而后接的后级之间也没采用隔直耦合,优点是低频频响好,缺点是对大信号音质会造成不必损害;因为本系统设计之初忽略两处隔直电容,今后设计可以加接隔直耦合。

HiFi音调前级电路

  2.电源电路(如下图)
  
  有源伺服稳压电源有LM317/337与U3及其外围电路构成,由C12取样输出电源的噪声,经运放精密跟踪后,再输出误差电压控制LM317/337以抵消相当量电源噪声,极大提高了电源的稳定与纯净性。为了保证稳压三端(317/337)的正常工作直流点,R14通常设定在240R左右,所以输出电压则由R15来确定;当忽略三端电压调节脚1的少量漏电电流,其输出电压可按式:(Vo=1.25/(R14/(R14+R15))(V))估算(注:三端的1与2脚之间为恒定压降1.25V;而理论值,U3输出在电源没有噪声时,7脚输出为零伏与地保持一至);按本电路的参数,实际输出电压约为11.7V;为了发挥运放的极致性能,可按需将输出电压调至接近于运放的最大工作电压。

  电路中的输出滤波电容,都采用了双双并联的接法,以此尽量降低电源的内阻。注意到L2至L5电感及其连接的电容,如此均是为了避免数字电路对前级可能造成的影响,所作的电源加强用。其中C20至C25电容,是用于音调前级三个运放的退耦电容,PCB布线时,要将这几个电容分别安排到离运放供电脚最近的地方才有效果。电路中的J6与U11地脚标识不同的功用,将在下文中关于PCB的走线时再作说明。

  在电路调试时需注意C10与C12电解电容的极性,如有接错将会造成输出正负电压不对称等;另外,在U3集成块没连接之前,输出电压不会有稳压效果的,其电压与输入是基本一至(除去三端本身的压降);所以在安装连接其它运放、确认稳压电压之前,必须先连接上U3。再有,考虑到电源功率的需求,加上5V供电是取电于单正电源端;如取约2A变压器,其输出双AC电压(注意不是整流滤波后的电压),减去三端本身的工作压降后,必须要大于正负电源稳压后的电压。

HiFi音调前级电源电路

  3.主控电路(如下图)
  
  本部分电路是本系统的核心,毕竟电源与音调电路相信大部分读者都已了然于心。图中U7为主控芯片,在此选用了AVR高性能系列的Atmega8单片机。SWl~3为板上预留的三个按键,为了减少IO口的占用,采用了A/D(模/数,采用电阻分压,读取不同电压值来区分不同按键)的方式,只是程序实现起来略显麻烦;目前市面上大部分家电的本机按键采用的多是此方式(如彩电)。U8为市面上普通的一体化红外接收头。

  J4则是板上预留的单片机程序ISP下载接口,免除了芯片的频繁插拔麻烦。

  图中J5为液晶(LCD)显示接口,可按需选配1602、12864或其它类型LCD。本系统则选择了1602字符型LCD显示器。同样为了节省MCU的10口占用,显示接口部分采用了由两块串行转换芯片组成的IO端口扩展(图中的U9、U10:74HC595),当然如此是以增加程序的复杂度换来的。另外,由于74HC595仅能单向地将串行数据转换为并行,所以对液晶显示器操作时,将不能读取得到LCD的工作状态,因此在程序实现时也就只能采用延时写入的方式了;注意!

  在要求极其严格的环境下,采用延时写入显然不是明智的选择,因为在没有读取LCD当前是否忙的前题下,就直接写入,将可能导致当前写入数据失败,如果多次写入不断刷新,影响就某1~2次而已不碍大局。

  WOD至W4D是电动电位器的低压电机,由与其相连的相关元件组成了半桥驱动电路,以控制电机的正反转。也许读者已经注意到了这五路驱动中,其中一边的桥臂是共用的,这种做法虽然节省了I/O,但却有个严重缺陷:就是在任某一电机正反转切换的过程中,将会出现一瞬间所有马达同时动作的情况;此缺陷是在PCB打样之前设计疏忽造成的,这种现象在高速驱动的场合是绝不允许的!所幸本系统中单片机IO口的切换速度快而电机的启动速度很慢,所以基本能满足要求。今后如选择专用电机驱动芯片全桥驱动效果会更好。

  由于没有选用数控专用音量控制芯片,因此在音量大小检测上需另想途径。注意到电路图上的WOC至W4C电位器,此电路的任务就是实现音量检测。这五个电位器均是音量电位器其中对应的一联,所以音量电位器在转动的同时,这些联动电位器中点抽头的电压分量也在同步变化,再采用AD读取此电压,对应于0至5V电压的比例,恰恰反应了对应音量的百分比,至此完美解决了音量显示的问题。

HiFi音调前级主控电路

  4.PCB布线原则(如下图)
  
  在一个包含数字控制与音频信号的系统中,元件布局与PCB走线如果不合理,极易造成数字噪声对音频信号的干扰,合理的布线绝对是音频设备出靓声的基础。

  虽然在PCB布线上没太多公认的原则与标准,但有些规则却是经过了众多电子工程师们验证的,如音频电路的一点接地技术。而对于数字电路,恰恰相反,为了防止其数字噪声对外泄放干扰其它设备,必须采用尽量多的接地点(多点接地)、尽量短少的走线与大面积覆地等。另外,数字地与模拟地必须分离、不可串布(通常分开走线,直至到主供电才汇合),相信也已是众所周知。本系统电路板布线正是严格依照这些原则完成的。上文电源部分有提到J6的功能,其在PCB上实际上就是一个跳线,对于音频部分的大面积覆地正是通过J6一点接到电源地的;而单片机控制部分地线标识的不同,也正是数、模地线分离的体现。


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THE END
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