智能音响系统开发设计.docx

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1、摘要伴随着人们生活水平提高，音影视越来越受到人们的欢迎，而音响在众多场 地的用途越来越多，家庭、工作随处可见。人们对音响的使用性能也越来越有追 求，为了大多数音响爱好者为此设计了智能音响系统音响。本设计以 AB 类音频功放 TDA7294 集成电路作为主功放电路，不失真功率（10%）达到 40W*2，并带功率实时显示、功率灯光显示、功放电源电压显示、收音机、MP3 数字文件解码、音频频率可调集为一体的一款具有功能多音质好功率大的音响系统。功放的电源需要正负直流电压提供，工作电压在10V 40V,电源采用环牛 300W 变压器，为功放提供充足功率源；电源电压在1 .25V 32V 可调，电源用

2、ad 采集电压通过 51 单片机处理后在数码管显示出实时电压。通过 TA7630P 电路 4 个手调电阻来调节音响的音量、高低音及左右平衡度。音响系统使用了可以实现 FM 及 MP3 文件解码转为的音频信号的电路，且带有红外小遥控，有音量加减、上下首、输出音频频率选择等多种功能， MP3、FM、外部音频输入可切换。在播放的音乐的过程有 lcd12864 显示实时运行功率，音频信号输入 16 路电压比较器带动 16 个发光二极管随着功放的功率变换而高低闪烁。关键词：音响；MP3 解码；环变压器；TDA7294；TA7630PABSTRACTMusic, Film and TV now are m

3、ore and more popular along with the increasing of living standard. And,speaker is widely used for household and working. However, the performance of speaker now playsan important role for user,therefore, the intelligent speaker had been launched by designer in order to offer better-performance speak

4、er to speaker hobbyist.This kind of speaker takes AB audio frequency and integrated circuit TAD7294 as main Power Amplifier.It reaches 40W*2 and THD = 10%. It is a multifunctionally intelligent and preferable speaker that possess actual-time power consumption indicator,power lighting,supply voltage

5、indicator, receiver, MP3 Digital file decoding, adjustable AF audio frequency.Power amplifier source is provided by positive and negative DC voltage with working voltage 10V 40V, it adopts the 300W Cattle ring voltage transformer for supporting enough Power amplifier source. The adjustable voltage i

6、s among1.25V to 32V, and the Power amplifier source indicates the actual-time working voltage by adopting ad Collecting voltage anddealing with 51 single chip.The volume, high-low sounds and Equilibrium degree are realized by 4pcs manual electric resistance of TA7630P circuit.The speaker is based on

7、 the electric circuit that able to Convert FM and MP3 File decoding to audio signal.It is a multi-fuctional and intelligent speaker that possesses Remote controller by infrared ray,volume + -, last/next songs,optional Output audio frequency, switchable MP3, FM external Audio-in. What is more, there

8、are actual-time working Power Consumption indicates by LCD12864 while playing music, and 16pcs Diodes keep twinkling according to the changing Power Consumption. It works based on the Audio-in signal and 16-way voltage comparator.Key Words：Speaker; MP3 Decoder; Cattle ring voltage transformer;TDA729

9、4,;TA7630P目录1 绪论11.1 研究的背景与意义11.2 研究现状11.3 研究的主要内容12 系统方案设计32.1 系统总体方案设计结构32.2 音频功率放大器32.3 功放电源系统42.4 电源系统的电压显示42.5 功率检测42.6 单片机选择52.7 系统总体设计方案53 系统的硬件设计与实现73.1 电源电路设计 PCB 制作及电压检测显示73.1.1 直流电源73.1.2 三端集成稳压器的 PCB 设计83.1.3 电源电压测量及显示设计93.2 音频功率放大器的设计及 PCB 制作103.2.1 集成功放 TDA7294 电路设计103.2.2 功率放大器的 PCB 制

10、作113.2.3 集成功放 TDA7294 芯片的散热113.3 直流控制芯片 TA7630P 集成音频滤波电路123.4 MP3 音频解码电路133.4.1 MP3 音频解码器的功能介绍133.4.2 红外线遥控器的功能介绍133.5 单片机控制电路143.5.1 电源电压显示的处理器 Atmega8 单片机简介143.5.2 功率采集处理电路 At89C52 单片机小系统简介15I3.6 实时运行功率的显示163.6.1 直流电压电流电量检测模块介绍163.6.2 液晶显示电路介绍173.6.3 功率显示系统的电路设计183.7 电压比较器的应用电路设计183.7.1 集成运放 LM324

11、 介绍183.7.2 利用 LM324 集成运放设计的 16 路电压比较器 LED 驱动电路194 系统软件设计204.1 微处理器的程序开发环境204.1.1 At89C51 程序开发环境介绍204.1.2 Atmega8 程序开发环境介绍204.2 程序设计及流程图204.2.1 功率检测模块及显示的程序设计204.2.2 功放电源电压采集与显示的程序设计225 系统调试及性能测试245.1 直流电源的调试245.2 前级滤波放大电路的调试245.3 信号检测记录245.3.1 音频功率放大器的放大性能测试245.3.2 前级滤波电路的性能测试246 结论287 参考文献298 附录309

12、 致谢32II天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计1 绪论1.1 研究的背景与意义音乐的发展史从古至今已有大量的制作，在我们的今天，音乐是流行、通俗、戏曲、民歌等等一片繁荣；各种流行音乐、影视制作深深融入我们的生活。如今科学技术提高，经济发展速度的飞快，人民生活水平不断的提高，影视设备是人们娱乐产品首选之一。音响设备作为家庭影院、KTV 和电脑的配套产品，在家庭影院快速发展和电脑逐渐普及的带动下显示出强劲的发展动力。由于产品需求量大幅度增长， 对音响设备的要求越来越高，作为供应商的生产企业纷纷扩建、增产，市场竞争日趋激烈。1.2 研究现状随着人们生活水平的提高，高保真音响设备和高端的

13、家庭影院逐渐兴起。在这些设备中，功放机几十瓦甚至几百瓦的音频功率是多数的。因此，失真小、高效率的音频功率放大器就成为关键部件。进入 21 世纪后，各式便携式的弱电设备成为电子设备中的一种重要的发展趋势。近十载年来，中国的音响行业快速的发展，从传统意义上的音箱、扬声器，家 庭影视中的声设备，公共场地、会议室中要用到的扩音系统等等；随着数字电子技 术的发展，音响将与计算机、通信设备、视频设备及智能化居家电器相配合，一体 化趋势发展。如今，音响设备的老产品更新换代、新产品层出不断，其产品外观逐渐个性化、 艺术化。1.3 研究的主要内容针对我国音响设备的趋势，结合多个模块的功能技术的研究，自主研发了一

14、套 智能音响系统。主要完成以下各指标：a）在不失真的情况下功率达到 50W*2，并尽量提高功率。b）采用 PC 模块接收 MF 信号以及解读 mp3 音频文件。c）在液晶屏上显示系统功率。本系统是以 tda7294 为主功放芯片为主的音频功率放大器，本设计以 AB 类音频功放集成电路作为主功放电路，不失真功率（10%）达到 40W*2，并带功率实时显示、功率灯光显示、功放电源电压显示、收音机、MP3 数字文件解码、音频（音量，高音，1天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计低音，平衡音）可调集为一体的一款具有功能多音质好功率大的音响系统。tda7294 的工作电压在10V 40V,电源采

15、用环牛 300W 变压器，10000uf 电解电容滤波，为功放电路提供充足功率源；稳压器由金属封装的 LM317、LM338 稳压电路及三级管扩流电路组成；电源电压在1.25V 32V 可调，最大电流在 3A 左右；用ad 电路采集电源电压发送到 51 单片机处理后在 8 段数码管显示出实时电压。音频信号源输入 TA7630P 电路，由 4 个手调电阻来调节音量、高音、低音及左右平衡音。音响系统接入了可以实现 FM 及 MP3 文件解码转为的音频信号的电路，并且带有红外小遥控，有音量加减、上下首、收音机模式切换、输出音频频率选择等多种功能，FM、MP3、外部音频输入可切换。在播放的音乐的过程有

16、 LCD 液晶屏显示实时功率变化，音频信号输入 16 路电压比较器使 16 个蓝色发光二极管随着功率变换而高低闪烁。本课题的研究音响智能化，它将电子技术、计算机、控制、通信等实用电子技 术集中运用于音响系统。智能音响系统弥补现市场上普通音响器材在功能方面的不 足，音响的多功能化使音响的控制更加灵活，体现出其实用性与方便性。与人类未 来家居电器的人性化、智能化、多元化这一主线相融合，同时将给音响行业和社会 带来更多的经济和社会效益。2天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计2 系统方案设计2.1 系统总体方案设计结构该系统主要由供电模块、音频功率放大器、音频信号处理、电源检测及显示、单片

17、机系统等模块功能组成，结构框图如图 2-1 所示。单片机处理及显示电流电压采样模块音频滤波电源音频功率放大器音箱系输出统图 2-1 结构框图2.2 音频功率放大器音频功率放大器主要用来放大声源信号及推动音响发出声音，音色的好听与否 取决与音频功率放大器的性能，所以音频功率放大器是音响的核心。方案 1 采用 LM1875 集成音频放大电路。lm1875 功放集成芯片价格优廉，外围电路接法简单，输出电流 3A，输出功率较大。电路内部设有过载、过热及反向电势（感性负载）安全工作保护。其工作电压范围为625V，输出功率为 30W。此电路多数应用在有源电脑音箱，具有失真小、优美音质、短路保护和过热保护等

18、特点。该电路调试简单，效果明显，为广泛音响发烧友所喜爱的芯片之一。方案 2 采用 TDA7294 音频芯片作为功率放大电路。该芯片差分输入级由双极型三级管构成，推动级和末端功率输出级采用半导体技术场效应管。这种混合半导体技术制造工艺使得 TDA7294 既有双极型信号处理电路也有 MOS 功率管的优点。电源电压范围：10V 40V，输出功率为 70W，最大可达到 100W，音色极具厚重优美， 被发烧友誉为“胆味功放”；内置的静音待机功能，带有短路电流及过热保护功能。 外围电路复杂程度较简单，可应用在 HiFi 家庭音响、有源音响等领域。3天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计综上论证，

19、两种集成功放芯片表现力都相当不错，但是 TDA7294 相对音质较好， 音色优美，且功率大，因此功率放大器选 TDA7294 作为主功放电路。2.3 功放电源系统功放的电源主要是供给音频功率放大器作为工作电压源，电源的功率及电压的 稳定性是功放对电源的主要要求。方案 1 采用大功率环变压器作为主要供电功率，两路交流 33v 输出，采用大电流整流桥整流，一级滤波采用大容量电解电容 10000uF/63v，稳压器用金属封装的正电压 LM317k、负电压 LM338k，此稳压器线性电压可调范围大，输出电流大，有 3A、5A 选择，并带有过载保护，目前市场此款5A 的稳压器较难购买。由此制作的电源电路

20、稳定，功率大，电流大，非常适合用于功放电路，电路也相对简单。方案 2 制作开关电源，开关电源效率高，电压稳定，电路相对复杂，调试难度高，没有一定开关电源基础制作起来相当困难。由于开关电源制作难度大，因此直接选取方案 1 作为电源系统。2.3 电源系统的电压显示功放的工作电压有着重要的意义，特别是双电源功放电路，对其供电正负电压 的对称性大小、电压的高低对其功率、音质有着直接的影响，因此设计了对电源电 压的检测及显示电路。方案 1 采用 16 位 AD 芯片采集电压，经过单片机程序换算用 LCD 液晶屏显示。方案 2 采用 Atmage8 单片机直接采集模拟电压，Atmage8 内有 10 位精

21、度 ADC 功能，程序配置简单，并且可以直接驱动 LED 数码管。结论：以上两种方法各有长处，但是方案 2 设计更为便。电压显示需要比较直观性，明显的，因此显示需要采用 LED 数码管。2.4 功率检测对于功放的功率用仪器检测相当麻烦，且功率是在实时变化中；此设计能实时 显示功放的运行功率，体现出该功放的运行详细转态。方案 1 采用电流互感器采集电源线路电流，在互感器输出端接上采集电阻，再用集成运放采集电阻上的电压，AD 采集运放输出电压经过单片机换算在 LCD 液晶屏显示。这个方法思路清晰，可行度较高，但经过调试发现运放的采集不是特别稳定， 制作过程也是麻烦。方案 2 采用直流电压电流电量检

22、测模块可与电脑通迅电池电压电流功率电量检测，可测量直流电压电流功率电能参数，模块带有 UART 和 RS485 可与电脑或单片机4天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计通迅，可多个模块用 485 总线接一起，实现多路直流电压电流功率电量检测，此模块检测准确度高，效率高反应快，控制程序简单，线路接法更是简单，单片机采集后在 LCD 液晶屏显示。综合上诉选方案 2 作为功率检测制作。2.5 单片机的选择单片机在本设计中主要用来采集电压及显示，主要分两部分，一是用来处理及 显示功放的运行功率，而是用来采集及处理电源电压的数值。方案 1 采用 ATmega8 作为主控制芯片，该控制器内部有较大

23、容量的 Flash、EEPROM、SRAM；有 32 个 IO 口，驱动的能力强，内部的资源很丰富，并且有 ADC 功能，可以直接采集模拟电压，程序配置简单，价格低廉。方案2采用AT89S51芯片作为单片机控制芯片。该芯片价格便宜，功能足够达到 所需；程序编写简单，调试简单，应用也是相当多。结论：两种单片机都能够满足设计需要，AT89S51 相对较普遍，程序编写也较为简单； 具体方案采用 At89C51 单片机作为功率显示的处理器，采用 Atmage8 采集电源电压， 然后用 LED 数码管显示。2.6 系统总体设计方案综上所论，系统采用 TDA7294 集成电路作为音频功率放大器的主芯片，音

24、色好输出功率大；功放的电源制作采用环变压器及金属封装 LM317/LM338 作为可调稳压电源，电源电压显示采用 Atmage8 采集电压并用 LED 数码管显示，功率显示采用直流电压电流检测模块作为主要电路，单片机选择 Atmage8 和 At89C51 作为电源电压的采集显示及功率检测显示的处理器。系统电源设计框架图如图 2-2 所示、系统功能结构设计框架如图 2-3 所示。可调稳压交流33V*2输入10000uF*2LM317/LM338整环流牛变压器整流交流12V*2输入滤波滤波滤波滤波2200uF*25可调正电压可调负电压+12V、+5V-12V、-5VLM78、79系列固定稳压天津

25、职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 2-2 系统电源设计框图液晶屏显示电压电流功率单独At89C51电单片机源电流电压采样模块音频输入MP3 解码器TA7630音频滤波音频功率音箱放大器输出电源系电压采样Atmega8单片机数码管显示电压统电压比较器LED灯驱动音频采样输入图 2-7 系统功能结构设计框图6天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计3 系统的硬件设计与实现3.1 电源电路设计 PCB制作及电压检测显示3.1.1 直流电源TDA7294的工作电压在10V 40V,功率在70W*2，TDA7294的工作电压只有在28V以上才能很好的发挥出它的效果，同时工作电流也比较大

26、；为了能够满足功率放大器的最大功率，本设计采用了300W环牛变压器，双路交流33V输出，整流桥电路通过电流25A，电流采用大容量10000uf电解电容作为滤波。稳压器采用三端可调稳压器LM317/LM337正负电压输出，LM317/LM337是输出电压可变的集成三端稳压块使 用方便、应用广泛，LM317的封装形式有多种，一般有金属封装T0-3、金属封装T0-39、 塑料封装T0-220这三种（图3-1所示）。图 3-1 LM317 封装图本设计采用金属封装T0-3功率较大，常被功放发烧友称之为金封“毒菇”，性能远在一般的塑封LM317/LM337之上，高可靠、耐高温、低温飘。比塑封的317电流

27、大， 散热更好。 输出电压：1.25-37V DC；输出电压公式：Vo=1.25（1+R2/R1）；输出电流：5mA-3A；芯片内部具有过热、过流、短路保护电路；具体电路设计图如图3-2 所示。7天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 3-2 三端稳压器的电路设计3.1.2 三端集成稳压器的 PCB 设计三端集成稳压器电路较简单，外围器件最少仅需2个电阻便可组成可调稳压电路；PCB制作的软件版本是Altium designer6.9；由于功放的工作电流较大，在PCB 设计的时候要注意有大电流流过的线要加粗。电源板的焊接板是用敷铜板打印线路用药水腐蚀而成，板子厚度有1.6mm，硬度较大

28、，足够承受电路的物理重量及安装是 的受力压迫，设计图如图3-3所示，实物图如图3-4所示。图 3-3 电源 PCB 设计板8天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 3-4 电源电路实物图3.1.3 电源电压测量及显示设计三端集成稳压器是可调电源，所以电源输入给功放板之前需要先测量好其输出电 压值，测量的方法可以有很多，比如用万用表直接测量是最准的，但是使用万用表测量比较费时，所以设计了使用Atmage8单片机采集两路电压，单片机ADC最大只能采集5V电压，因此先用较大功率的电阻分压后再送给单片机采集电压，负电压需要通过一个1/1反向比例运算放大器，转为正电压后被单片机采集，通过单片机

29、处理运 算后在数码管上显示。其电路设计图如图3-5所示，数码管显示电路如图3-6所示。图3-5采集控制运算电路9天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图3-6 数码管显示电路3.2 音频功率放大器的设计及 PCB 制作3.2.1 集成功放 TDA7294 音频功率放大器电路设计TDA7294 是目前性能最好、功率最大的单片音频放大器之一。它由意法公司根据分立元件甲乙类音频功放经典电路设计而成。其前级采用低噪声、低失真的双极性晶体管电路，末级采用高耐压、大电流 DMOS 管缓冲输出，既有双极性电路的音色纯正优点，又有场效应管高压大电流驱动输出特点。该芯片的设计具有耐高压、低噪音、低失真度

30、、重放音色极具亲和力等特色；且具有静音待机功能，短路电流及过热保护功能使其性能更加完善。芯片参数如下：工作电压范围：VCC+VEE=80V电压范围输出功率输出功率转换速率(SR) 开环增益|VCC|+|VEE|=20V-80V最高达 100W|VCC|=|VEE|=35V ，RL=8 欧时为 70W 10V/us80dB总谐波失真（THD） 0.01%(典型值)电路设计使用其官方的典型应用电路，接成如图 3-7 电路增益为 30dB（R3/R2），10天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计增大 R3 或减小 R2 可以提高放大器增益,反之增益下降；TDA7294 的脚静音控制端， 当该

31、脚低于 2.5V 时，TDA7294 执行静音操作，输出端无信号输出，脚为待机模式控制端，当该脚低于 2.4V 时，TDA7294 工作在待机模式，内部电路停止工作，使待机和关机过程都在静音状态下进行，确保了放大器开关机无噪声。典型应用电路如下图 3-7 所示。图 3-7 TDA7294 应用电路3.2.2 功率放大器的 PCB 制作采用设计软件 Altium designer6.9 设计原理图及 PCB，电路板采用腐蚀铜电路板制作，电路板厚度 1.6 毫米；地走线布线基本符合一点接地的原则，信号地和电源地分开，输入小信号地和输出大信号地分开。从而最大限度的减小噪音以及减小自激的可能，提高信噪

32、比。电源线、输出线电流较大，应尽量画粗，以保证电路足够大电流通过。电路板的 PCB 设计图如图 3-8 所示，实物图如图 3-9 所示。11天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 3-8 功率放大器的 PCB 板图 3-9 功率放大器的实物图3.2.3 集成功放芯片的散热由于 TDA7294 工作电流较大，芯片发热量大，需要比较大的散热片，且在一定的情况下需要强制风冷。在 PCB 板的设计就专门给芯片留了散热片的位置，散热片采用电脑 CPU 散热铝片改造，并且加上风扇。3.3 直流控制芯片 TA7630P集成音频滤波电路音频调节电路主要采用 TA7630 为主要芯片，工作电源电压5V

33、，它是属于直流控制，双声道控制；具有电源供给范围宽、温度漂移小、串音小、音调控制范围宽等特性，适用于汽车音响、收录机等等多个应用。主要作用是对输入的音频信号进行处理，改变音频信号的高音、低音、信号强度和两通道音频信号的平衡度，输出为后级放大的输入音频信号。电路原理图如图 3-10 所示。12天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 3-10 音频调节电路原理图3.4 MP3 音频解码电路3.4.1 MP3 音频解码器的功能介绍MP3 解码器工作电源在 3.7-5V ，抗干扰能力强，数字化，噪音低，非常适合音响的改造与组装。MP3 解码器的主要功能是将 U 盘、内存卡内的 MPP3 音频

34、文件转换成数字音频信号输出，供给后级放大电路作为音频输入信号。且可以接收 FM 信号， 实现收音机功能。解码器上有 3 个按键，中间的按键按下是暂停功能，长按是 MP3 文件解码与收音机模式的切换；左右两个按键长按可以加减音量，按下是上下首选择，在收音机模式，按下是调台功能。模块上有红外遥控器可开关机解码器，控制音量、上下首、换台、音效变换、切换收音机模式、暂停播放。其实物图如图 3-11 所示。图 3-11MP3 解码器模块实物图13天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计3.4.2 M 红外线遥控器的功能介绍在解码器上装有红外接收器，用来接收小遥控器的发送信号。 主要功能：1. 按下

35、“电源开关”键，模块进入休眠状态。2. 按“MODE”键可在“内存卡-U 盘-收音机”几种音频功能模式中进行切换。3. 播放时按下静音键音频立即静音，再次按下即可取消静音。4. 短按“左箭头”按键上一曲，短按“右箭头”按键下一曲； 短按“暂停键”播放/暂停；在收音机模式下，短按“左箭头” 按键上选台，短按“右箭头”按键下选台。5. 短按或长按“VOL+”“VOL-”键能对音量进行调节。6. 按下“QS”键可以切换多种音效，音效从低频到高频逐升循环。7. 按“0-9”数字键可以选择内存卡或 U 盘中前 9 首要播放的歌曲序号。8. 在播放状态按“RPT”可选循环模式，“RLL”全部循环，“ONE

36、”单曲循环。9. 在收音机状态按“RPT”，模块会自动选台，并保存所接收的电台频段，然后短按“暂停”键会转到刚刚所保存的电台频段。3.5 单片机控制电路3.5.1 电源电压显示的处理电路 Atmage8 单片机简介单片机称为控制器，是一种微型计算机集成芯片，将存储器、定时/计数器、各种 I/O（输入输出）接口等都集成在一块集成电路芯片上。 ATmega8 有 8K 字节Flash( 拥有同时读和写的能力)，512 字节 EEPROM，1K 字节 SRAM，32 I/O 接口，32 个寄存器，三个具有比较模式的定时器 / 计数器(T/C), 片内/ 外中断，串行USART，两线串行接口，6 路

37、10 位 ADC 采集，具有片内可编程看门狗定时器，一个spi 串行端口，以及五种省电模式可通过软件进行选择。mega8 采用 32 贴片 TQFP 封装。Atmega8 的引脚图如图 3-12 所示。14天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 3-12 Atmega8 微处理器封装及管脚功能单片机最小系统是指由单片机和基本的外围简单电路所组成的一个可以工作的 单片机的系统，包含单片机、电源指示电路、复位电路。最小系统电路原理图如图3-13 所示。PCB 设计图如图 3-14 所示。图3-13Atmega8最小系统原理图图 3-14 Atmega8 最小系统 PCB 设计图复位电路的

38、工作原理：在复位按钮的两端加上一个电容，当按键按下时， REST 接地，维持一段很短的低电平状态，单片机复位，按键松开后很快电容充满电后， REST 电平恢复到高电平状态，单片机进入正常工作中。电源指示电路原理：电路由一个贴片 LED 发光二极管和一个 1k 电阻组成，用于显示系统是否上电的作用。15天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计3.5.2 功率采集处理电路 at89S51 单片机小系统简介AT89C51 带 4K 字节 FLASH 存储器，工作电压 5V，是一款性能较高 CMOS 8 位微处理器，程序擦写次数可达 1000 次。该微处理器采用 ATMEL 高密度非易失存储器技

39、术制造，与工业标准的指令集和输出管脚相兼容。多功能 8 位 CPU 和闪速存储器结合在芯片中，使得 ATMEL 的 AT89C51 成为一种高效微控制器。封装为双排直插 40 管脚，如图 3-15 所示，管脚功能如图 3-16 所示。图3-15图 3-16 管脚功能图封装实物图此次设计用到了 51 单片机的少部分功能，使用了最小系统电路、串口功能及附加了 LCE 液晶显示。最小系统电路原理图如图 3-17 所示。图 3-17 At89C51 最小系统电路图16天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计3.6 运行功率的显示3.6.1 直流电压电流电量检测模块介绍该模块功能强大，可测量直流电

40、压电流功率电能参数，工作电源直流电压 DC5V， 模块带有 UART 和 RS485 可与电脑或单片机通迅（蓄电池的充电或放电监控），多个模块用 485 总线接一起，可实现多路直流电压电流功率电量检测。 直流模块的测量电压范围非常宽，DC 1V260V；测量电流为 DC0.01A10A,功率最大值 DC=1000W。电压电流的测量精度在1%，功率的测量精度为1%，模块功耗小于 1W。工作环境的温度在-1060，存贮(Storage)：-2570，湿度95%RH，不结露，无腐蚀性 气体场所。实物图如图 3-18 所示图 3-18 功率检测模块实物图该模块接线简单跟单片机仅有 2 根串口线相连，电

41、源线 2 根，被测电压输入 2 根， 输出供给负载电压 2 根，总共 8 根线。与单片机相连的原理图如图 3-19 所示。图 3-19 功率检测模块与单片机连17接电路图天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计3.6.2 液晶显示电路介绍LCD 液晶显示模块采用 OCMJ4X8CD 的 128*64 液晶屏，该模型上可以显示字母， 汉字和图片，而且可以画面与汉字混合显示功能。该型号的 LCD 显示屏内置有 2M 的内存，内部有 126 个符号和 8192 个汉字字型，这些字型都是在一个芯片之中，非常方便用单片机来发送数据，操作性简单。LCD 液晶用来显示系统名称、测量电压伏数、电流及功率

42、变化，数据采用了串行的通讯方式，给单片机节省了 I/O 口。液晶电路与 MUC 连接图如图 3-20 所示。图 3-20 液晶显示模块与单片机连接电路3.6.3 功率显示模块的电路设计功率模块的组成由 89C52 单片机小系统电路、功率检测模块及 LCD 液晶显示模块组成，其整体原理图如图 3-21 所示。18天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计图 3-21 功率检测及显示电路整机原理图3.7 电压比较器的应用电路设计3.7.1 集成运放 LM324 介绍LM324 是一个 4 运放的集成芯片，有 14 个管脚，封装有双排直插也有双排贴片类型，价格低廉，工作电源非常宽，3V-32V

43、直流工作电源，带宽 1.2M Hz。其封装图及内部图如图 3-22 所示。图 3-22 集成运放 LM324 封装图及内部图主要特性：1. 短路保护输出 ；2. 真正的差分输入级 ；3.单电源供电：3.0 V 至 32 V（LM224、LM324、LM324A） ；19天津职业技术师范大学 2015届本科生毕业设计4. 低输入偏置电流：100 nA 最大值（LM324A） ；5. 每个封装有 4 个放大器 ；6. 内部补偿 ；7. 共模范围扩展至负电源 ；8. 行业标准的引脚分配 ；9. 输入端的 ESD 钳位提高了可靠性，且不影响器件工作 ；10. 提供无铅封装；3.7.2 利用 LM324 设计的 16 路电压比较器 LED 驱动电首先利用分压原理将电压分压成 16 个点，作为比较器的触发电压，分压电路在上下均有可调电阻，方便调节设置比较器的触发电压，然后将所有的运放输入接在一起，用音频信号输入，因为音频信号会随时变化，功率大电压就大，触发的比较器就越多越高，LED 驱动电路由比较器导通三极管作为开关接通 LED,这样便可实现 LED 灯随着音频功率的大小变化而波动，美观而又形象地表现出功率的变化。其电路