摘要：詳細(xì)闡述了一種以芯片TDA7315/PT2315（二者管教完全兼容）設(shè)計(jì)的音頻增益控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)提供芯片連接關(guān)系示意圖及軟件算法流程圖。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)增益控制；音頻信號(hào)；PT2315；TDA7315
引 言
在廣播系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)節(jié)目或音源切換時(shí)，音頻信號(hào)大小不一的現(xiàn)象，過(guò)小時(shí)影響收聽(tīng)效果，過(guò)大時(shí)易引起后接的功放過(guò)載，需要經(jīng)常手動(dòng)調(diào)整功放的輸入，操作極其不便。筆者介紹了一種基于TDA7315的音頻自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，可以使廣播系統(tǒng)音頻信號(hào)大小不一的現(xiàn)象得到改善，提高語(yǔ)音廣播播出效果。
系統(tǒng)組成
音頻自動(dòng)增益控制系統(tǒng)的芯片連結(jié)關(guān)系示意圖如圖1所示，音源設(shè)備輸出的音頻信號(hào)，先經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行無(wú)失真預(yù)放大，雙聲道數(shù)字音頻處理器TDA7315/PT2315在單片機(jī)AT89C52控制下，對(duì)輸入音頻信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，使輸出音頻信號(hào)幅度達(dá)到預(yù)定要求，再送到功放進(jìn)行廣播。AT89C52對(duì)TDA7315/PT2315輸出信號(hào)進(jìn)行采樣分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)TDA7315的音量自動(dòng)控制。系統(tǒng)同時(shí)附有顯示輸出信號(hào)電平、設(shè)定輸出電平功能。
硬件電路設(shè)計(jì)
TDA7315/PT2315是一塊專(zhuān)業(yè)型音量、音調(diào)、平衡電子調(diào)節(jié)集成塊，采用I2C總線(xiàn)控制技術(shù)，可以對(duì)兩路音頻信號(hào)的音量等響度、高低音調(diào)、左右平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)，其內(nèi)部還包括電子靜音開(kāi)關(guān)MUTE。該系統(tǒng)只使用音量和左右平衡調(diào)節(jié)，其它均為固定方式。TDA7315的音量控制范圍0~-70dB，級(jí)數(shù)64，每級(jí)1.25dB，左右平衡控制范圍為0~-30dB，級(jí)數(shù)32，每級(jí)1.25dB，總的音量控制范圍可達(dá)0~-100dB，級(jí)數(shù)達(dá)96，可以滿(mǎn)足音頻信號(hào)幅度處理的需要。
單片機(jī)通過(guò)控制4051模擬開(kāi)關(guān)交替選擇左、右聲道音頻信號(hào)，先送到低通抗混迭濾波器，濾除其中的高頻成分后送入A/D轉(zhuǎn)換器。經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，該數(shù)字信號(hào)在單片機(jī)AT89C52控制下寫(xiě)入存儲(chǔ)器RAM6264。存儲(chǔ)器設(shè)有兩組存儲(chǔ)器空間，一組存放左聲道音頻信號(hào)數(shù)據(jù)，另一組存放右聲道音頻信號(hào)數(shù)據(jù)。單片機(jī)以幀為單位對(duì)采樣數(shù)據(jù)存放處理，每幀時(shí)間可在20~40ms之間選取。該系統(tǒng)中利用AT89C52定時(shí)產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)信號(hào)，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間為20μs，每聲道的每幀音頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)大小為2K。
系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0820，其讀模式下的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2.5μs，而且該芯片內(nèi)置采樣/保持電路，不需外部時(shí)鐘，因ADC0820輸入范圍僅為0~+5V，而系統(tǒng)輸入信號(hào)的范圍-5V~+5V，需對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行輸入信號(hào)預(yù)處理，使電壓變?yōu)?~+5V。
單片機(jī)AT89C52是系統(tǒng)中心控制部件，它的主要任務(wù)是定時(shí)控制4051選擇左、右道音頻信號(hào)和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，控制RAM的讀寫(xiě)，產(chǎn)生控制碼控制TDA7315/PT2315。P2.5控制ADC0820的片選CS，P1.5接收ADC0820轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，P2.6 接RAM6264 的片選CE1，P1.7，D1.6 定義I2C總線(xiàn)SDA，SCL 端。
2位LED數(shù)碼管可以顯示當(dāng)前TDA715聲音輸出電平，顯示電路采用靜態(tài)掃描方式，CD4513 為BCD-7段鎖存/譯碼驅(qū)動(dòng)器，P1.0，P1.1，P1.2輸出顯示數(shù)字BCD碼，P1.3，P1.4 產(chǎn)生位輸入鎖存信號(hào)。廣播終端的面板按鍵為up，down 兩個(gè)按鍵，實(shí)現(xiàn)TDA715聲音輸出電平增減。單片機(jī)通過(guò)判別P3.0，P3.1的低電平作出輸出電平增減的改變，并將改變的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線(xiàn)寫(xiě)入I2C總線(xiàn)式的E2PROM AT24CO2記憶。
軟件設(shè)計(jì)
自動(dòng)增益控制系統(tǒng)控制軟件的基本算法是以幀為單位對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)輸入音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，對(duì)信號(hào)的峰值電平、平均電平進(jìn)行分析，信號(hào)極低超出自動(dòng)增益控制范圍或無(wú)信號(hào)，衰減量保持不變，對(duì)輸入信號(hào)最大幅度達(dá)到飽和值時(shí)迅速增大信號(hào)衰減，對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮，當(dāng)輸入信號(hào)變小并持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間，便減小信號(hào)衰減量，提升信號(hào)電壓，提升速度控制不能過(guò)快，以免影響信號(hào)本身結(jié)構(gòu)，信號(hào)衰減量控制由單片機(jī)AT89C52通過(guò)I2C總線(xiàn)寫(xiě)入TDA7315進(jìn)行控制。
TDA7315邏輯表如表1所示。
A2A1A0為000時(shí)，音量衰減為0dB，000遞增至111時(shí)，音量以1.25dB步長(zhǎng)衰減; B2B1B0為000，音量衰減為0dB，000遞增至111時(shí)，音量以10dB步長(zhǎng)衰減; L 為0音量打開(kāi)，為1靜音，該系統(tǒng)設(shè)為0；C3C2C1C0為0111時(shí)，音調(diào)衰減為0dB，0111遞減至0000時(shí)，音調(diào)以2dB步長(zhǎng)衰減，0111遞增至1111時(shí)，音調(diào)以2dB步長(zhǎng)遞增，該系統(tǒng)高、低音均設(shè)為衰減為0dB；TDA7315數(shù)據(jù)寫(xiě)入模式為
程序框圖如圖2所示，初始化時(shí)設(shè)定定時(shí)器的初值和音頻信號(hào)聲道標(biāo)識(shí)，聲道標(biāo)識(shí)用于指示當(dāng)前輸入到A/D轉(zhuǎn)換的是左或右聲道信號(hào); 每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，根據(jù)當(dāng)前聲道標(biāo)識(shí)，將測(cè)量數(shù)據(jù)寫(xiě)入相應(yīng)聲道的RAM區(qū)，并使RAM地址加1；聲道轉(zhuǎn)換，將輸入A/D轉(zhuǎn)換
的信號(hào)通道由當(dāng)前左聲道轉(zhuǎn)換到右聲道或由當(dāng)前右聲道轉(zhuǎn)換到左聲道，實(shí)現(xiàn)對(duì)左右聲道信號(hào)的輪流測(cè)量；文獻(xiàn)中提出一種按平臺(tái)模式設(shè)計(jì)、適用80C51系列單片機(jī)的虛擬I2C總線(xiàn)軟件包，實(shí)現(xiàn)對(duì)I2C總線(xiàn)器件的讀寫(xiě)操作。TDA7315/PT2315的控制碼寫(xiě)入，可依TDA7315規(guī)約的寫(xiě)入模式直接調(diào)用該I2C總線(xiàn)軟件包的數(shù)據(jù)讀寫(xiě)子程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)音頻信號(hào)衰減量的控制。
結(jié)束語(yǔ)
筆者根據(jù)設(shè)計(jì)方案制作了實(shí)際電路，在多個(gè)學(xué)校廣播系統(tǒng)應(yīng)用，使廣播系統(tǒng)音頻信號(hào)不一的現(xiàn)象得到改善，并對(duì)音頻信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和頻譜沒(méi)有損傷，效果良好。
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