M8L做小功率数字功放【恢复】

mjkxxn · 发表于 2008-11-6 22:31:56

M8L做小功率数字功放

 (原文件名:图片 006.jpg) 

点击此处下载 ourdev_486428.rar(文件大小:131K) (原文件名:用M8L做小功率数字功放.rar) 

zhameng · 发表于 2008-11-10 19:55:15

收到，谢谢！

at90s · 发表于 2008-11-8 15:05:59

楼上竟然冒出两位番禺的，我也来报个到，市桥的

sol84 · 发表于 2008-11-8 12:53:22

看看

cjbcjb · 发表于 2008-11-8 12:27:14

我做了一个试了一下,声音小时失真大,不过我是用的9110做的功放,前置没有问题看过波形.

thoro_avr · 发表于 2008-11-7 21:49:22

有时间看看

liu7894 · 发表于 2008-11-7 15:32:40

此时OCA和OCB输出什么样的PWM波形呀？

nosaylove · 发表于 2008-11-7 15:25:34

可惜是个单声道的啊，实用性不大

BTW，这个可以输出15W吗

cjbcjb · 发表于 2008-11-7 13:01:45

有时间玩玩

kanhai2222 · 发表于 2008-11-7 12:01:48

帅！

tclandmei · 发表于 2008-11-7 12:00:09

本地的?!

我是石基的!

tclandmei · 发表于 2008-11-7 11:59:56

tclandmei · 发表于 2008-11-7 11:59:53

本地的?!

我是石基的!

tclandmei · 发表于 2008-11-7 11:59:52

本地的?!

我是石基的!

hemjidn · 发表于 2008-11-7 11:57:28

11楼：沙湾的：)

Soul.art · 发表于 2008-11-7 11:51:33

以前做过这个,也是按此电路和作者思路做的,只是把358的 放大倍数扩大到15倍,但是做好后发现功放在声音放大些后,喇叭就有咔咔,越大越严重,后来把PWM比较模式改了一下,输出同相,将AD值取反,不是取补码,但待机静态电流变大了.还有就是高音成分被衰减的没有了,在R6处并联一各个10/10uf的电容即可,音质效果和TDA2822效果相当,将VT3,VT4,换成TIP122.VT5,VT6换成TIP127,提升电源电压可以得到大功率输出.

tclandmei · 发表于 2008-11-7 11:40:49

hemjidn

是番禺那里的?!是本地的吗?!

hemjidn · 发表于 2008-11-7 11:24:18

驱动部分再简单点就无敌了

avruser · 发表于 2008-11-7 11:09:51

这个的音质肯定无法太讲究

不过做个类似这样的喊话器应该还是没有问题的

tclandmei · 发表于 2008-11-7 10:56:04

效果存疑虑!

16Mhz／255=62.7kHz

如果用8个点还原.则62.7kHz/8 = 7.8375khz.

16点更差!

不知这样分析合理不?!!!!

Totry · 发表于 2008-11-7 09:54:02

mark,,,mark,,,哪位烧友来试试音质能让一般人认可不

abcdezh · 发表于 2008-11-7 09:25:18

mark

li0713 · 发表于 2008-11-7 09:05:29

学习一下！！改天试试看！！

indi · 发表于 2008-11-7 08:49:44

good

armok · 发表于 2008-11-7 08:32:18

谢谢。COOL ！

avruser · 发表于 2008-11-6 23:00:37

楼主的文件中包含了代码。

avruser · 发表于 2008-11-6 22:58:36

网上有此文转如下：

用M8L做小功率数字功放 

文／王晓波 

数字功放由于其效率高、易与数字音源对接等优点而在现实生活中具有越来越广泛的应用。本文介绍的是一款用单片机ATmega8L(以下简称M8L)制作的小功率数字功放，具有功耗低、成本低、电路简单、音质较好等优点。

一、数字功放原理解析

数字功放，顾名思义就是将数字信号进行功率放大。数字信号通常用"0"来代表低电平，"1"代表高电平，从而组成一连串的方波信号。由于数字信号只有高低电平之分，因此，当用功放管对其进行放大时，功放管完全可以工作在开关状态，而不是放大状态，这样就大大减小了管子静态功耗，提高了效率。

为了实现数字功放，必须将模拟信号转化为数字信号，在这里通过M8L内部自带的十位模数转换器转换即可，然后用M8L的OCR1A和OCR1B引脚产生占空可变的脉冲串，即PWM。PWM信号是以一个固定频率为基础的，为了产生不同的模拟电平，可以通过改变这个脉冲串的占空比实现。要输出高的模拟电平，就增大占空比，反之减小。这样，通过PWM

就将模拟信号转换为数字信号。将PWM信号通过功放管进行进一步放大，再通过低通滤波器就可以产生模拟电平了。50％的占空比输出电源电平的一半，75％的占空比会产生75％电源电平。模拟滤波器可以是一个简单的无源的RC滤波器。滤波器滤除频率比较高的PWM信号，留下模拟信号。在用作数字功放驱动扬声器时，如果不是为了特殊的需要，为了最大限度地提高输出功率，可以不用低通滤波器滤波，因为扬声器就像个低通滤波器，它对高频的PWM信号是不会响应的。通常扬声器的响应频率范围为20Hz～20kHz，远小于PWM信号的频率。

二、电路工作原理

电路原理图如图1所示，电路分为四个部分，包括前置放大、A／D与PWM转换、功率放大及滤波等。

  

1．前置放大电路 

LM358 组成同向放大电路，音频信号从LM358同向输人端输入，放大增益由R2和R1的阻值大小决定，电压放大倍数：Av=l+R2／R1。R3、R4和R5组成分压电路，当没有信号输入时，同向输入端的电压为2．5V，经过C4、R2和R1组成的交流负反馈电路，输出端电压仍为2．5V。当有信号输入时，同向输入端的电压随着音频信号的变化而变化，经过C4、R2和R1组成的交流负反馈电路，输出电压Vout=Vin*Av。输出信号将以2．5V为轴，上下变动。由于工作电压为+5V，为了保证波形不失真，输入信号的峰值应小于2．5V／Av。LM358为单电源双运放，增益频带宽为1MHz，也可双单源工作。LM358的引脚图如图2所示。

2．A／D与PWM转换

这是电路的重要组成部分，由单片机M8L完成。M8L功能齐全、接口丰富。它有6通道A／D，包括4路10位A／D和2路8位A／D。片中的2个PWM通道可实现任意小于16 位相位和频率可调的脉宽调制输出。M8L的PWM有3种工作模式：快速PWM模式、相位可调PWM模式和相位频率可调PWM模式。本电路采用的是快速 PWM模式。M8L内部A／D转换是通过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个10位的数字量。最小值代表GND，最大值代表AREF引脚上的电压再减去1LSB。通过写ADMUX寄存器也可以把AVCC或内部2．56V的参考电压连接到AREF引脚。在AREF上外加电容可以对片内参考电压进行解耦以提高噪声抑制性能。笔者采用的是8倍时钟分频，工作在连续A／D转换模式，每次A／D转换时间需要13个ADC时钟，此时的A／D转换速率为 16MHz／8／13=153．8kHz。为了提高ADC的抗干扰能力，ADC使用10位精度采样，然后将得到的值除以4作为OCR1A的值，OCR1B 则为OCR1A的补码，即255-OCRlA。

快速PWM模式可用来产生高频的PWM波形。快速PWM模式与其他 PWM模式的不同之处是其单边斜坡工作方式。计数器从BOTTOM计到TOP，然后立即回到BOTTOM重新开始。对于普通的比较输出模式，输出比较引脚 OC1x在TCNT1与OCR1x匹配时置位，在TOP时清零；对于反向比较输出模式，OCRlx的动作正好相反。由于使用了单边斜坡模式，快速PWM模式的工作频率比使用双斜坡的相位修正PWM模式高一倍。此高频操作特性使得快速PWM模式十分适合于功率调节，整流和DAC应用。高频可以减小外部元器件 (电感，电容)的物理尺寸，从而降低系统成本。寄存器配置如下：(COMlA1：COM1A0=1：0)／(COM1B1：COMlB0=1：0)。从两路PWM的产生过程来看，两路的变化是同时的，因而避免了由于两路延时不同所引起的额外损耗。M8L最高工作频率为16MHz，PWM采用8位精度，此时的PWM频率为16Mttz／255=62．7kHz。

PWM的A、B通道初始化采用相同的工作方式，零输入时，ADC采样电压为电源电压的一半，此时得到OCR1A和OCR1B的值都为128，A、B同相输出。而当有信号输人时，A通道的脉宽增加，此时由于B 通道的比较值与A通道互补，所以B通道脉宽减少；当有负信号输入时，A通道的脉宽减少，B通道的脉宽增加。由于实现了互补对称放大，此时信号强度将为单个的两倍。

3．功率放大

由6只常用的三极管组成同相驱动方式实现数字功放功能，从而进一步降低了静态功耗，提高了效率。这种做法的好处就是：只有当PB1和PB2两引脚的电平不相同时，才会引起两只对管(VT3和VT6或VT4和 VT5)的导通，相反，当电平相同时，两只对管不导通，电流几乎为零。

4．滤波

由于M8L内部结构的原因，应在ADC采样前进行低通滤波，这里采用的是RC低通滤波器，由R6和C6组成。另外，最好在AREF引脚与负极之间并接一个阻值较大的电容，用来滤除杂波。

三、软件设计及制作

1．软件设计

本系统软件由AD中断服务程序、PWM程序、按键操作程序组成。程序流程框图如图3所示。

2．制作与调试 

笔者制作的数字功放板如图4所示。

 

从电路板上可以看出，笔者先将单片机和运放做在了两块独立的板子上，然后拼合在一起。这样做的好处就是：可以先测试运放工作是否正常。在这里，R3和R4 的选择很关键，阻值必须相等，这样才会在输出端得到以2．5V为轴线的输出波形，也是整个电路的设计关键。如果手头上有示波器，分析波形再好不过了。本人使用的音源是电脑输出的，幅度较小，因此对其进行了放大，放大倍数为Av=1+R2／R1=6．6倍。读者可以根据情况，适当改变。 

ATmega8L后缀为L，属于低功耗、宽电压、低速的型号，无后缀的为高速型。通常市售的多为ATmega8L。许多资料都称ATmega8L最大时钟为8MHz，实际上，经笔者测试，16MHz时，也能正常工作。如果用高于16MHz晶振，此时M8L将以低于16MHz的某个频率工作。为了安全起见，如果你的串行下载线性能不是很好，最好不要外挂16MHz的晶振去写程序，否则，将会导致串行编程失败。笔者使用的下载界面见图5，下载线制作方便，USB供电。

改写时应先将熔丝位的低8位的CKSEL3-0全置为"1"，然后点击写入即可，如图5所示。为了单片机工作的稳定性，要在复位脚加-10kΩ的上拉电阻。

程序较为简单，写好程序后，方可通电测试。先断开功率放大部分，在单片机的PB1和PB2脚上接上小功率的扬声器，小于1W即可。测试时外部音源音量应调节适中，否则会产生噪声。读者也可用示波器观察其波形。调节音量大小，如果能听到正常的声音，说明已成功。如果噪声较大，可能是音量较大，或者是运放的增益太大，可适当减小增益。如果没有输出任何声音，说明PWM没有产生，应检查一下程序，PWM的控制字是否设置正确，A／D转换是否打开。测试功率放大部分最好的办法就是用随声听里面的3V直流电机。先去掉输出电容C7， 

直接接上电机，用+5V供电。用手捏其中一输入端，观察电机的转向，再用手捏另一输入端，观察电机的转向。如果两次转向正好相反，说明工作正常。如果没有或只有一路工作，应检测对管是否损坏。 电源分为两个部分，M8L和LM358采用+5V供电，功率放大部分电源VCC除了可以共用电源外，还可以使用高于+5V的独立电源，这样可以进一步提高输出功率。SB为播放和停止开关。

通过笔者测试，共用电源时，电流随着音乐的节奏而变化，在音乐不失真的情况下，最大电流不超过150mA。静态时，电流约为20mA。此时单片机的能耗是主要的。功率放大部分电源VCC使用+8V电源工作时，功率放大部分的最大电流为80mA，此时输出音量与本人用TDA2003制作的功放电路相当。而 TDA2003功放电路的电压为12V，电流为150mA左右。通过比较可知，数字功放的效率要比模拟功放的高很多。

本期配刊光盘中有完整的源程序，供读者参考。源程序是在ICC集成环境下编译的，生成的HEX文件可以直接烧录到M8L中。

 

本文摘自《无线电》 

guomip · 发表于 2009-4-6 12:31:28

谢谢楼主上传！
我有这期的无线电杂志，但缺少源码，懒得编了。
我准备用STC12C5410AD做。

a105 · 发表于 2009-5-17 14:42:47

mark

longquan · 发表于 2009-5-17 15:14:35

WOW 神奇
喊话器里的D功放更神奇，用555做到

ylml · 发表于 2009-5-17 22:10:10

mark

jom520 · 发表于 2009-5-26 14:03:40

mark

wjp997 · 发表于 2009-7-10 23:15:55

不错，下来看看了。

youz · 发表于 2009-11-11 22:41:20

mark

809314596 · 发表于 2009-11-11 23:37:10

mark

LRNAVR · 发表于 2010-3-25 15:16:10

很有趣。

haiyu · 发表于 2010-3-25 22:51:43

我都系番禺的唔知点样先可以稳到你地呢！！

fany12345 · 发表于 2010-3-26 16:43:35

感觉很亲切！
当年一个同学的毕业设计就是“数字功放”，我帮他做的。虽然效果凑合，但是很新奇。
要是换更犀利的MCU说不定更有玩头呢！！

liangqin1573 · 发表于 2010-3-27 14:27:36

怎么这么多番禺的，我大学城的……

bigworms · 发表于 2010-3-29 17:55:54

mark

jielove2003 · 发表于 2010-3-29 18:35:45

标记，学习

xuejianhua1986 · 发表于 2010-3-29 19:42:59

mark

sunzhaod · 发表于 2010-4-14 18:56:45

mark

number007cool · 发表于 2010-4-16 22:43:35

mark!

damoplus · 发表于 2010-4-16 23:07:43

MARK

roseason · 发表于 2010-4-18 16:09:13

早做过了，音质肯定不行的嘛，8位的分辨率，动态范围太小了！！！

sunmy · 发表于 2010-4-18 16:54:25

看看！

32446975 · 发表于 2010-4-21 18:24:50

以前看过这篇文章。今天想再看一下，百度中搜到的好多链接都要收费或是注册！

还是ＯＵＲＤＥＶ。ＣＮ好啊！不但找到了原文章还有插图和源码！

gpzdc986 · 发表于 2010-4-21 20:26:21

mark

linnjing · 发表于 2010-4-25 23:23:50

感觉可以借鉴一下这LZ的电路，有几个问题想请教，不知道LZ还在没？

手里有个东东，原来的提示音就是单纯的提示音，响一下喇叭，现在想增加语音提示功能，让用户感觉产品档次高了(汗，老板的要求）

我的想法是把语音提示数字化以后固化到程序中，然后用PWM输出，也就是说没有用到前面电路的输入级与转换级，只用到PWM输出与功放部分，但对功放这部分不太熟悉，现在有几个问题：

1.看到功放部分用的是H桥做的驱动，而我现有的电路比较简单，一个三极管集电极开路输出直接带喇叭，不知道H桥相比有什么差别？是音质方面的差别吗？

2.对M8L不太熟悉，现在产品用的是W79E4051，带10位PWM，但是只有一路，不知道与M8L的PWM的单边斜坡工作方式有什么不同，看LZ的程序两路输出之间就是取反的关系，不知道我接H桥的时候直接在电路上接个反相器行不行？

span42 · 发表于 2010-4-26 14:42:10

mark

yqlomg · 发表于 2010-4-26 15:49:35

强啊，学习了

forever37 · 发表于 2010-5-5 11:16:20

谢谢!

span42 · 发表于 2010-5-6 17:30:59

mark

radiation · 发表于 2010-5-6 21:19:43

学习了。

yangshuo271 · 发表于 2010-5-27 20:10:25

好玩的东西多多啊

liurangzhou · 发表于 2010-5-27 21:02:13

这个样子的我很多年前就做过,实践和后来的理论证明都效果不可能太好

287355586 · 发表于 2010-8-9 22:46:51

回复【楼主位】mjkxxn 小马
-----------------------------------------------------------------------

good

catchfatty · 发表于 2010-8-11 17:55:09

大致看了一下，文章的意思是：
模拟信号---》10位A/D转换---》PWM模拟D/A转换---》功率放大

以我之见，还不如直接对模拟信号进行放大好了，还避免了粗糙的A/D,D/A转换造成的失真

wbanng · 发表于 2010-8-12 16:06:24

mark

gale · 发表于 2010-8-12 16:10:22

回复【58楼】catchfatty
大致看了一下，文章的意思是：
模拟信号---》10位a/d转换---》pwm模拟d/a转换---》功率放大
以我之见，还不如直接对模拟信号进行放大好了，还避免了粗糙的a/d,d/a转换造成的失真
-----------------------------------------------------------------------

你完全误会文章的意思了。

ysu533 · 发表于 2010-9-2 09:34:35

mark

z84297979 · 发表于 2010-11-18 11:58:10

mark

Spunky · 发表于 2010-11-18 22:04:36

mark

honey655729 · 发表于 2010-11-20 12:18:06

我也mark下

qq_zhs · 发表于 2010-11-20 21:53:53

写个上位机程序把音频提取成PWM数据
不是成可以带语音输出了。。。

xfloveyou886 · 发表于 2010-11-20 22:02:03

怎么08年的帖子还有人挖坟啊……

sbsdys · 发表于 2010-11-21 11:58:19

mark

light8828 · 发表于 2011-1-24 15:51:11

请问下，C7是有极性的，两对管分别导通时，电流方向不同，电容没有问题吗？

dogbush · 发表于 2011-1-24 17:16:44

mark

yansuoqinlou · 发表于 2011-5-20 13:24:49

mark

sdwy · 发表于 2011-5-20 13:39:15

mark

likaiyi · 发表于 2011-5-20 15:04:04

mark

diziaihaozhe · 发表于 2011-5-25 00:55:39

酷！

3050311118 · 发表于 2011-5-25 08:19:44

MARK

chishangpiao · 发表于 2011-5-25 08:46:38

有空玩玩，
多谢分享

lhjin · 发表于 2011-6-4 18:22:06

我也想试试！谢谢分享

jackliu · 发表于 2011-8-5 18:28:00

mark学习了

liber730 · 发表于 2012-4-19 20:31:25

这个好！

ledatou · 发表于 2012-4-21 20:15:37

2楼的图肿么挂了？难道是因为我是教育网？？？

dongfanghuazi · 发表于 2012-4-24 11:08:57

溜溜吧

M8L做小功率数字功放 【恢复】

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

M8L做小功率数字功放【恢复】