基于单片机的PWM型功率放大器设计

基于单片机的PWM型功率放大器设计(任务书,开题报告,外文翻译,论文12000字)
摘要
由于数字功放的高效率，与数字音频信号源的连接方便等优点，它在现实生活中的应用越来越广泛。这次的毕业设计内容是基于一个单片机来仿制一个D类放大器。功率放大器系统利用增强型单片机的AD转换模块收集模拟信号的大小，然后将音频正弦信号波形跟踪电压转换成PWM波形，其中会根据所采集到的信号进行调制PWM的占空比，并通过功率放大器放大所通过的根据输入音频变化的PWM信号。之后，在放大电路输出的端口，通过LC低通滤波器对输出的放大电路的PWM波形进行解调，以驱动扬声器的声音信号。该系统采用8051单片机STC12C5410AD与AD转换器作为输入和采集音频信号。接着通过采集到的数字信号进行编程，并最终读取数据转换为SPWM信号。该设计系统的信号功率放大模块采用功率型高速MOSFET管H桥式推挽放大电路，主要用于对输出的SPWM信号进行功率的放大。之后经过滤波器处理后，从而恢复音频电信号，最终放大的声音信号通过扬声器输出。实验验证表明，本次设计最终生产的D类放大器具有较多的优点,比如结构简单，功耗相对较低，输出音频质量较高等，具有较好的实用价值。
关键词：D类功放；A/D转换；H桥推挽放大；SPWM；LC低通滤波器
 
Abstract
Digital power amplifier has been widely used in real life because of its high efficiency and easy connection with digital audio source. This design based on single chip microcomputer made a class D power amplifier. The audio sinusoidal waveform tracking voltage is then converted into a PWM waveform, where the PWM duty cycle is modulated according to the acquired signal, and the passed PWM signal, which varies according to the input audio, is amplified by a power amplifier. After that, at the output port of the amplifier circuit, the PWM waveform of the output amplifier circuit is demodulated by the LC low-pass filter. The system takes the audio conversion of the AD converter of the 8051 kernel MCU STC12C5410AD as the core, and the internal algorithm realizes the SPWM signal conversion through the single chip microcomputer. The signal power amplification module of the design system adopts a power type high-speed MOSFET H-bridge push-pull amplifier circuit and is mainly used for power amplification of the output SPWM signal. After being processed by the filter, the audio electrical signal is restored, and finally the amplified sound signal is output through the speaker.The N output amplifies the voice signal. Through test and verification, the D class power amplifier is used in this paper, which has the characteristics of low power consumption, low cost, simple circuit and good sound quality.
Key Words:Digital power amplifier; A/D protection; H-bridge push-pull amplifier; PWM;Low-pass filter

1.2 项目设计思路和内容
本次项目设计的内容是讨论和研究D类功放系统,并将其与STC系列单片机STC12C5410AD结合在一起设计。理解A/D和PWM转换,利用晶体管知识设计基于微控制器的D类功率放大器具有输出功率高、失真大、效率高的特点。在过程中,由于使用了STC12C5410AD和另外的一些MOSFET开断晶体管,功放的设计非常简洁,灵活且具有很强的兼容性。现有的D类放大器还没有完全达到这样的水平。
1.3论文的文章结构
第一部分为D类放大器的设计标准和主要的技术点以及STC12芯片A/D转换和PWM功能的内部原理分析。
第二部分为D类放大器的单元电路的设计以及总框图的设计。
第三部分为硬件电路的具体设计以及元器件的参数确认。
第四部分为编程实现PWM和A/D转换框图的设计，以及程序的介绍。
第五部分为整个设计过程中以及最终呈现的问题和不足。
 

目 录
第1章绪论    1
1.1 项目设计背景    1
1.1.1 D类功放的发展    1
1.1.2 D类功放的研究现状    2
1.2 项目设计思路和内容    3
1.3 论文的文章结构    3
第2章D类功放与STC12C5410AD单片机简介    4
2.1 D类功率放大器    4
2.1.1 D类功放的工作原理    4
2.1.2 D类功率放大器的优点    5
2.1.3 主要技术指标    6
2.2 STC12C5410AD单片机介绍    6
2.2.1 正弦脉宽调制技术SPWM    7
2.2.2 STC12C5410AD生成SPWM波原理    8
2.2.3 STC12C5410AD单片机内部A/D转换器的结构    9
第3章单元电路的设计    12
3.1 脉宽调制电路模块    12
3.1.1 前置整流放大电路    12
3.1.2 STC12单片机外围电路    13
3.2 模拟信号放大电路模块    13
3.2.1 模拟信号驱动电路    13
3.2.2 H桥互补对称放大电路    14
3.3 低通滤波器电路模块    14
第4章 STC12C5410AD单片机内部程序设计    16
4.1 A/D转换程序框图    16
4.2 PWM生成程序框图    16
第5章仿真    18
5.1 理想情况下定频率脉宽调试仿真    18
5.1.1 基于200kHz载波作为仿真分析案例    19
5.1.2 基于200kHz载波下的仿真结果及分析    20
5.2 设计中的定频率脉宽调试仿真    20
第6章总结与展望    22
6.1 本次毕业设计的总结    22
6.2 设计中存在的问题及改进    22
6.2.1 关于PWM脉宽调制问题    22
6.2.2 问题及改进    23
参考文献    24
致谢    25
附录A：元器件列表    26
附录B：系统设计图纸    27
附录C：STC12单片机A/D和PWM转换程序    30