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)計的音頻增益控制系統(tǒng)設(shè)計方案，同時提供芯片連接關(guān)系示意圖及軟件算法流程圖。
關(guān)鍵詞：自動增益控制；音頻信號；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，音頻信號大小不一的現(xiàn)象，過小時影響收聽效果，過大時易引起后接的功放過載，需要經(jīng)常手動調(diào)整功放的輸入，操作極其不便。筆者介紹了一種基于TDA7315的音頻自動增益控制系統(tǒng)，可以使廣播系統(tǒng)音頻信號大小不一的現(xiàn)象得到改善，提高語音廣播播出效果。
系統(tǒng)組成
音頻自動增益控制系統(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，先經(jīng)過前置放大器進(jìn)行無失真預(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，對輸入音頻信號進(jìn)行自動調(diào)整，使輸出音頻信號幅度達(dá)到預(yù)定要求，再送到功放進(jìn)行廣播。AT89C52對TDA7315/PT2315輸出信號進(jìn)行采樣分析，實現(xiàn)對TDA7315的音量自動控制。系統(tǒng)同時附有顯示輸出信號電平、設(shè)定輸出電平功能。
硬件電路設(shè)計
TDA7315/PT2315是一塊專業(yè)型音量、音調(diào)、平衡電子調(diào)節(jié)集成塊，采用I2C總線控制技術(shù)，可以對兩路音頻信號的音量等響度、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，級數(shù)64，每級1.25dB，左右平衡控制范圍為0~-30dB，級數(shù)32，每級1.25dB，總的音量控制范圍可達(dá)0~-100dB，級數(shù)達(dá)96，可以滿足音頻信號幅度處理的需要。
單片機(jī)通過控制4051模擬開關(guān)交替選擇左、右聲道音頻信號，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A/D轉(zhuǎn)換后，信號變成數(shù)字信號，該數(shù)字信號在單片機(jī)AT89C52控制下寫入存儲器RAM6264。存儲器設(shè)有兩組存儲器空間，一組存放左聲道音頻信號數(shù)據(jù)，另一組存放右聲道音頻信號數(shù)據(jù)。單片機(jī)以幀為單位對采樣數(shù)據(jù)存放處理，每幀時間可在20~40ms之間選取。該系統(tǒng)中利用AT89C52定時產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器的啟動信號，定時器的定時時間為20μs，每聲道的每幀音頻數(shù)據(jù)存儲區(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)換時間為2.5μs，而且該芯片內(nèi)置采樣/保持電路，不需外部時鐘，因ADC0820輸入范圍僅為0~+5V，而系統(tǒng)輸入信號的范圍-5V~+5V，需對輸入信號進(jìn)行輸入信號預(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)是定時控制4051選擇左、右道音頻信號和A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，控制RAM的讀寫，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，P2.6 接RAM6264 的片選CE1，P1.7，D1.6 定義I2C總線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。廣播終端的面板按鍵為up，down 兩個按鍵，實現(xiàn)TDA715聲音輸出電平增減。單片機(jī)通過判別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I2C總線寫入I2C總線式的E2PROM AT24CO2記憶。
軟件設(shè)計
自動增益控制系統(tǒng)控制軟件的基本算法是以幀為單位對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對輸入音頻信號進(jìn)行實時采樣，對信號的峰值電平、平均電平進(jìn)行分析，信號極低超出自動增益控制范圍或無信號，衰減量保持不變，對輸入信號最大幅度達(dá)到飽和值時迅速增大信號衰減，對信號進(jìn)行壓縮，當(dāng)輸入信號變小并持續(xù)較長一段時間，便減小信號衰減量，提升信號電壓，提升速度控制不能過快，以免影響信號本身結(jié)構(gòu)，信號衰減量控制由單片機(jī)AT89C52通過I2C總線寫入TDA7315進(jìn)行控制。
TDA7315邏輯表如表1所示。
A2A1A0為000時，音量衰減為0dB，000遞增至111時，音量以1.25dB步長衰減; B2B1B0為000，音量衰減為0dB，000遞增至111時，音量以10dB步長衰減; L 為0音量打開，為1靜音，該系統(tǒng)設(shè)為0；C3C2C1C0為0111時，音調(diào)衰減為0dB，0111遞減至0000時，音調(diào)以2dB步長衰減，0111遞增至1111時，音調(diào)以2dB步長遞增，該系統(tǒng)高、低音均設(shè)為衰減為0dB；TDA7315數(shù)據(jù)寫入模式為
程序框圖如圖2所示，初始化時設(shè)定定時器的初值和音頻信號聲道標(biāo)識，聲道標(biāo)識用于指示當(dāng)前輸入到A/D轉(zhuǎn)換的是左或右聲道信號; 每次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，根據(jù)當(dāng)前聲道標(biāo)識，將測量數(shù)據(jù)寫入相應(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，實現(xiàn)對左右聲道信號的輪流測量；文獻(xiàn)中提出一種按平臺模式設(shè)計、適用80C51系列單片機(jī)的虛擬I2C總線軟件包，實現(xiàn)對I2C總線器件的讀寫操作。TDA7315/PT2315的控制碼寫入，可依TDA7315規(guī)約的寫入模式直接調(diào)用該I2C總線軟件包的數(shù)據(jù)讀寫子程序，實現(xiàn)對音頻信號衰減量的控制。
結(jié)束語
筆者根據(jù)設(shè)計方案制作了實際電路，在多個學(xué)校廣播系統(tǒng)應(yīng)用，使廣播系統(tǒng)音頻信號不一的現(xiàn)象得到改善，并對音頻信號的動態(tài)范圍和頻譜沒有損傷，效果良好。
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