单片机d类音频功率放大器设计(原理图+电路图+流程图+源程序) 第7页
压为0，当输入的16位数字代码为全1时输出电压约为VREF即2.5V。VOUT变化的规律是：16位数字代码由全0开始，每次加1一直到全1变化，对应的输出电压VOUT从0开始，每次增加VREF*（1/65536）。
数字输入代码 模拟输出电压值VOUT
1111 1111 1111 1111 VREF*（65535/65536）
1000 0000 0000 0000 VREF*（32768/65536）
0000 0000 0000 0001 VREF*（1/65536）
0000 0000 0000 0000 0V
表3-1 数字输入代码与输出电压值对应表
我们还关心一个原理，就是怎样把16位的数字代码输入MAX541里面。请看下图，
当片选端信号CS选通后（低电平有效），串行时钟输入端的时钟信号开始生效，在时钟信号的上升沿数据会同步地传输并锁存到DAC的数据输入寄存器中。当16位数据传输完后CS置1，然后进入下一轮的数据代码传输。 图3-16
（4）MAX541的电路连接
MAX541在本设计中的电路连接见下图，让它外接+5V电源，4、5、6脚接单片机的P1口实现串口通信。模拟地DGND和数字地AGND相接构成地线系统，为了消除高频和低频干扰，必须在REF与地之间接入退耦电容。由图可以看出，MAX541的输出电压及两个可调电位器分别接到了D类功放芯片的11（VOLUME）、10（VARMAX）和第9（VARDIFF）脚，通过调节这三个管脚的输入电压就可以达到控制此D类功放音量的目的。至于是怎样控制的在下面将会详细介绍。 图3-17 MAX541的电路连接
3.2.3 D类功放芯片TPA3004D2的功能特性及电路连接
（1）TPA3004D2的特性
此D类立体声音频功率放大芯片具有每通道12W的功率输出，立体声音量由直流电压控制，可以实现从–40 dB 到 36 dB增益范围调节。
（2）TPA3004D2的主要管脚功能
由于该芯片管脚较多，不可能也没必要一一说明其功能，下面就本设计所用到的管脚功能说明如下：
RINN（2） 右声道音频输入的负极
RINP（3） 右声道音频输入的正极
LINN（6） 左声道音频输入的负极
LINP（5） 左声道音频输入的正极
LOUTN（16、17） 左声道音频输出的负极（两管脚接在一起）
LOUTP（20、21） 左声道音频输出的正极（两管脚接在一起）
ROUTN（44、45） 右声道音频输出的负极（两管脚接在一起）
ROUTP（40、41） 右声道音频输出的正极（两管脚接在一起）
VARDIFF（9） 结合VARMAX（10）与VOLUME（11）对输出设置增益
VARMAX（10） 输入直流电压为VAROUT输出设置最大增益，（假如VAROUT没用到VARMAX就要接地线）
VOLUME（11） 在此管脚输入直流电压为VAROUT输出设置增益
（3）TPA3004D2的外观图3-18 TPA3004D2的外观
（4）TPA3004D2的调制方案
调制方案在确定所需滤波器类型方面起着重要作用。传统的D类放大器需要LC滤波器，图X显示了采用的传统调制类型。在该方案中，当无信号输入时，差动PWM输出信号的占空比为50%，这50%的占空比不生成可以听到的声音，因为平均波形为零。但它会从喇叭吸收并使用大量电流，产生不希望出现的功率损耗。现在，随着输入电压的增加，正极OUT+的占空比也随之增加，负极OUT-的占空比则会减少。
就该类型的调制方案而言，应当采用二阶BUTTREWORTH低通滤波器。如图X所示，该滤波器用两个电感和三个电容作为典型的桥接式负载输出。该滤波器主要作为电感，在电压变换时使输出电流保持一致，这降低了少输入信号或无输入信号时的功耗。但是该类滤波器的主要缺陷是尺寸增加及额外的外部元件成本增加。由于扬声器既具有电阻性有具有电感性，而且D类放大器开关波形通过扬声器产生高电压，所以效率方面的提高将受到损失，从而导致较高的电源电流，也抵消了D类放大器带来的效率优势。
电感L1与L2以及电容C1构成差动滤波器使信号以40DB /S 的斜率衰减。开关电流主要通过C1、C2及C3，扬声器消耗的电流很小。
在TI新一代D类放大器TPA3004D2产品系列中，调制方案经过修改，只产生非常短的差动功率脉冲，以避免无输入信号时发生击穿。新的调制方案不再需要二阶BUTTREWORTH低通滤波器，从而可以大大减少系统成本以及设计方案的尺寸。由于新的调制方案的正负输出信号是同相的，因此负载的差动电压在大多数开关周期均为0V。这极大地降低了开关电流，消除了负载中的功耗。
（5）TPA3004D2的工作原理
实际上此芯片的音量控制是由VOLUME（11）、VARDIFF（9）以及VARMAX（10）这三个管脚控制的。这三个管脚输入的都是直流电压。原理如下图所示。当电压分别输入这三个管脚后11脚的电压VOLUME将会减去第九脚VARDIFF的电压，然后跟第十脚VARMAX
上的电压做比较，假如第十脚VARMAX上的电压比之大则控制电压为VOLUME（11）与VARDIFF（9）的电压的差值：假如第十脚VARMAX上的电压比之小则控制电压为VARMAX上的电压，也就是说第十脚上的电压VARMAX是一个基准电压。
图3-19 音量调节流程图
4 电路设计制作及调试
4.1 电路的设计制作
4.1.1 Protel 99se简介
Protel 99se是用于绘制电子制作的原理图和PCB图所用到的软件，它具有全面的工具、文档以及设计项目的组织功能，能够使用户轻松驾驭电子线路设计的全过程。它主要由两大部分组成：原理图设计系统（Schematic99）与印制电路板设计系统（PCB99），
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