摘要：詳細闡述了一種以芯片TDA7315/PT2315（二者管教完全兼容）設計的音頻增益控制系統設計方案，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；PT2315；TDA7315
引 言
在廣播系統中，經(jīng)常出現節目或音源切換時(shí)，音頻信號大小不一的現象，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，可以使廣播系統音頻信號大小不一的現象得到改善，提高語(yǔ)音廣播播出效果。
系統組成
音頻自動(dòng)增益控制系統的芯片連結關(guān)系示意圖如圖1所示，音源設備輸出的音頻信號，先經(jīng)過(guò)前置放大器進(jìn)行無(wú)失真預放大，雙聲道數字音頻處理器TDA7315/PT2315在單片機AT89C52控制下，對輸入音頻信號進(jìn)行自動(dòng)調整，使輸出音頻信號幅度達到預定要求，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(shí)現對TDA7315的音量自動(dòng)控制。系統同時(shí)附有顯示輸出信號電平、設定輸出電平功能。
硬件電路設計
TDA7315/PT2315是一塊專(zhuān)業(yè)型音量、音調、平衡電子調節集成塊，采用I2C總線(xiàn)控制技術(shù)，可以對兩路音頻信號的音量等響度、高低音調、左右平衡進(jìn)行調節，其內部還包括電子靜音開(kāi)關(guān)MUTE。該系統只使用音量和左右平衡調節，其它均為固定方式。TDA7315的音量控制范圍0~-70dB，級數64，每級1.25dB，左右平衡控制范圍為0~-30dB，級數32，每級1.25dB，總的音量控制范圍可達0~-100dB，級數達96，可以滿(mǎn)足音頻信號幅度處理的需要。
單片機通過(guò)控制4051模擬開(kāi)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轉換器。經(jīng)過(guò)A/D轉換后，信號變成數字信號，該數字信號在單片機AT89C52控制下寫(xiě)入存儲器RAM6264。存儲器設有兩組存儲器空間，一組存放左聲道音頻信號數據，另一組存放右聲道音頻信號數據。單片機以幀為單位對采樣數據存放處理，每幀時(shí)間可在20~40ms之間選取。該系統中利用AT89C52定時(shí)產(chǎn)生A/D轉換器的啟動(dòng)信號，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間為20μs，每聲道的每幀音頻數據存儲區大小為2K。
系統中A/D轉換器選用ADC0820，其讀模式下的轉換時(shí)間為2.5μs，而且該芯片內置采樣/保持電路，不需外部時(shí)鐘，因ADC0820輸入范圍僅為0~+5V，而系統輸入信號的范圍-5V~+5V，需對輸入信號進(jìn)行輸入信號預處理，使電壓變?yōu)?~+5V。
單片機AT89C52是系統中心控制部件，它的主要任務(wù)是定時(shí)控制4051選擇左、右道音頻信號和A/D轉換器轉換，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轉換結束信號，P2.6 接RAM6264 的片選CE1，P1.7，D1.6 定義I2C總線(xiàn)SDA，SCL 端。
2位LED數碼管可以顯示當前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/譯碼驅動(dòng)器，P1.0，P1.1，P1.2輸出顯示數字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(gè)按鍵，實(shí)現TDA715聲音輸出電平增減。單片機通過(guò)判別P3.0，P3.1的低電平作出輸出電平增減的改變，并將改變的數據通過(guò)I2C總線(xiàn)寫(xiě)入I2C總線(xiàn)式的E2PROM AT24CO2記憶。
軟件設計
自動(dòng)增益控制系統控制軟件的基本算法是以幀為單位對采集的數據進(jìn)行處理，對輸入音頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)增益控制范圍或無(wú)信號，衰減量保持不變，對輸入信號最大幅度達到飽和值時(shí)迅速增大信號衰減，對信號進(jìn)行壓縮，當輸入信號變小并持續較長(cháng)一段時(shí)間，便減小信號衰減量，提升信號電壓，提升速度控制不能過(guò)快，以免影響信號本身結構，信號衰減量控制由單片機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(cháng)衰減; B2B1B0為000，音量衰減為0dB，000遞增至111時(shí)，音量以10dB步長(cháng)衰減; L 為0音量打開(kāi)，為1靜音，該系統設為0；C3C2C1C0為0111時(shí)，音調衰減為0dB，0111遞減至0000時(shí)，音調以2dB步長(cháng)衰減，0111遞增至1111時(shí)，音調以2dB步長(cháng)遞增，該系統高、低音均設為衰減為0dB；TDA7315數據寫(xiě)入模式為
程序框圖如圖2所示，初始化時(shí)設定定時(shí)器的初值和音頻信號聲道標識，聲道標識用于指示當前輸入到A/D轉換的是左或右聲道信號; 每次A/D轉換結束，根據當前聲道標識，將測量數據寫(xiě)入相應聲道的RAM區，并使RAM地址加1；聲道轉換，將輸入A/D轉換
的信號通道由當前左聲道轉換到右聲道或由當前右聲道轉換到左聲道，實(shí)現對左右聲道信號的輪流測量；文獻中提出一種按平臺模式設計、適用80C51系列單片機的虛擬I2C總線(xiàn)軟件包，實(shí)現對I2C總線(xiàn)器件的讀寫(xiě)操作。TDA7315/PT2315的控制碼寫(xiě)入，可依TDA7315規約的寫(xiě)入模式直接調用該I2C總線(xiàn)軟件包的數據讀寫(xiě)子程序，實(shí)現對音頻信號衰減量的控制。
結束語(yǔ)
筆者根據設計方案制作了實(shí)際電路，在多個(gè)學(xué)校廣播系統應用，使廣播系統音頻信號不一的現象得到改善，并對音頻信號的動(dòng)態(tài)范圍和頻譜沒(méi)有損傷，效果良好。
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