2014年省电子设计大赛D题.docx

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1、2014年TI杯大学生电子设计竞赛设计报告D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器【本科组】2014年8月D题：带啸叫检测与抑制的音频功率放大器摘要：根据题目的要求，本系统由拾音放大模块、功率放大模块、啸叫检测和抑制模块及电源模块组成，拾音电路采用同相放大器电路，使用基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1来制作功率放大电路；并基于MSP430F149实现程控设置功率放大器的输出功率、实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率、抑制啸叫的功能，最终实现带啸叫检测与抑制的音频功率放大器电路的搭建，该电路不仅能实时显示啸叫频率和功率，还能有效抑制

2、啸叫并保持很高的音频播放质量。一、题目简介1．任务基于TI的功率放大器芯片TPA3112D1，设计并制作一个带啸叫检测与抑制功能的音频放大器，完成对台式麦克风音频信号的放大，通过功率放大电路送喇叭输出。电路示意图如图1所示。2．要求（1）设计并制作图1中所示的“拾音电路”和“功率放大电路”，构成一个基本的音频功率放大器。要求：（25分）a）在输入音频信号有效值为20mV时，功率放大器的最大不失真功率（仅考虑限幅失真）为5W，误差小于10％；b）在输入音频信号有效值为20mV时，程控设置功率放大器的输出功率，功率范围为50mW～5W；c）功率放

3、大器的频率响应范围为200Hz~10kHz。（2）系统采用12V直流单电源供电，所需其他电源应自行制作。（10分）（3）在功率放大器输出功率为5W时，电路整体效率≥80%。（10分）（4）将台式麦克风与喇叭相隔1m背靠背放置，见图2（a），使用电脑播放音乐作为音频信号源。音频功率放大器能通过麦克风采集信号，经功率放大电路送喇叭输出，输出的音频信号清晰。（5分）（5）设计并制作图1所示的啸叫检测电路和啸叫抑制电路，完善音频功率放大器。要求：（15分）a）在不进行啸叫抑制时（图1的选择开关K1连接A端，K2连接C端），将麦克风与喇叭相隔1m面对面

4、放置，见图2（b），从小到大调整功率放大器的输出功率，直到产生啸叫时停止；b）啸叫检测电路能实时监测所产生啸叫，并计算啸叫的频率。实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率；c）启动啸叫抑制电路（图1的选择开关K1连接B端，K2连接D端），音频功率放大器应能有效抑制啸叫，并正常播放音频信号。（6）进一步改进啸叫抑制电路。在保障无啸叫的前提下，尽量提高音频功率放大器的输出功率；如果输出功率达到5W功率，啸叫抑制电路仍能正常工作，进一步缩短面对面放置的麦克风与喇叭之间的距离。（30分）（7）其他。二、系统方案论证根据传统消除啸叫的几种方法，我们拟

5、出以下几个方案。方案一系统框图如图2.1所示，首先拾音电路采用同相放大器进行前置放大，然后功率放大电路使用TI公司的功率放大器芯片TPA3112D1来制作，采用TLV3501制作一个比较器时刻监测拾音电路输出幅值，一旦产生方波就将方波输入MSP430F149来实时显示啸叫频率和相应的功率放大器输出功率，并利用单片机程控设置功率放大器的输出功率，一旦产生啸叫利用破坏幅值条件的原理降低其档位，从而有效抑制啸叫，并保持高质量的音频播放。图2.1方案一系统框图此方案的优点为：利用MSP430F149编程，能够程序控制功率输出功率并能实时显示，灵活性高

6、，啸叫抑制明显，且不影响音频输出质量。此方案的缺点为：抑制电路会影响输出音质的音量。方案二系统框图如图2.2所示，抑制检测电路模块基于FPGA来实现，首先运用FFT算法将时序信号转换成频域信号，再来检测啸叫频率。而且运用信号与系统的原理，程序设置一个数字滤波器，将啸叫所在频率的信号全部衰减掉，从而达到啸叫抑制的目的，拾音电路与功率放大电路与方案一相同。图2.2方案二系统框图此方案优点为：通过程序检测与抑制啸叫，稳定性强，灵活性高。此方案缺点为：播放出来的音频信号会有较大失真。方案三系统框图如图2.3所示：用MSP430F149单片机与电压比较

7、器相结合测出啸叫时的频率，运用MAX262程控滤波器来设置并滤掉啸叫时的信号。同样，拾音电路和功率放大电路与方案一相同图2.3方案三系统框图此方案优点为：既具有程序的灵活性，对程序的编程要求也不很高，也能很好的实现要求。此方案的缺点为：对输出音频的音质有严重失真。方案四为：采用带有语音活动性检测VAD的谱减法消除噪声，并用基于两矢量夹角法双向通话检测器DTD的仿射投影法APA对回声自适应进行估计，提出了一种回声抵消和北京噪声消除的方法。此方案优点为：能有效地消除背景噪声，收敛速度快。此方案的缺点为：对音频的质量有损失。综合上述四种方案，并结合

8、题目要求和实际电路实现，我们采用方案一，因为方案一不仅能实时显示频率和功率、程控输出功率，还能有效抑制啸叫，达到高质量的放音。这是其余三种方案都无法达到的。三、理论