0 引言
本設(shè)計的基本思路是分兩個系統(tǒng)一通道選擇系統(tǒng)和音量控制系統(tǒng)進行設(shè)計，然后進行整合。這樣分系統(tǒng)的設(shè)計，大大降低了設(shè)計復(fù)雜度，各系統(tǒng)的設(shè)計和修改只影響系統(tǒng)本身，而不會影響其他系統(tǒng)，這樣就使電路有了局部性。系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。
系統(tǒng)的設(shè)計沒有考慮輸入設(shè)備，輸入的音頻信號不予以考慮，默認(rèn)是優(yōu)良的音頻信號；在這里將輸入的8個音頻輸入進行選擇以達到8種音效，我們通過一級放大電路將選擇的音頻送入到音量控制系統(tǒng)，這之間的傳輸采用的是直接耦合，直接連接到了音量控制電路的輸入端，之后進行音量的自由選擇，這樣就實現(xiàn)了音效和音量的控制。
1 通道選擇系統(tǒng)
1．1 系統(tǒng)實現(xiàn)功能
1)對8個通道實行選擇；2)通道選擇用按鍵實現(xiàn)，按一次，通道選擇加1，加至第8通道，再按回到第1通道；3)持續(xù)按下按鍵，每200ms轉(zhuǎn)下一個通道；4)一位LED實現(xiàn)通道選擇的顯示。
1．2 電路總體框圖
1．3 系統(tǒng)工作原理
通道選擇系統(tǒng)由計數(shù)脈沖發(fā)生器、二進制計數(shù)器、數(shù)據(jù)分配器等部分組成。原理圖見附錄圖示。其工作原理如下：555及其外圍電路組成計數(shù)脈沖發(fā)生器，當(dāng)電路接通電源后，它將輸出一連串周期約為200ms的脈沖信號，通過按鈕A1將脈沖信號送入加法計數(shù)器74LS161作為計數(shù)脈沖；計數(shù)器輸出送入作為數(shù)據(jù)分配器使用的74LS138，通過數(shù)字輸出控制“電子開關(guān)”，對與“電子開關(guān)”相連接的各個通道進行選擇輸出；同時計數(shù)器輸出到譯碼顯示電路，進行通道選擇的數(shù)字顯示。按下A1，工作加法計數(shù)狀態(tài)，計數(shù)器輸出按BCD碼依次變?yōu)楦唠娖剑瑪?shù)據(jù)分配器按照計數(shù)器送入的BCD碼分配相應(yīng)的數(shù)據(jù)，控制相應(yīng)“電子開關(guān)”對通道進行選擇，進而實現(xiàn)對通道的數(shù)字控制選擇；同時LED數(shù)碼管顯示所選通道。(例如：按下A1持續(xù)450ms，計數(shù)器記錄為2，相應(yīng)BCD碼為010，送入數(shù)據(jù)分配器，則要分配控制第2通道開啟，選擇第2通道的音頻輸入；LED數(shù)碼管顯示為2)
1．4 各部分電路原理
(1)計數(shù)器電路。74LS161是四位同步加法計數(shù)器，當(dāng)時鐘脈沖信號施加于CP端時，進行加法計數(shù)開始計數(shù)。CO是進位信號輸出端，可供級聯(lián)使用；PE控制P0～P3并行數(shù)據(jù)輸入，Q0～Q3是計數(shù)器狀態(tài)輸出端。
(2)通道選擇電路。74LS138是3-8譯碼器和分配器，當(dāng)E3=1，且E1=E2=0時分配器工作，A0～A3是輸出控制端，Y0～Y7是輸出端。“電子開關(guān)”采用兩支NPN和PNP三極管和前置運放構(gòu)成，由Y0～Y7經(jīng)過反相器74LS04后控制，開關(guān)輸出通過控制各通道經(jīng)過的運算放大電路，進行選擇，如圖3所示。
(3)譯碼顯示電路。74LS248是BCD一七段譯碼器，適用于共陰極管子；OC輸出、有2K上拉電阻、1電平驅(qū)動，A～D是輸入端，a～g是譯碼輸出端。與共陰極數(shù)碼管接線如圖4所示。
(4)脈沖產(chǎn)生電路。555時基電路，又稱為555集成定時器，是一種將模擬功能和邏輯功能巧妙地集成在同一硅片上的新穎線性集成電路，一般采用陶瓷雙列直插封裝形式。在圖6所示的電路中，產(chǎn)生計數(shù)脈沖的555時基電路工作于無穩(wěn)態(tài)(自激多諧振蕩)狀態(tài)，其輸出脈沖信號周期為：T=(R1+2R2)×C2×In2，頻率為其倒數(shù)。由此可見，要改變計數(shù)脈沖的頻率可以通過改變R1、R2和C2的值來實現(xiàn)。
在調(diào)試本電路時，一般在按下按鈕A1，通道變換一次的時間可適當(dāng)改變R1、R2或C2取值來選取。本次采用200ms為周期，可相應(yīng)調(diào)整。(如R1=280kΩ，R2=20kΩ，C2=1μF)振蕩電路構(gòu)成如圖5所示。
2 音量控制系統(tǒng)
2．1 實現(xiàn)功能
1)用兩個按鍵控制音量，一個用于增加音量，一個用于減小音量；2)音量控制分為8檔，每按鍵一下，增加或減小一檔；3)當(dāng)音量增加(減小)到最大(最小)時，繼續(xù)按音量增減開關(guān)無效，即音量被保持，不再繼續(xù)增(減)；4)持續(xù)按下按鍵，每200ms音量變化一檔；5)用一位LED數(shù)碼管顯示音量的大小。
2．2 電路總體原理框圖
2．3 電路工作原理
音量控制系統(tǒng)由計數(shù)脈沖發(fā)生器、雙向移位寄存器、編碼器、可變音頻衰減器和電流-電壓轉(zhuǎn)換器等部分組成(見圖6)。其工作原理如下：555及其外圍電路組成計數(shù)脈沖發(fā)生器(圖5)，當(dāng)電路接通電源后，它將輸出一連串周期約為200ms的脈沖信號，送入寄存器CLK端，作為移位脈沖。兩片74LS194串接成8位雙向移位寄存器，通過74HC148對寄存器輸出進行8-3優(yōu)先編碼，編碼后的輸出分別送入七段譯碼器74LS248和D／A轉(zhuǎn)換器DAC0832。按下A1，工作在加計數(shù)狀態(tài)，寄存器編碼后各位輸出依次變?yōu)楦唠娢唬碊AC0832輸入的數(shù)字量依次增大，從而使DAC0832對輸入音頻信號的衰減減小，達到增大輸出音量的目的，同時LED數(shù)碼管顯示音量，松開按鈕A1后，移位寄存器停止工作，原來的計數(shù)狀態(tài)被鎖定，輸出音量保持不變。按下A2，工作在減計數(shù)狀態(tài)，工作原理與加計數(shù)狀態(tài)相反。DAC0832及其外圍元件組成可變音頻衰減器，其工作原理詳見DAC0832的工作原理。由于DAC0832的模擬輸出量為電流信號，因此電路中接一運算放大器LM081作為電流，電壓轉(zhuǎn)換器，將輸出的模擬電流信號變換為電壓信號輸出。
2．4 各部分電路原理
(1)雙向移位寄存電路。74LS194是4位雙向移位寄存器，當(dāng)脈沖加到CLK端時，進行移位操作，DSR和DSL分別為右移和左移串行數(shù)碼輸入端，Q0～Q7并行數(shù)碼輸出端，S0右移狀態(tài)，S1左移狀態(tài)控制端。級聯(lián)電路如圖7所示。(例如：按下A1寄存電路實現(xiàn)串行右移，按下A2時進行串行左移)
(2)音量控制電路。D／A芯片的功能是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成比例的模擬量，輸出模擬量的大小隨輸入數(shù)字量的不同而變化。 DAC0832是用CMOS工藝集成的8位數(shù)據(jù)輸入D／A芯片，具有20個引腳，其引腳排列如圖11所示，其輸出模擬量可有28=256個不同的等級。 DAC0832輸出與輸入的數(shù)字關(guān)系可以用下式表示：
式中，D0～D7是輸入的二進制數(shù)據(jù)“1”或“0”，VREF為參考電壓，RREF、R0為參考電阻。從上式可見，輸出電壓VOUT隨D0～D7取值不同成比例變化。如果用模擬輸入信號Vi取代參考電壓VREF，則可建立輸出電壓VOUT與模擬輸入信號Vi的比例關(guān)系，且該比例受控于數(shù)字量D0～D7，受控等級達256級，這就是后面介紹的數(shù)字式" title="數(shù)字式">數(shù)字式音量控制電路的依據(jù)。此處只要求8檔，所以只輸入D10～D12。電路連接如圖8。
(3)編碼電路。74HC148是8-3優(yōu)先編碼器，當(dāng)E1=0時編碼器工作，0～7是數(shù)碼輸入端，A1～A2是編碼輸出端，引腳，真值表，如圖9所示。
(4)譯碼及顯示電路。該電路可參照通道數(shù)字選擇系統(tǒng)中的譯碼及顯示電路(如圖4)。
3 總結(jié)
數(shù)字式音響" title="音響">音響控制器" title="控制器">控制器完全是基于數(shù)字、模擬電子技術(shù)的基本知識設(shè)計的，主要采用了組合邏輯電路和時序邏輯電路，采用的元器件也都是平常時常接觸的集成電路。這次設(shè)計中主要選用的都是TTL電路，雖然其功耗大，兼容性不穩(wěn)定，但是應(yīng)用是十分廣泛的。經(jīng)過電路仿真和實物測試，此音響控制器可以廣泛應(yīng)用于數(shù)字音響設(shè)備中。