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1、本科生毕业（设计）论文基于BLUETOOTH控制下的AC-3系统的研究系 别： 电子信息工程系 专 业： 通信工程 学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的设计（论文）是本人在指导老师的指导下独立进行研究，所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。学位论文作者签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交
2、论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西蓝天学院可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保 密 ， 在 年解密后适用本授权书。不保密 。（请在以上相应方框内打“” ）学位论文作者签名（手写）： 指导老师签名（手写）： 签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日摘要摘要应该对论文进行概括.（Dolby Digital AC-3）是杜比公司开发的新一代家庭影院多声道数字音频系统。建议删去AC（Audio Coding）指的是删去数字音频编码，它抛弃了模拟技术，采用的是全新的数字技术。杜比数字AC-
3、3是根据感觉来开发的编码系统多声道环绕声。它将每一种声音的频率根据人耳的听觉特性区分为许多窄小频段，在编码过程中再根据音响心理学的原理进行分析，保留有效的音频，删除多作的信号和各种噪声频率，使重现的声音更加纯净，分离度极高。 满足了现代人对听觉水平越来越高的要求，使得一些场景如爆炸、撞击声等的效果更好。将蓝牙技术引入到AC-3系统的研究当中，解决了许多年轻人因为MP4无法实现音响的震撼效果，同时利用网络资源下载至手机上解决音乐资源匮乏的困难，还可以利用手机实现音响的遥控功能增加:本文就 高品质音频功率放大器在蓝牙技术作用下的海量利用网络资源,实现音乐播放的极大享受。关键词：AC-3； 蓝牙；
4、遥控； 音响目 录第一章 绪论1.1 系统设计的目的与思想 1.2 杜比数字AC-3简介1.3 蓝牙技术的起源与应用第二章 模块设计2.1 电源模块 2.1.1 LM317简介 2.1.2 电路工作原理2.2 集成功放模块 2.2.1 TDA2030中文资料 2.2.2 TDA2030工作原理 2.2.3 TDA2030电路特点2.3 丽音系统2.4 蓝牙串口通讯模块 2.4.1 模块简介 2.4.2 模块应用第三章 电路设计 3.1 典型应用电路3.2 双电源音频功率放大器原理图3.3 双电源音频功率放大器PCB图第四章 电路制作与调试4.1 利用PCB制作电路板4.2 装配与调试总 结参考
5、文献（References）致 谢第一章 绪 论介绍关于音响、AC3、蓝牙技术已有的世界研究成果、思想、预测、方向1.1 系统设计的目的与思想本课题实现通过蓝牙通信技术使用移动手机对HI-FI功率音响进行遥控，解决许多年轻人因为MP4无法实现音响的震撼效果，同时利用网络资源下载至手机上解决音乐资源匮乏的困难，还可以利用手机实现音响的遥控功能。下图为系统的设计框图： 音频信号接收音频信号发送手机MP4蓝牙模块前置放大级音调控制级功率放大级负载自制直流可调稳压电源图1 系统设计框图1.2 杜比数字AC-3简介 （Dolby Digital AC-3）是杜比公司开发的新一代家庭影院多声道数字音频系统
6、。杜比定向逻辑系统是一个模拟系统。它的四个声道是从编码后的两个声道分解出来的，因此难免有分离度不佳、信噪比不高，对环绕声缺乏立体感，并且环绕声的频带窄等缺点。AC（Audio Coding）指的是数字音频编码，它抛弃了模拟技术，采用的是全新的数字技术。 杜比数字AC-3提供的环绕声系统由五个全频域声道加一个超低音声道组成，所以被称作5.1个声道。五个声道包括前置的左声道、中置声道、右声道、后置的左环绕声道和右环绕声道。这些声道的频率范围均为全频域响应3-20000Hz。第六个声道也就是超低音声道包含了一些额外的低音信息，使得一些场景如爆炸、撞击声等的效果更好。由于这个声道的频率响应为3-120
7、Hz，所以称.1声道。 杜比数字AC-3是根据感觉来开发的编码系统多声道环绕声。它将每一种声音的频率根据人耳的听觉特性区分为许多窄小频段，在编码过程中再根据音响心理学的原理进行分析，保留有效的音频，删除多作的信号和各种噪声频率，使重现的声音更加纯净，分离度极高。 杜比数字AC-3系统可用前置的左、右音箱，中置音箱产生极有深度感和定位明确的音场，用两个后置或侧置的环绕音箱和超低音箱表现宽广壮阔的音场，而六个声道的信息在制作和还原过程中全部数字化，信息损失的很少。全频段的细节十分丰富，具有真正的立体声。 杜比数字AC-3具有很好的兼容性，它除了可执行自身的解码外，还可以为杜比定向逻辑解码服务。因此
8、，目前已生产的杜比定向逻辑影视软件都可以使用杜比数字AC-3系统重现。由于杜比数字AC-3系统的编码非常灵活，所以它的格式很多。目前它已被美国采用作为高清晰电视（HDTV）音频系统，最新DVD机也包含杜比数字AC-3。因此杜比AC-3环绕声系统可能是极有发展前途的技术。 AC-3发展当初是为了应用在电影院上的,AC-3音效因为胶卷的空间实在有限,所以AC-3音效的资料是存放在胶卷上,齿孔与齿孔的中间,这部分的空间实在太小了,所以杜比的工程师只好将他们认为人耳听不到的地方加以删除,藉以节省空间,这种破坏性的压缩还是会造成失真的,但是为了迁就原有器材上的限制,这也是逼不得已的做法。 AC-3采用6
9、只喇叭模式,除了超重低音部分外,其馀皆是全频段Stereo声道,48KHz,16bit,且现场拍摄时每个声道皆是独立麦克风来录制,所以AC-3的後环绕声道拥有完整的定位能力。 AC-3资料的流量,两声道是192Kbps,大约是未压缩资料的8分之一大小,5.1声道的流量是384Kbps448Kbps,最高可提升到640Kbps,越大的资料流量代表越小的压缩比例,音质相对的会更好,可听到的细节也会多,但Dolby AC-3将S/N比控制的很好,所以影响的重点就是可听到的细节多寡与否了。 1.3 蓝牙的起源与应用蓝牙起源： 蓝牙这个名称来自于第十世纪的一位丹麦国王 Harald Blatand ,
10、Blatand 在英文里的意思可以被解释为 Bluetooth( 蓝牙 )因为国王喜欢吃蓝梅，牙龈每天都是蓝色的所以叫蓝牙。在行业协会筹备阶段，需要一个极具有表现力的名字来命名这项高新技术。行业组织人员，在经过一夜关于欧洲历史和未来无限技术发展的讨论后，有些人认为用Blatand国王的名字命名再合适不过了。Blatand国王将现在的挪威，瑞典和丹麦统一起来；他的口齿伶俐,善于交际,就如同这项即将面世的技术，技术将被定义为允许不同工业领域之间的协调工作，保持着个各系统领域之间的良好交流，例如计算机，手机和汽车行业之间的工作。名字于是就这么定下来了。 蓝牙的创始人是瑞典爱立信公司，爱立信早在199
11、4年就已进行研发。1997年，爱立信与其他设备生产商联系，并激发了他们对该项技术的浓厚兴趣。 1998年2月，5个跨国大公司，包括爱立信、诺基亚、IBM、东芝及Intel组成了一个特殊兴趣小组（SIG），他们共同的目标是建立一个全球性的小范围无线通信技术，即现在的蓝牙。 而蓝牙这个标志的设计：它取自 Harald Bluetooth 名字中的H和B两个字母，用古北欧字母来表示，将这两者结合起来，就成为了蓝牙的 logo，如图2所示。图2 蓝牙标志蓝牙的应用：蓝牙技术现在被广泛的应用于居家、工作以及娱乐当中。人们可以免除居家办公电缆缠绕的苦恼。鼠标、键盘、打印机、膝上型计算机、耳机和扬声器等均可
12、以在 PC 环境中无线使用，这不但增加了办公区域的美感，还为室内装饰提供了更多创意和自由。此外，通过在移动设备和家用 PC 之间同步联系人和日历信息，用户可以随时随地存取最新的信息。 Bluetooth 设备不仅可以使居家办公更加轻松，还能使家庭娱乐更加便利：现在您不必撇开客人，单独离开去选择音乐。用户可以在10m以内无线控制存储在 PC 或 Apple iPod 上的音频文件。Bluetooth 技术还可以用在适配器中，允许人们从相机、手机、膝上型计算机向电视发送照片与朋友分享。第二章 模块设计2.1 电源模块2.1.1 LM317简介：功能块结构图：图3 LM317功能结构图引脚定义：1脚
13、调整端2脚输出端3脚输入端LM317作为输出电压可变的集成三端稳压块，是一种使用方便、应用广泛的集成稳压块。稳压电源的输出电压可用Vo1.25（1R2/R1）来计算。仅仅从公式本身看，R1、R2的电阻值可以随意设定。然而作为稳压电源的输出电压计算公式，R1和R2的阻值是不能随意设定的。 首先LM317稳压块的输出电压变化范围是Vo1.25V37V，所以R2/R1的比值范围只能是028.6。 其次是LM317稳压块都有一个最小稳定工作电流，也称为最小输出电流或最小泄放电流。最小稳定工作电流的值一般为1.5mA。由于LM317稳压块的生产厂家不同、型号不同，其最小稳定工作电流也不相同，但一般不大于
14、5mA。当LM317稳压块的输出电流小于其最小稳定工作电流时，LM317稳压块就不能正常工作。当LM317稳压块的输出电流大于其最小稳定工作电流时，LM317稳压块就可以输出稳定的直流电压。如果用LM317稳压块制作稳压电源时，没有注意LM317稳压块的最小稳定工作电流，那么制作的稳压电源输出的有载电压和空载电压差别较大。 在设计中，为了电路的稳定工作，接了二极管作为保护电路，防止电路中的电容放电时的高压把LM317烧坏。 几种封装的引脚识别图: 图4 LM317几种封装的引脚识别图为了解决317稳压块最小稳定工作电流的问题，本设计通过设定R1和R2阻值的大小，而使317稳压块空载时输出的电流
15、大于或等于其最小稳定工作电流，从而保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。此时，只要保证Vo/（R1R2）1.5mA，就可以保证317稳压块在空载时能够稳定地工作。上式中的1.5mA为317稳压块的最小稳定工作电流。当然，只要能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作，Vo/（R1R2）的值也可以设定为大于1.5mA的任意值。 经计算可知R1的最大取值为R10.83K。又因为R2/R1的最大值为28.6。所以R2的最大取值为R223.74K。在使用317稳压块的输出电压计算公式计算其输出电压时，必须保证R10.83K，R223.74K两个不等式同时成立，才能保证317稳压块在空载时能够稳定地工作
16、。 2.1.2 电路工作原理LM317的实际应用电路如图所示：图5 小功率直流稳压电源 工作原理：220V市电经变压器变压（降压）、二极管桥式整流、电容C2滤波后送入LM317第脚，第脚输出稳定的直流电压。第脚为调整端。调整端与输出端之间为1.25V的基准电压。为了保证稳压器的输出性能，R2阻值应小于240，为了使输出电压可调，调整端与地之间接可变电阻R3，改变R3阻值可改变输出电压，输出电压计算公式为。C1用于滤除由市电引入的高频干扰，选用瓷介电容器。C2（1000uF）组成电容滤波电路。C3（10uF）用于滤除旁路基准电压的纹波电压。提高稳压电源的纹波抑制性能。在使用中，若负载500500
17、0pF的容性负载，稳压器的输出端会发生自激现象。电解电容器C4（200uF）正是为此而设，再则可进一步改善输出电压的纹波。VD5、VD6是保护二极管，若输入端发生短路，C4的放电电流会反向流经LM317，有可能被冲击损坏。VD5的接入可旁路反向冲击电流，使LM317得到保护。同理若输出端短路，C3上的放电电流被VD6短路起到保护作用。图中的R1与VD7为工作指示，当电源线插上市电插座后，若电压、整流、滤波、稳压正常时，发光二极管VD7发光，R2为VD7的限流电阻。2.2 集成功放模块 2.2.1 TDA2030简介功能块结构图图6 TDA2030功能块结构图引脚定义：1脚为同相输入端；2脚为反
18、相输入端；3脚为电源负；4脚为输出端；5脚为电源正。TDA2030A是德律风根生产的音频功放电路，采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图1所示，按引脚的形状引可分为H型和V型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。 TDA 2030 是一块性能十分优良的功率放大集成电路，其主要特点是上升速率高、瞬态互调失真小，在目前流行的数十种功率放大集成电路中，规定瞬态互调失真指标的仅有包括T
19、DA 2030 在内的几种。我们知道，瞬态互调失真是决定放大器品质的重要因素，该集成功放的一个重要优点。TDA2030 集成电路的另一特点是输出功率大，而保护性能以较完善。根据掌握的资料，在各国生产的单片集成电路中，输出功率最大的不过20W，而TDA 2030的输出功率却能达18W，若使用两块电路组成BTL电路，输出功率可增至35W。另一方面，大功率集成块由于所用电源电压高、输出电流大，在使用中稍有不慎往往致使损坏。然而在TDA 2030集成电路中，设计了较为完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，集成块能自动地减流或截止，使自己得到保护（当然这保护是有条件的，我们决不能因为有保护功能而不
20、适当地进行使用）。TDA2030 集成电路的第三个特点是外围电路简单，使用方便。在现有的各种功率集成电路中，它的管脚属于最少的一类，总共才5端，外型如同塑封大功率管，这就给使用带来不少方便。TDA2030 在电源电压14V，负载电阻为4时输出14瓦功率（失真度05）；在电源电压 16V，负载电阻为4时输出18瓦功率（失真度05）。输出功率：10 20W（额定功率）；频率响应：20Hz 100kHz（3dB）谐波失真：1 (10W,30Hz20kHz）；输出阻抗：0.16;输入灵敏度：600mV（1000Hz，额定输出时）2.2.2 TDA2030工作原理 功率放大电路如下图所示：图7 BTL功
21、率放大电路BTL电路它是在OTL电路和OCL电路的基础上发展起来的新型功率放大电路，其工作原理如下： 图8 双端推挽放大电路 BTL电路属于双端推挽放大电路，它由四管组成电桥电路，图中对角管同时导通，互为推挽。负载上输出正负半周波形。BTL电路可以采用单电源供电，且不需要输出电容，这不仅克服了输出电容的影响，也免除了两组电压对称性的苛刻要求。BTL的两组对角管轮流导通，互为推挽，在每个信号半周内能利用全部电源电压（除去饱和压降），同单端电路相比，在相同电源电压和相同负载时，前者的输出功率为后者的4倍；换言之，如果负载和输出功率相同，BTL电路对所用的晶体管的耐压要求可比单端电路降低一半，因此，
22、它有易于输出大功率而不损坏输出管的优点。目前常见的BTL电路大多是由两个独立的单端推挽电路拼合而成（多见于集成电路），其信号分相是先将信号送入第一个单端电路，放大后经电阻分压再送到第二个单端电路，这样不仅会把单端电路的缺陷带入放大器，而且还会将第一个单端电路的畸变信号经过第二个单端电路放大而进一步加重，因此其特性必然不好。由BTL的工作原理及特点可知，要满足输出功率为50W的要求，可用两个LM1875组成BTL电路，要想获得好的输出特性，关键是要获得BTL电路所需的两个大小相等，相位相反的音频信号。通过查询资料知，可以用一个倒相电路来提供此信号。如下图所示： 图9 倒相电路 图中VT组成的单管
23、放大电路没有电压放大作用，它采用分压式偏置供给VT关静态工作电流，从集电极和发射极输出的音频信号大小分别为IcRc和IeRe，由于IcIe，Rc=Re，所以两路的信号大小相等而极性相反，可将它们分别通过电容耦合到BTL 电路的两个同乡相输入端。元件参数的计算与选取（1）反馈网络电阻值的选取 LM1875的增益为26dB，即有：所以有： ，通常取=1K左右， 则=20K。（2）隔直电容，应满足在下限频率上（）的容抗远小于R1，取=10。电源旁路电容：， 2.2.3 TDA2030 电路特点：1.外接元件非常少。2.输出功率大，Po=18W(RL=4)。3.采用超小型封装（TO-220）,可提高组
24、装密度。4.开机冲击极小。5.内含各种保护电路，因此工作安全可靠。主要保护电路有：短路保护、热保护、地线偶然开路、电源极性反接（Vsmax=12V）以及负载泄放电压反冲等。 6.TDA2030A能在最低6V最高22V的电压下工作在19V、8阻抗时能够输出16W的有效功率，THD0.1%。 7.TDA2030A具有负载泄放电压反冲保护电路，如果电源电压峰值电压40V的话，那么在5脚与电源之间必须插入LC滤波器，以保证5脚上的脉冲串维持在规定的幅度内。 8.热保护：限热保护有以下优点，能够容易承受输出的过载（甚至是长时间的），或者环境温度超过时均起保护作用。 9.与普通电路相比较，散热片可以有更小
25、的安全系数。万一结温超过时，也不会对器件有所损害，如果发生这种情况，Po=（当然还有Ptot）和Io就被减少。 10.印刷电路板设计时必须较好的考虑地线与输出的去耦，因为这些线路有大的电流通过。11.装配时散热片与之间不需要绝缘，引线长度应尽可能短，焊接温度不得超过260，12秒。 2.3 丽音系统音调控制器主要是控制，调节音响放大器的幅频特性，他只对低频与高频的增益进行提升与衰减，中音频的增益保持0dB 不变。因此，音调控制器的电路可以由低通滤波器和高通滤波器构成。由运算放大器构成的音调控制器，电路调节简单，元器件少，因此，我们选用这种电路形式。图10 音调控制级电路图图中，电位器用来调节音
26、量的大小，即为音量控制电路。设电容C31=C32 C33，在中，底音频区，C33可视为开路，在中，高音频区，C31，C32可视为短路。工作状态及元件参数计算：第一：低频时的情况：低频提升与衰减，电路图如下图11( a )和图11（b）所示： 图11 低频提升与衰减电路增益为：A（j）=-(RP31+R32)/R31*1+(j)/2/1+(j)/1式中：1=1/（RP31*C32）， 2=（RP31+R32）/（RP31*R32*C32）当f5ms to cause a reset12VCC 3.3VIntegrated 3.3V (+) supply with On-chip linear r
27、egulator output within 3.15-3.3V13GNDVSSGround 14AIO2Bi-DirectionalProgrammable input/output line15USB_DNBi-DirectionalUSB-16SPI_CSBCMOS input with weakInternal pull-upChip select for serial peripheral interface, active low17SPI_MOSICMOS input with weakInternal pull-downSerial peripheral interface d
28、ata input18SPI_MISOCMOS input with weakInternal pull-downSerial peripheral interface data Output19SPI_CLKCMOS input with weakInternal pull-downSerial peripheral interface clock20USB_DPBi-DirectionalUSB +21GNDVSSGround pot22GNDVSSGround pot23PIO0Bi-Directional RX ENProgrammable input/output line, con
29、trol output for LNA(if fitted)24PIO1Bi-Directional TX ENProgrammable input/output line, control output for PA(if fitted)25PIO2Bi-DirectionalProgrammable input/output line26PIO3Bi-DirectionalProgrammable input/output line27PIO4Bi-DirectionalProgrammable input/output line28PIO5Bi-DirectionalProgrammab
30、le input/output line29PIO6Bi-DirectionalProgrammable input/output line30PIO7Bi-DirectionalProgrammable input/output line31PIO8Bi-DirectionalProgrammable input/output line32PIO9Bi-DirectionalProgrammable input/output line33PIO10Bi-DirectionalProgrammable input/output line34PIO11Bi-DirectionalProgramm
31、able input/output line模块尺寸：图16 模块尺寸PCB封装尺寸：图17 PCB封装尺寸2.4.2 模块应用 接口规范名 称HHW-B10型嵌入式近距离、多通道广播蓝牙串口通讯模块电 源供电范围：+2.7V+3.6V；正常供电：+3.3V；工作电流：I 100 mA主机接口UART串口（CMOS、TTL电平）接口信号RX、TX、RTS、CTS、GND（支持硬件流控制传输） 通道切换：HHW-B10具有多从（SLAVE）实体结构，可同时与7个远程具有SPP协议的不同蓝牙主设备（MASTER）建立连接(由主设备发起查询与连接)，形成7条透明的蓝牙串行通道，用户可以通过 HHW-
32、B10物理串口（RX、TX、RST、CTS）向7个远程蓝牙设备同时广播数据。 PIO5置高电平1，物理串口切换到B通道（ RXB、TXB ），模块转 入AT命令响应状态；在AT命令响应状态，用户可向模块发送AT+RECV=n指令（n ：17），可以选定接收17号远程主蓝牙设备串口数据。 PIO5置低电平0，物理串口切换到A通道（ RXA、TXA ），模块转入正常工作状态；指示灯功能说明： PI08功能脚输出高电平点亮LED，指示模块工作状态。LED状态指示： .准备状态 - 闪烁周期： 2000毫秒 点亮：1000毫秒熄灭：1000毫秒 .连接成功状态 - 闪烁周期： 2300毫秒 点亮：100毫秒熄灭：100毫秒点亮：100毫秒熄灭：2000毫秒 .数据发送状态 - 闪烁周期： 200毫秒 点亮：100毫秒熄灭：100毫秒 AT命令响应状态- 闪烁周期： 2200毫秒（PIO8、PIO9同时闪烁）点亮：200毫秒熄灭：2000毫秒连接成功状态输出： PI19输出高电平，指示HHW-B10模块至少已与一台远程蓝牙设备建立连接。基本操作流程：置PI05高电平，模块进入命令响应模式在AT命令响应状态，通过AT指令设置符合用户应用需求的各种控制与连接参数置PI05低电平模式进入正常工作状态，等待远程蓝牙主设备发动查询与连接上电图18 蓝牙模块操作流程第三
