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数字式音量自动调节文献综述

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学校代码：11517
学 号：200910711134

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING

文献综述

题 目 数字式音量自动调节电路的设计与制作
学生姓名 周静
专业班级 电子科学与技术0941
学 号 200910711134
系 (部） 电气信息工程学院
指导教师（职称) 吕宽州（副教授）
完成时间 2013年3月10日

数字式音量自动调节电路的设计与制作综述

摘要：本文介绍了数字式音量自动调节电路与多种音量调节方式的对比，
各种音量调节方式的优缺点，数字式音量自动调节的电路设计，仿真制作要求和注意事项。
关键词:音量控制/自动增益/自适应调节/多路开关

在本次设计之前查阅了许多相关的资料，包括对音量控制方案的选择与对比、常用电子元器件的参数以及选择的依据，重新复习了电路基础、模拟电子技术、数字电路技术、印刷电路板的制作、焊接、调试等方面的基础知识.目前关于数字式音量自动调节的系统研究，国内外发表的一些相关文献，下面是关于此次设计的一些参考文献:
文献［1］ 介绍了用AT89C51系列单片机控制音量的方法。作者主要从硬件电路、软件设计、性能仿真测试三个方面介绍了基于单片机音量控制的优越性。音量控制的主要硬件部分有：AT89C51的晶振部分、与M62429相关的电路、控制音量必须的按键电路等。程序设计的思路是：根据开机预设衰减值， 用查表法查出衰减数据， 然后把数据发送出去, 发送时先发第一个数据的前 6 位， 再发送另一数据的前 5 位。由于 M62429 的控制范围是 0dB-83dB，在这个范围内, 数字越大, 音量越小。要增加音量， 就要减少用于查表的那个数字。本文将 IXP2350 与前端处理专用芯片结合, 用来构架 IP-DSLAM的硬件平台。用软件、硬件设计基于IXP2350网络处理器的IP—DSLAM，仿真验证了能够正确地、以较小延时实现对64路ADSL数据的线速处理。IXP2350 作为整个 IP-DSLAM的核心部分，通过采用多处理、多线程、分布式缓存等技术,提高了系统处理性能.
本文值得借鉴的地方有：数据面上针对不同功能微模块进行微引擎和线程的划分,使软件功能和硬件结构充分匹配,实现了优化组合。模块化的设计,增强了系统的可移植性和通用性，有利于系统新功能的扩展。程序中控制数据用查表法查得，使之控制方便，容易理解。
文献［2] 本文介绍了基于I2C总线控制的音频处理电路设计。采用CMOS DPDM工艺，设计并实现一高性能音频处理电路芯片，此芯片基于I2C总线控制协议，具有四声道独立立体声选择、输入音量控制、高低音音频信号处理、输出四通道平衡度调整等功能，主要应用在高级音响系统中。该音频处理器芯片接收I2C总线发送的字节，首先识别地址位，在地址位有效的情况下识别控制位，再根据控制位的指令完成通道选择、音量调节、高低音调节、输出通道平衡度等音效处理的控制功能。在此电路结构中首次采用交叉开关实现运放复用，只利用一个运放单元就实现了信号的放大和衰减，减小了版图面积,降低了芯片成本。电路测试结果满足了各功能模块的设计要求.
本文在此详细分析了高性能音频处理器的功能要求,并且根据各功能的要求设计了实现各功能要求的电路结构,设计实现了一款应用于汽车音响及家用娱乐音响系统的音频处理器芯片.该芯片为实现音频处理提供了控制接口，可以通过控制接口实现许多需要的功能控制，操作方便，提高整个音响系统的质量，具有极高的性价比。
文献[3］介绍了基于噪音检测的自适应音量控制系统的研制。本文以AT89S52单片机为控制核心，通过播音判断电路寻找广播间歇时段，实时采集噪声环境内的噪音信号，根据A/D转换后的噪音电平值计算出复杂环境下噪声信号的平均功率；再根据噪声信号的功率大小自适应地控制大厅环境内的广播音量，实现了噪声环境下自适应音量控制系统。该电路的硬件设计主要分为噪音检测电路、播音判断电路、A/D接口与CPU控制电路三部分；软件设计采用C语言编写，通过对单片机编程实现各项功能。
该系统的硬、软件设计简单，应用广泛，性能较好，价格低廉。该系统实现了预期功能,自适应效果良好,性价比较高，对于复杂噪声环境具有较强的适应性.
文献［4] 介绍了基于自动增益控制的声信号处理电路。要对声传感器输出的微弱信号进行采集等工作，必须对输出的微弱信号进行调理，当传感器感知的目标信号距离在变化，目标声音大小也在变化，即传声器接收的信号幅度强弱相差较大时,其放大器的增益必须有自动增益控制功能。针对声传感器输出的微弱声信号，及传感器接收的信号幅度强弱相差较大的情况，设计了基于自动增益控制的声信号处理电路；该自动增益控制采用驻极体电容式传声器,驻极体是一种永久性带电的介电材料，它能把声能或机械能转换成电能，或者将电能转换成机械能或声能，使放大电路的增益能够根据输入信号的大小在较大的范围内进行调节，从而保证了声传感器输出信号的信噪比。
该实验验证了声音信号离传感器越远，传感器的输出信号就越弱;反之，输出信号就越强.通过实验验证和分析，证明此处理电路的可行性、实用性和优越性都比较强。
文献[5] 介绍了CS3310立体声数码音量控制器IC.CS3310是美国石英半导体公司生产的立体声数码音量控制器IC,它不仅可用于电脑控制的多路立体声音响设备实现音量控制,还可用于自动测试设备和工业控制系统实现可编程的电平控制。其最大特点是音量控制范围宽(一95.5dB~+31。5dB)、分辨率高（每级0。5dB）、失真小（失真加噪声小于0001％）、具有静音和输出短路保护功能、可以多只级联用于多通道设备。
CS3310含有两个相同的通道，每个通道由接在输入端的0dB~一95.5dB衰减器和紧接其后的同相放大器组成，该放大器的增益可在0dB~十31。5dB范围内编程,因此音量控制范围是一95。5dB～+31.5dB，总控制量可达127dB.可与多只CS3310级联，具有可实现软件静音功能，可使音量控制更加平稳等优点。
文献［6] 介绍了3G语音链路中自动增益控制模块的实现和改进。针对3G终端通话时语音不够平滑圆润的问题，提出在3G上行和下行语音链路中增加自动增益控制模块。AGC模块通过自适应更新增益值算法能够防止通话过程中的语音幅度过大,从而避免语音数据经过数字增益后发生溢出，同时能对小信号进行有效地放大,对时域语音质量进行均衡,使通话双方感到语音质量自然流畅。本文所述AGC系统对现有AGC系统进行了改进,其主要功能是根据预先设定的门限值，自适应放大采集到的语音信号中弱信号的幅值,并减小强信号的幅值，从而防止通话过程中的语音信号过载，并且不会使语音信号发生非线性失真.
改进后的AGC不仅可以使输出语音的幅值在一个预先规定的范围内，根据预先设定的门限值，放大小信号，限制强信号，防止通话过程中的语音信号过载,同时能避免非线性失真。经过理论评估和实际验证,该模块能够有效地放大小信号，限制强信号，从而增强移动终端通话质量。
文献［7] 介绍了LMCI982数字控制双选择输人立体声音量音调控制电路。LMC1982是一种具有音量、平衡、高低音音调、立体声增强、响度控制和两路立体声输入选择的多功能单片集成电路。这些功能均由三线通讯接口进行数字式控制，该芯片还有两路数字输入，易于与其它音频辅助设备接口。LMC1982线性电平输入信号为（300mv-2v）,其最大增益-0。5dB,电路芯片首次加电时音量在最小位置而音调控制在平坦曲线位置。LMC1982信号通道采用模拟开关和多晶硅电阻网络，可获得低嗓声和低失真的效果。
该电路具有低操声和低失真,具有两路立体声输入和立体声增强、响度补偿功能；40级2dB/级音量衰减器并带有静音功能；独立的左、右音量控制；带有IM总线接口,有串行可编程能力.
文献[8] 介绍了集成多路模拟开关的应用技巧。集成多路模拟开关是自动数据采集、程控增益放大等重要技术领域的常用器件，其实际使用性能的优劣对系统的精度和可靠性有重要影响。本文从应用的角度出发,研究了集成多路模拟开关的应用技巧，并结合实例进行了讨论.这些应用技巧具有较强的针对性和可操作性，对集成多路模拟开关的正确选择与合理使用具有指导意义.集成多路开关主要有“先断后通”和“先通后断"的选择、传输信号输入方式的选择、减小导通电阻的影响、消除抖动引起的误差等需要注意的问题。只有正确选择多路开关的种类，注意多路开关与相关电路的合理搭配与协调，保证各电路单元有合适的工作状态，才能充分发挥多路开关的性能,甚至弥补某些性能指标的欠缺，收到预期的效果。
此外由于多路开关的内部电路相互联系，所以多余的通道可能产生干扰信号，必要时应作适当处理。
文献［9］ 介绍了Altium Designer软件在印刷电路板设计中的应用。总结了如何快速掌握Altium软件的学习方法和技巧.主要有以下几个步骤：创建PCB项目工程文件,创建原理图文件,元器件属性的编辑，编译原理图，PCB文件的创建,电路板布线,制作印刷电路板。该电路的软件制作平台Altium Designer W inter09是当前最流行的电路设计软件之一,由于它在电路设计中的高效性、准确性和可靠性，得到了广泛的应用.
通过此文对印刷电路板的设计和制作有了进一步的了解和掌握，为后期的电路板设计和制作做准备。
文献[10］ 介绍了便携式盒式录音机中的自动音量控制。本文介绍了自动增益控制的必要性、起控点、前延时和后延时等问题,同时简单谈到自动增益控制的几种方式.由于自动增益控制电路是以非线性元件作为控制元件的，所以在利用自动增益控制的录音机录音时，会引起部分的附加失真。另外，由于自动增益控制的引入会使音乐层次受到一定影响.为了适应外界声源强度范围变化大的特点，在强信号情况下不致引起大的失真,而在弱信号作用时又能有足够的录音灵敏度，就必需对自动增益控制电路进行设置.
本文分析了录音机中自动增益控制的重要性，在使用时电路设置对音量有很大的影响,考虑到不同电路的要求不同，所以自动增益控制电路必须要有很强的自适应性。
文献［11] 介绍了集成化触摸式音量调节电路。本文介绍的音量调节电路在内部安装了集成电路,金属触摸点M+或M-平常为零电平，且呈高阻状态,当人体和收音机外壳上的两种金属的接触时，在金属的触摸点上感应产生50Hz的工频电压,从而使收音机音量变大或变小，实现触摸式音量调节.这种新型的音量调节电路使收音机在外壳设计时，占据面板面积的比例极小，使面板设计外观更加美观大方。另外，由于不用电位器，使用周期相应地得到增长。
这种音量调节电路设计思路新颖、操作方便，面积小、使设计美观,且耐用。是高端设计的不错选择。
文献[12] 介绍了数字化音量通道的模拟控制。文提出一种全新概念的音量控制，即用模拟的方法控制数字化的音量通道。利用分压电阻将输人的电压(声音信号)分成10档（也可分为加档)，即将其量化，由模/数转换电路控制多档开关，选择不同的分压比，即得到不同强度的声音信号。其声音通道是数字化的(量化的)，控制由模拟量（可调直流电压)完成。采用两块LM3915级连，形成20级分压控制。分压电阻分别采用等值（均为IK)选取和对数选取两种不同的方式，选用1/8W金属膜高精度电阻。从试听效果看，等值选取在小音量时有跳跃感，在大音量控制不明显，而对数方式则调节自然、平滑，效果极佳。
从电路设计上看，控制电路与信号通道彼此隔离，控制信号为直流电压，可用普通电位器调节电压高低，不会引入附加噪声，无需屏蔽,也不受距离的影响。而且控制电路给出的是开关信号，可以多个通道共用，很容易实现多路控制。对电路稍加改动可实现音调调节、平衡调节等多种功能。此外,音量控制系统有较高的性价比。
文献［13］介绍了一种宽动态音频自动增益控制电路设计.引入一种适合音频动态变化范围的自动增益控制技术,电路采用步进式数字自动增益控制，给出了实用电路的设计思想、电路组成及工作原理,实现了音频宽动态范围输入信号的压缩，满足音频信号不同增益控制的实际需要。对于宽动态范围的输入信号必须采用动态压缩技术，其控制技术主要包括强限幅技术、对数放大技术以及自动增益控制技术三种.本文结合军用无线电通信装备科研需求，介绍了一种实用型、步进式、数字控制的AGC电路，该电路主要用于音频信号功率随时间变化较慢的自动增益控制。电路可对几十微伏到十几伏的输入信号进行动态压缩，输出信号为－5 V～+5 V,数控AGC的调整步长为6 dB，广泛应用于军用设备科研产品中。
该宽动态音频步进式数控AGC电路主要由数字控制衰减器、椭圆低通滤波器、检波及比较器、逻辑控制电路、可逆计数器、放大电路及时钟电路等组成.具有低功耗的特点，能较好的保护电路.
文献[14］ 介绍了汽车音响的自动音量调整电路.该自动音量调整电路是由控制信号产生电路和信号幅度控制电路两大部分组成的。控制信号产生电路又由信号消除电路、平滑电路、峰音防止电路、内部噪声抑制电路等组成的。这个电路中采用传声器来检测环境噪声，传声器检测到的信号包括汽车噪声和从音响扬声器发出的音频信号。采用了信号消除电路，能消除来自扬声器的音频信号，所以这个电路不会受音响自身发出的声音影响，而且，采用通用的传声器检测汽车噪声，所检测噪声的带宽与人耳听觉特性相，所以这个电路的控制效果是平稳而自然的。采用了多个抑制电路，能防止在广播节目或磁带节目的信号间隙产生的峰音，也能防止无线电信号被阻挡变弱所引起的声音波动和内部噪声增大.
有本文知道该自动音量控制电路能适用于各种汽车音响系统,在电流控制电路中还设有延迟电路，能适用于各种不同性能的汽车,所以它是汽车音响系统的一种较实用的伺服电路。
文献［15］ 介绍了数字音量控制。其主要的功能是理想地在输出端输出一个恒定的信号,而不管系统输入端的信号怎样变化。目前自动增益控制电路已经应用于各种设备或系统中，这些设备或系统中输出端信号的大幅度变化可能会导致信息的丢失或系统中不可接受的性能的损失。很多系统采用自动增益控制电路，其输入端信号的振幅可以在很宽的动态范围内变化，自动增益的作用是提供一个相对恒定的输出幅度，从而使电路需要一个较小的动态范围。 从而可以使音量控制更加方便。
以上是主要公开发表的参考文献，这些文献主要从应用、原理、设计、制作、发展等方面对数字式音量调节电路进行研究和探讨。
目前数字化新产品层出不穷，音量调节的方式都有很多,应用的领域更是非常的广泛。目前音量调节的方式主要有三种:电位器调节方式、数字式音量自动调节方式、基于单片机的音量调节方式。其中电位器调节方式容易出现物理磨损，使音量调节结果容易产生误差,越来越不被人们采取；基于单片机的音量调节方式，虽然这种调节方式能够实现软件与硬件的充分匹配,但是系统的延迟误差比较大，且价格比较昂贵.而数字式音量自动调节方式具有反应灵敏、自动控制、抗震动、寿命长的特点，并且电路实现简单实惠,是最理想的音量调节方式
根据这些特点我构思了自己的设计方案，此次设计是基于数字电路基础上，主要应用CMOS管集成芯片进行设计，且输出有电平显示，能清晰知道音量的大小。具体如下：
本课题的电路设计主要由555多谐振荡电路、控制电路、多路模拟开关选通电路、数字显示电路、音量输出电路这五部分组成.电路的工作原理是： 音量输入信号经过电阻分压网络进行多级衰减之后,由控制电路控制多路模拟开关选择一路衰减信号,作为音量输出信号送到蜂鸣器的功率放大电路进行放大,从而实现音量的自动调节,加/减计数器输出的信号经译码器译码后,通过数码管显示出音量的大小.其中控制电路是整个系统的主要部分.
其基本功能是：（1)通过两个按键来控制音量的大小;
（2）音量控制一共分为8档，当按下加键时音量会自动增大,按下减键时音量会自动减小；
（3）当音量增加到最大时，音量会停在最大值,不再变化；同理，当音量减小到最小值时，音量会停在最小值,不再变化；
(4）接通电源的时候音量大小为最小音量状态;
（5）数码管能够实时显示音量的大小；
（6)音量自动增减时，每个音量变化间有3秒的间隔，使能够听清音量的变化.
最后就是具体的电路图连接、调试和电路版图的制作和焊接实物。

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