CN112804619B - 一种用于dsp有源音箱的自动压缩限幅电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，本发明的电路包括音频信号放大电路模块、音频信号压缩电路模块、AD转换模块、DSP信号处理模块、DA转换模块和MCU模块。本发明基于DSP对音频信号进行数字化处理，根据不同级别的音频信号输出相应的控制策略，并通过MCU控制实施相应的处理过程，本发明简单，易于实现，且控制精度高。

Description

一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路
技术领域
本发明音频控制技术领域，具体涉及一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路。
背景技术
在音频应用中，音频信号恒定是非常重要的。在大功率的扩声系统中，音频信号过大会导致无声音输出甚至烧毁功放或者扬声器。市场上此应用大多数使用简单的硬件电路搭建，压缩效果不理想，信号失真。
发明内容
为了解决现有音频信号过大会烧毁后级功放和扬声器等设备的问题，本发明提供了一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路。本发明基于DSP对音频信号进行数字化处理，根据不同级别的音频信号输出相应的控制策略，并通过MCU控制实施相应的处理过程，本发明简单，易于实现，且控制精度高。
本发明通过下述技术方案实现：
一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，包括音频信号放大电路模块、音频信号压缩电路模块、AD转换模块、DSP信号处理模块、DA转换模块和MCU模块；
其中，音频信号经所述音频信号放大电路模块放大处理之后输入到所述AD转换模块，
所述AD转换模块将输入的音频模拟信号转换为音频数字信号并将数字信号输入DSP信号处理模块；
所述DSP信号处理模块用于对输入的音频数字信号进行处理，并根据处理结果输出控制信号给所述MCU模块；
所述MCU模块根据接收到的控制信号控制所述音频信号压缩电路模块是否对音频信号进行压缩限幅处理；
所述DSP信号处理模块还用于将输入的音频数字信号发送给所述DA转换模块；
所述DA转换模块用于将接收的音频数字信号进行转换得到音频模拟信号。
优选的，本发明的DSP信号处理模块对输入的音频数字信号进行处理具体过程为：
当输入的音频数字信号不超过第一幅度阈值时，则该音频信号不进行压缩限幅处理，则所述DSP信号处理模块将该数字音频信号发送给所述DA转换模块进行转换并直接输出；
当输入的音频数字信号在第一幅度阈值和第二幅度阈值时，则该音频信号需要进行压缩限幅处理，所述DSP信号处理模块将该数字音频信号发送给所述DA转换模块进行转换得到音频模拟信号，所述DA转换模块将该音频模拟信号发送给所述音频信号压缩电路模块作为所述音频信号压缩电路模块的输入信号；所述DSP信号处理模块还输出控制信号给所述MCU模块用于控制所述音频信号压缩电路模块对输入信号进行压缩限幅处理之后再输出信号；
当输入的音频数字信号超过第二幅度阈值时，则该音频信号已严重失真，则所述DSP输出失真信号给所述MCU模块，所述MCU模块检测到该失真信号生成关断信号，控制后级功放关闭。
本发明还能够可视化显示音频信号状态，便于相关人员能够及时应对紧急情况。
优选的，本发明的电路还包括压缩信号指示电路模块；
所述压缩信号指示电路模块与所述MCU模块通信连接，用于根据MCU模块输出的控制信号进行指示。
优选的，本发明当音频信号不需要压缩限幅时，则所述MCU模块输出控制信号控制所述压缩信号指示电路模块中的指示灯显示为绿色。
优选的，本发明当音频信号需要压缩限幅时，则所述MCU模块输出控制信号控制所述压缩信号指示电路模块中的指示灯显示黄色。
优选的，本发明当音频信号严重失真时，则所述MCU模块输出控制信号控制所述压缩信号指示电路模块中的指示灯显示红色。
本发明通过设置包括运放和光耦合器的音频信号压缩电路模块，实现自适应调节输出信号幅度的大小。
优选的，本发明的音频信号压缩电路模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和光耦合器；
输入信号依次经过隔直电容E1和电阻R1输入到所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的正相输入端接地；
所述第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2、所述第一运算放大器的输出端均与所述光耦合器的输出侧的一端连接，所述光耦合器的输出侧的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；
所述电阻R2两端并联有电容C1；
所述光耦合器的输入侧一端接地，所述光耦合器的输入侧另一端通过电阻R7与二极管D2的负端连接，所述二极管D2的正端通过电阻R6接地，所述电阻R6的两端并联有隔离电容E3，所述二极管D2的正端通过电阻R5与二极管D1的负端连接，所述二极管D1的正端与第二运算放大器的输出端连接；
所述第二运算放大器的输出端通过电阻R4与所述运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端接地；
所述第二运算放大器的反相输入端依次通过电阻R3和隔离电容E3与所述第一运算放大器的输出端连接，且所示第一运算放大器的输出端是音频信号输出端。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明基于DSP和MCU能够快速准确的实现音频信号的自适应处理，能够有效解决现有的音频信号过大导致后级功放和扬声器等设备不必要的损害的问题。同时，本发明采用数字化处理判断，并结合自适应控制策略实现音频信号的压缩处理，提高了压缩效果，且保证了信号的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的电路原理框图。
图2为本发明的音频信号压缩电路模块结构示意图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
相较于现有仅采用硬件电路来对音频信号进行压缩处理的技术，存在压缩效果不理想，信号失真的问题，本实施例提出了一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路。
具体如图1所示，本实施例的电路包括音频信号放大电路模块、音频信号压缩电路模块、AD转换模块、DSP信号处理模块、DA转换模块、MCU模块和压缩信号指示电路模块；
其中，音频信号经音频信号放大电路模块放大处理之后输入到AD转换模块，
AD转换模块将输入的音频模拟信号转换为音频数字信号并将数字信号输入DSP信号处理模块；
DSP信号处理模块用于对输入的音频数字信号进行处理，并根据处理结果输出控制信号给MCU模块；
MCU模块根据接收到的控制信号控制音频信号压缩电路模块是否对音频信号进行压缩限幅处理；
DSP信号处理模块还用于将输入的音频数字信号发送给DA转换模块；
DA转换模块用于将接收的音频数字信号进行转换得到音频模拟信号；
压缩信号指示电路模块与MCU模块通信连接，用于根据MCU模块输出的控制信号进行指示。
本实施例的DSP信号处理模块对输入的音频数字信号进行处理具体过程为：
当输入的音频数字信号不超过第一幅度阈值时，则该音频信号不进行压缩限幅处理，则DSP信号处理模块将该数字音频信号发送给DA转换模块进行转换并直接输出；
当输入的音频数字信号在第一幅度阈值和第二幅度阈值时，则该音频信号需要进行压缩限幅处理，DSP信号处理模块将该数字音频信号发送给DA转换模块进行转换得到音频模拟信号，DA转换模块将该音频模拟信号发送给音频信号压缩电路模块作为音频信号压缩电路模块的输入信号；DSP信号处理模块还输出控制信号给MCU模块用于控制音频信号压缩电路模块对输入信号进行压缩限幅处理之后再输出信号；
当输入的音频数字信号超过第二幅度阈值时，则该音频信号已严重失真，则DSP输出失真信号给MCU模块，MCU模块检测到该失真信号生成关断信号，控制后级功放关闭。
本实施例通过压缩信号指示电路模块可视化显示音频信号状态，便于相关人员能够及时应对紧急情况，具体为：
当音频信号不需要压缩限幅时，则MCU模块输出控制信号控制压缩信号指示电路模块中的指示灯显示为绿色。
当音频信号需要压缩限幅时，则MCU模块输出控制信号控制压缩信号指示电路模块中的指示灯显示黄色。
当音频信号严重失真时，则MCU模块输出控制信号控制压缩信号指示电路模块中的指示灯显示红色。
本实施例通过设置包括运放和光耦合器的音频信号压缩电路模块，实现自适应调节输出信号幅度的大小。
具体如图2所示，本实施例的音频信号压缩电路模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和光耦合器；
输入信号依次经过隔直电容E1和电阻R1输入到第一运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的正相输入端接地；
第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2、第一运算放大器的输出端均与光耦合器的输出侧的一端连接，光耦合器的输出侧的另一端与第一运算放大器的反相输入端连接；
电阻R2两端并联有电容C1；
光耦合器的输入侧一端接地，光耦合器的输入侧另一端通过电阻R7与二极管D2的负端连接，二极管D2的正端通过电阻R6接地，电阻R6的两端并联有隔离电容E3，二极管D2的正端通过电阻R5与二极管D1的负端连接，二极管D1的正端与第二运算放大器的输出端连接；
第二运算放大器的输出端通过电阻R4与运算放大器的反相输入端，第二运算放大器的正相输入端接地；
第二运算放大器的反相输入端依次通过电阻R3和隔离电容E3与第一运算放大器的输出端连接，且所示第一运算放大器的输出端是音频信号输出端。
本实施例的音频信号压缩电路模块工作原理为：音频输入信号经放大后，一路直接输出，另一路加到反馈电路中，经反馈放大输出到运放U1B的输出端，经过D1，D2整流到线性光耦N1的发光二极管的正端，当线性光耦发光二极管测的电流线性变化时，线性光耦N1也随之线性变化，从而达到调节输出信号幅度大小的目的。
本发明电路简单，易于实现，在大功率应用中输入信号超过范围时直接关断功放，起到了保护后级功放和扬声器的作用。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，其特征在于，包括音频信号放大电路模块、音频信号压缩电路模块、AD转换模块、DSP信号处理模块、DA转换模块和MCU模块；
其中，音频信号经所述音频信号放大电路模块放大处理之后输入到所述AD转换模块，
所述AD转换模块将输入的音频模拟信号转换为音频数字信号并将数字信号输入DSP信号处理模块；
所述DSP信号处理模块用于对输入的音频数字信号进行处理，并根据处理结果输出控制信号给所述MCU模块；
所述MCU模块根据接收到的控制信号控制所述音频信号压缩电路模块是否对音频信号进行压缩限幅处理；
所述DSP信号处理模块还用于将输入的音频数字信号发送给所述DA转换模块；
所述DA转换模块用于将接收的音频数字信号进行转换得到音频模拟信号；
所述音频信号压缩电路模块包括第一运算放大器、第二运算放大器和光耦合器；
输入信号依次经过隔直电容E1和电阻R1输入到所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器的正相输入端接地；
所述第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2、所述第一运算放大器的输出端均与所述光耦合器的输出侧的一端连接，所述光耦合器的输出侧的另一端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；
所述电阻R2两端并联有电容C1；
所述光耦合器的输入侧一端接地，所述光耦合器的输入侧另一端通过电阻R7与二极管D2的负端连接，所述二极管D2的正端通过电阻R6接地，所述电阻R6的两端并联有隔离电容E3，所述二极管D2的正端通过电阻R5与二极管D1的负端连接，所述二极管D1的正端与第二运算放大器的输出端连接；
所述第二运算放大器的输出端通过电阻R4与所述运算放大器的反相输入端，所述第二运算放大器的正相输入端接地；
所述第二运算放大器的反相输入端依次通过电阻R3和隔离电容E3与所述第一运算放大器的输出端连接，且所示第一运算放大器的输出端是音频信号输出端。
2.根据权利要求1所述的一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，其特征在于，所述DSP信号处理模块对输入的音频数字信号进行处理具体过程为：
当输入的音频数字信号不超过第一幅度阈值时，则该音频信号不进行压缩限幅处理，则所述DSP信号处理模块将该数字音频信号发送给所述DA转换模块进行转换并直接输出；
当输入的音频数字信号在第一幅度阈值和第二幅度阈值时，则该音频信号需要进行压缩限幅处理，所述DSP信号处理模块将该音频数字信号发送给所述DA转换模块进行转换得到音频模拟信号，所述DA转换模块将该音频模拟信号发送给所述音频信号压缩电路模块作为所述音频信号压缩电路模块的输入信号；所述DSP信号处理模块还输出控制信号给所述MCU模块用于控制所述音频信号压缩电路模块对输入信号进行压缩限幅处理之后再输出信号；
当输入的音频数字信号超过第二幅度阈值时，则该音频信号已严重失真，则所述DSP输出失真信号给所述MCU模块，所述MCU模块检测到该失真信号生成关断信号，控制后级功放关闭。
3.根据权利要求2所述的一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，其特征在于，还包括压缩信号指示电路模块；
所述压缩信号指示电路模块与所述MCU模块通信连接，用于根据MCU模块输出的控制信号进行指示。
4.根据权利要求3所述的一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，其特征在于，当音频信号不需要压缩限幅时，则所述MCU模块输出控制信号控制所述压缩信号指示电路模块中的指示灯显示为绿色。
5.根据权利要求3所述的一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，其特征在于，当音频信号需要压缩限幅时，则所述MCU模块输出控制信号控制所述压缩信号指示电路模块中的指示灯显示黄色。
6.根据权利要求1所述的一种用于DSP有源音箱的自动压缩限幅电路，其特征在于，当音频信号严重失真时，则所述MCU模块输出控制信号控制压缩信号指示电路模块中的指示灯显示红色。
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