基于TDA7315的音频自动增益控制系统的设计

摘要：详细阐述了一种以芯片TDA7315设计的音频增益控制系统设计方案，同时提供芯片连接关系示意图及软件算法流程图。

关键词：自动增益控制；音频信号；TDA7315

引 言

在广播系统中，经常出现节目或音源切换时，音频信号大小不一的现象，过小时影响收听效果，过大时易引起后接的功放过载，需要经常手动调整功放的输入，操作极其不便。笔者介绍了一种基于TDA7315的音频自动增益控制系统，可以使广播系统音频信号大小不一的现象得到改善，提高语音广播播出效果。

系统组成

音频自动增益控制系统的芯片连结关系示意图如图1所示，音源设备输出的音频信号，先经过前置放大器进行无失真预放大，双声道数字音频处理器TDA7315在单片机AT89C52控制下，对输入音频信号进行自动调整，使输出音频信号幅度达到预定要求，再送到功放进行广播。AT89C52对TDA7315输出信号进行采样分析，实现对TDA7315的音量自动控制。系统同时附有显示输出信号电平、设定输出电平功能。

硬件电路设计

TDA7315是一块专业型音量、音调、平衡电子调节集成块，采用I²C总线控制技术，可以对两路音频信号的音量等响度、高低音调、左右平衡进行调节，其内部还包括电子静音开关MUTE。该系统只使用音量和左右平衡调节，其它均为固定方式。TDA7315的音量控制范围0~-70dB，级数64，每级1.25dB，左右平衡控制范围为0~-30dB，级数32，每级1.25dB，总的音量控制范围可达0~-100dB，级数达96，可以满足音频信号幅度处理的需要。

单片机通过控制4051模拟开关交替选择左、右声道音频信号，先送到低通抗混迭滤波器，滤除其中的高频成分后送入A/D转换器。经过A/D转换后，信号变成数字信号，该数字信号在单片机AT89C52控制下写入存储器RAM6264。存储器设有两组存储器空间，一组存放左声道音频信号数据，另一组存放右声道音频信号数据。单片机以帧为单位对采样数据存放处理，每帧时间可在20~40ms之间选取。该系统中利用AT89C52定时产生A/D转换器的启动信号，定时器的定时时间为20μs，每声道的每帧音频数据存储区大小为2K。

系统中A/D转换器选用ADC0820，其读模式下的转换时间为2.5μs，而且该芯片内置采样/保持电路，不需外部时钟，因ADC0820输入范围仅为0~+5V，而系统输入信号的范围-5V~+5V，需对输入信号进行输入信号预处理，使电压变为0~+5V。

单片机AT89C52是系统中心控制部件，它的主要任务是定时控制4051选择左、右道音频信号和A/D转换器转换，控制RAM的读写，产生控制码控制TDA7315。P2.5控制ADC0820的片选CS，P1.5接收ADC0820转换结束信号，P2.6 接RAM6264 的片选CE1，P1.7，D1.6 定义I2C总线SDA，SCL 端。



2位LED数码管可以显示当前TDA715声音输出电平，显示电路采用静态扫描方式，CD4513 为BCD-7段锁存/译码驱动器，P1.0，P1.1，P1.2输出显示数字BCD码，P1.3，P1.4 产生位输入锁存信号。广播终端的面板按键为up，down 两个按键，实现TDA715声音输出电平增减。单片机通过判别P3.0，P3.1的低电平作出输出电平增减的改变，并将改变的数据通过I²C总线写入I²C总线式的E²PROM AT24CO2记忆。

软件设计

自动增益控制系统控制软件的基本算法是以帧为单位对采集的数据进行处理，对输入音频信号进行实时采样，对信号的峰值电平、平均电平进行分析，信号极低超出自动增益控制范围或无信号，衰减量保持不变，对输入信号最大幅度达到饱和值时迅速增大信号衰减，对信号进行压缩，当输入信号变小并持续较长一段时间，便减小信号衰减量，提升信号电压，提升速度控制不能过快，以免影响信号本身结构，信号衰减量控制由单片机AT89C52通过I²C总线写入TDA7315进行控制。

TDA7315逻辑表如表1所示。



A2A1A0为000时，音量衰减为0dB，000递增至111时，音量以1.25dB步长衰减; B2B1B0为000，音量衰减为0dB，000递增至111时，音量以10dB步长衰减; L 为0音量打开，为1静音，该系统设为0；C3C2C1C0为0111时，音调衰减为0dB，0111递减至0000时，音调以2dB步长衰减，0111递增至1111时，音调以2dB步长递增，该系统高、低音均设为衰减为0dB；TDA7315数据写入模式为



程序框图如图2所示，初始化时设定定时器的初值和音频信号声道标识，声道标识用于指示当前输入到A/D转换的是左或右声道信号; 每次A/D转换结束，根据当前声道标识，将测量数据写入相应声道的RAM区，并使RAM地址加1；声道转换，将输入A/D转换



的信号通道由当前左声道转换到右声道或由当前右声道转换到左声道，实现对左右声道信号的轮流测量；文献中提出一种按平台模式设计、适用80C51系列单片机的虚拟I²C总线软件包，实现对I²C总线器件的读写操作。TDA7315的控制码写入，可依TDA7315规约的写入模式直接调用该I²C总线软件包的数据读写子程序，实现对音频信号衰减量的控制。

结束语

笔者根据设计方案制作了实际电路，在多个学校广播系统应用，使广播系统音频信号不一的现象得到改善，并对音频信号的动态范围和频谱没有损伤，效果良好。

参考文献：I²C总线应用系统设计 北京 北京航空航天大学出版社