0 引言
本設計的基本思路是分兩個系統一通道選擇系統和音量控制系統進行設計，然后進行整合。這樣分系統的設計，大大降低了設計復雜度，各系統的設計和修改只影響系統本身，而不會影響其他系統，這樣就使電路有了局部性。系統的原理框圖如圖1所示。
系統的設計沒有考慮輸入設備，輸入的音頻信號不予以考慮，默認是優良的音頻信號；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，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，這樣就實現了音效和音量的控制。
1 通道選擇系統
1．1 系統實現功能
1)對8個通道實行選擇；2)通道選擇用按鍵實現，按一次，通道選擇加1，加至第8通道，再按回到第1通道；3)持續按下按鍵，每200ms轉下一個通道；4)一位LED實現通道選擇的顯示。
1．2 電路總體框圖
1．3 系統工作原理
通道選擇系統由計數脈沖發生器、二進制計數器、數據分配器等部分組成。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脈沖發生器，當電路接通電源后，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器74LS161作為計數脈沖；計數器輸出送入作為數據分配器使用的74LS138，通過數字輸出控制“電子開關”，對與“電子開關”相連接的各個通道進行選擇輸出；同時計數器輸出到譯碼顯示電路，進行通道選擇的數字顯示。按下A1，工作加法計數狀態，計數器輸出按BCD碼依次變為高電平，數據分配器按照計數器送入的BCD碼分配相應的數據，控制相應“電子開關”對通道進行選擇，進而實現對通道的數字控制選擇；同時LED數碼管顯示所選通道。(例如：按下A1持續450ms，計數器記錄為2，相應BCD碼為010，送入數據分配器，則要分配控制第2通道開啟，選擇第2通道的音頻輸入；LED數碼管顯示為2)
1．4 各部分電路原理
(1)計數器電路。74LS161是四位同步加法計數器，當時鐘脈沖信號施加于CP端時，進行加法計數開始計數。CO是進位信號輸出端，可供級聯使用；PE控制P0～P3并行數據輸入，Q0～Q3是計數器狀態輸出端。
(2)通道選擇電路。74LS138是3-8譯碼器和分配器，當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”采用兩支NPN和PNP三極管和前置運放構成，由Y0～Y7經過反相器74LS04后控制，開關輸出通過控制各通道經過的運算放大電路，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電平驅動，A～D是輸入端，a～g是譯碼輸出端。與共陰極數碼管接線如圖4所示。
(4)脈沖產生電路。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，產生計數脈沖的555時基電路工作于無穩態(自激多諧振蕩)狀態，其輸出脈沖信號周期為：T=(R1+2R2)×C2×In2，頻率為其倒數。由此可見，要改變計數脈沖的頻率可以通過改變R1、R2和C2的值來實現。
在調試本電路時，一般在按下按鈕A1，通道變換一次的時間可適當改變R1、R2或C2取值來選取。本次采用200ms為周期，可相應調整。(如R1=280kΩ，R2=20kΩ，C2=1μF)振蕩電路構成如圖5所示。
2 音量控制系統
2．1 實現功能
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)當音量增加(減小)到最大(最小)時，繼續按音量增減開關無效，即音量被保持，不再繼續增(減)；4)持續按下按鍵，每200ms音量變化一檔；5)用一位LED數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
音量控制系統由計數脈沖發生器、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脈沖發生器(圖5)，當電路接通電源后，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優先編碼，編碼后的輸出分別送入七段譯碼器74LS248和D／A轉換器DAC0832。按下A1，工作在加計數狀態，寄存器編碼后各位輸出依次變為高電位，即DAC0832輸入的數字量依次增大，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，原來的計數狀態被鎖定，輸出音量保持不變。按下A2，工作在減計數狀態，工作原理與加計數狀態相反。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碼輸入端，Q0～Q7并行數碼輸出端，S0右移狀態，S1左移狀態控制端。級聯電路如圖7所示。(例如：按下A1寄存電路實現串行右移，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字量轉換成與其成比例的模擬量，輸出模擬量的大小隨輸入數字量的不同而變化。 DAC0832是用CMOS工藝集成的8位數據輸入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輸出與輸入的數字關系可以用下式表示：
式中，D0～D7是輸入的二進制數據“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的比例關系，且該比例受控于數字量D0～D7，受控等級達256級，這就是后面介紹的數字式" title="數字式">數字式音量控制電路的依據。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優先編碼器，當E1=0時編碼器工作，0～7是數碼輸入端，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字選擇系統中的譯碼及顯示電路(如圖4)。
3 總結
數字式音響" title="音響">音響控制器" title="控制器">控制器完全是基于數字、模擬電子技術的基本知識設計的，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。這次設計中主要選用的都是TTL電路，雖然其功耗大，兼容性不穩定，但是應用是十分廣泛的。經過電路仿真和實物測試，此音響控制器可以廣泛應用于數字音響設備中。