音频控制芯片PGA2311的音频增益自动控制

引言
音频接收设备已经是日常生活、学习、工作中不可缺少的工具，但是在使用过程中由于某些原因，如切换频道、播放广告等，信号输出时会出现音量大小不一的情况，严重影响用户的收听效果。产生这种音量相差较大的主要原因是音频信号输入的幅度不一致，解决办法就是进行增益控制。
最早的增益控制是模拟电路检测控制，但模拟电路设计相对繁琐，且难以实现较宽范围的增益控制，因此随着数字信号处理器件(DSP)的发展，采用DSP进行增益控制成为主流。起初数字器件处理的一般方法是大的信号减小增益，小的信号不处理。现在也有对小信号进行放大的方法，但由于担心在没有信号输入的情况下增益调整太大，会使背景噪声也加大，因此增益调整范围不大，不能达到理想的控制效果。另外，基本都是对输入信号进行检测，即前馈控制，对输出信号不进行检测，这样在输人时若增益较大，输出会被限幅，影响收听效果。且DSP方案成本相对较高。本方案采用成本低的单片机为处理核心，通过简单的增益控制算法完成增益自动控制。

1 系统硬件设计
如图1所示，整个系统以音频信号的采集处理为核心进行设计。音频控制芯片PGA2311两边的音频信号输入和输出端，经放大器TL084电平搬移后送到MSP430F149的A／D口进行采样(对信号输入／输出端都进行检测目的是解决在输入端无信号情况下增益是否调整的问题，同时避免增益过大导致输出端限幅发生)。采样数据由软件算法处理得到增益值，经电平变换器74HC245配置到PGA2311。按键和数码管完成输出电平门限范围的设置和显示。

1．1 主控电路
主控芯片MSP430F149是一款16位、48个8位并行I／O口、具有精简指令集、超低功耗(节电模式下最低只有0．1μA)的单片机，其寻址空间共64 KB其中RAM为2KB，给系统开发带来很大的方便。它内置一个12位A／D转换器ADC12、采样保持器和模拟多路器。ADC12具有高速、通用的特点，能够对8个外部模拟源和4个内部参考电源(包括内部温度传感器源)进行A／D转换。ADC12还提供多种采样触发方式、转换时钟周期、转换模式的选择。
PGA2311是一款双声道、可编程增益放大器，与MSP430F149之间通过SPI总线交互，其增益范围为+31．5～-95．5 dB。
图1中MSP430F149是3．3 V供电，而PGA231l是±5 V供电的CMOS器件，因此在I／O逻辑电平匹配时需要注意，在驱动PGA2311时用电平移位器74HC245达到电平匹配。