Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong lịch sử phát triển của ngành kỹ thuật điện tử từ cuối thập niên 1940, việc chế tạo các linh kiện bán dẫn và sau đó là sự ra đời của các bộ vi xử lý, vi điều khiển đã thúc đẩy quá trình chuyển dịch mạnh mẽ từ các hệ thống tương tự (analog) sang kỹ thuật số. Trong lĩnh vực truyền thanh, truyền hình và thiết bị âm thanh gia dụng (Radio, Tivi), các mạch điều chỉnh âm lượng truyền thống chủ yếu dùng chiết áp biến trở cơ học thường bộc lộ nhiều điểm hạn chế: tiếp điểm dễ bị mòn, gây tiếng sột soạt sau thời gian sử dụng, không có khả năng hiển thị trạng thái số và thiếu tính năng tự động hóa. Đặc biệt, khi bật nguồn thiết bị, nếu âm thanh lập tức phát ra ở mức công suất lớn đã thiết lập trước đó sẽ gây cảm giác khó chịu cho người nghe và có nguy cơ gây sốc điện làm tổn hại đến hệ thống loa.

Xuất phát từ thực tế đó, đề tài đồ án tốt nghiệp "Thiết kế mạch điều chỉnh âm lượng dùng vi điều khiển" được nhóm sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh thực hiện nhằm giải quyết các yêu cầu kỹ thuật:

  1. Mục tiêu nghiên cứu:

    • Ứng dụng vi điều khiển 8-bit họ MCS-51 (AT89C51) để xây dựng hệ thống điều khiển âm lượng tự động và linh hoạt.
    • Khi nhấn phím PLAY, âm lượng tự động tăng dần từ mức 0 đến giá trị đã cài đặt trước đó hoặc giá trị lúc tắt máy, giúp âm thanh đi vào trạng thái ổn định mượt mà, bảo vệ loa và thính giác người nghe.
    • Tích hợp màn hình tinh thể lỏng (LCD L1682) để hiển thị trực quan thông số mức Volume và trạng thái vận hành của hệ thống (Play, Pause, Stop, Mute, Mode).
    • Lưu trữ các giá trị mức âm lượng và trạng thái cài đặt vào bộ nhớ không bay hơi (EEPROM 28C16) để giữ nguyên dữ liệu ngay cả khi mất nguồn điện.

  2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

    • Đối tượng: Mạch điều khiển số ứng dụng vi điều khiển AT89C51, bộ chuyển đổi D/A DAC0808, vi mạch khuếch đại âm thanh và suy giảm tín hiệu AN5265, bộ nhớ EEPROM 28C16, module hiển thị LCD ma trận điểm L1682 (chuẩn HD44780/KS0066) và bàn phím điều khiển.
    • Giới hạn đề tài: Thiết kế mạch xử lý và khuếch đại âm lượng cho một kênh âm thanh (mono) với công suất ngõ ra mức thấp khoảng 2W; giả lập các chế độ vận hành như trên một dàn máy hiện đại; chưa tích hợp module điều khiển từ xa bằng hồng ngoại.
    • Thời gian và không gian: Đề tài thực hiện trong thời gian 6 tuần (từ ngày 07/01/2002 đến ngày 02/03/2002) tại Bộ môn Điện tử, Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài kết hợp nghiên cứu lý thuyết vi mạch bán dẫn, kỹ thuật vi điều khiển và phương pháp thực nghiệm thiết kế, chế tạo mạch phần cứng cùng phần mềm điều khiển bằng hợp ngữ (Assembly 8051).

Khung lý thuyết và so sánh phương án điều chỉnh âm lượng

Tác giả phân tích đường đi của tín hiệu âm thanh từ nguồn cấp, qua khâu xử lý/chiết áp, đưa vào tầng khuếch đại và phát ra loa. Có ba phương pháp chính được đưa ra xem xét:

Phương pháp Nguyên lý hoạt động Ưu điểm Nhược điểm
Chiết áp dùng biến trở Dùng biến trở cơ học phân áp ngõ vào mạch khuếch đại: $K = \frac{R_2}{R_1 + R_2}$. Kỹ thuật đơn giản, điều chỉnh trơn và mịn, giá thành rẻ, dễ sửa chữa và thay thế. Kém chính xác; biến trở dễ mòn hỏng tiếp điểm sau thời gian sử dụng; khó giao tiếp với mạch số và mạch hiển thị; mức độ tự động hóa thấp.
Chiết áp dùng kỹ thuật số Dùng bộ đếm nhị phân 4-bit điều khiển các khóa điện tử (switch) nối mạng điện trở phân áp. Điều khiển chính xác theo nấc; có thể giải mã nhị phân hiển thị LED 7 đoạn; độ bền cơ học cao hơn biến trở. Độ mịn điều chỉnh thấp (4-bit chỉ có 16 mức); muốn đổi số mức phải thay đổi thiết kế phần cứng; không nhớ được trạng thái khi mất điện; giá thành cao hơn biến trở.
Kỹ thuật dùng Vi điều khiển Vi điều khiển nhận lệnh từ phím bấm, xuất dữ liệu số sang bộ chuyển đổi D/A tạo điện áp DC điều khiển IC khuếch đại ATT (AN5265). Độ tự động hóa cao; điều chỉnh cực kỳ mượt mà (8-bit cho 256 mức); dễ thay đổi thông số bằng phần mềm; dễ kết nối LCD và EEPROM lưu trữ dữ liệu khi mất nguồn. Kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi thiết kế đồng thời cả phần cứng mạch in và viết chương trình phần mềm hợp ngữ; giá thành cao hơn giải pháp analog thuần túy.

Dựa trên phân tích, phương án sử dụng Vi điều khiển AT89C51 kết hợp bộ chuyển đổi D/A DAC0808 và IC ATT AN5265 được lựa chọn vì đáp ứng đầy đủ yêu cầu tự động hóa, lưu trữ dữ liệu và hiển thị đa dạng trên LCD.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp thu thập tài liệu: Tra cứu tài liệu chuyên ngành điện tử, vi xử lý, datasheet linh kiện (Atmel, National Semiconductor, Panasonic, Seiko) qua mạng Internet, sách báo kỹ thuật và đĩa CD.
  • Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế sơ đồ nguyên lý, tính toán phối hợp trở kháng và điện áp phân cực giữa các tầng; vẽ và thi công mạch in (PCB) cho board nguồn và board điều khiển chính; nạp chương trình hợp ngữ vào bộ nhớ Flash của AT89C51 qua mạch nạp chuyên dụng và kiểm tra hoạt động thực tế trên phần cứng.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Kiến trúc tổng thể hệ thống

Hệ thống được tổ chức thành 7 khối chức năng chính liên kết chặt chẽ:

  1. Khối điều khiển trung tâm (CPU): Sử dụng vi điều khiển AT89C51 dao động thạch anh ngoài 12MHz, quản lý toàn bộ luồng hoạt động, quét phím bấm, tính toán mức âm lượng, xuất dữ liệu điều khiển D/A, xuất tín hiệu hiển thị LCD và truy xuất đọc/ghi EEPROM.
  2. Khối bàn phím: Gồm các phím điều khiển PLAY/PAUSE, STOP, VOL+, VOL-, MUTE, MODE gửi lệnh tác động đến vi điều khiển qua các chân Port xuất/nhập.
  3. Khối lưu trữ dữ liệu: Sử dụng bộ nhớ EEPROM 28C16 giao tiếp với vi điều khiển để lưu trữ thông số mức Volume hiện hành và chế độ Mode.
  4. Khối chuyển đổi D/A: Gồm IC chốt dữ liệu 8-bit 74HC573 nhận dữ liệu từ Port 0 của 8951, đưa vào bộ chuyển đổi D/A DAC0808 để tạo dòng điện ngõ ra $I_O$, kết hợp với bộ khuếch đại thuật toán Op-amp LM358 để biến đổi dòng điện thành điện áp DC điều khiển.
  5. Khối điều khiển âm lượng và khuếch đại (ATT): Sử dụng vi mạch âm thanh AN5265 nhận tín hiệu âm tần ngõ vào (Sound Input, chân 2), nhận điện áp DC điều khiển từ Op-amp (chân 4) để thay đổi độ lợi khuếch đại (Voltage Gain), nhận tín hiệu ngắt tiếng (Mute, chân 3) nối từ chân P1.5 của 8951 và xuất công suất ra loa (chân 8).
  6. Khối hiển thị: Sử dụng module LCD L1682 (16 ký tự $\times$ 2 hàng, driver HD44780/KS0066) kết nối với Port 0 (Data Bus) và các chân Port 1 (RS, R/W, EN) của AT89C51.
  7. Khối nguồn: Biến đổi điện áp lưới 220VAC qua biến áp, chỉnh lưu cầu, tụ lọc và các IC ổn áp họ LM78xx để tạo ra các đường nguồn: +5V (cho 8951, 28C16, 74HC573, DAC0808, L1682), +12V (cho DAC0808, LM358, AN5265), -12V (cho DAC0808) và +18V (cho AN5265).

Cơ sở tính toán tầng chuyển đổi D/A và khuếch đại

Dòng điện ngõ ra của DAC0808 được xác định theo công thức: $$I_O = K \times \left( \frac{A_1}{2} + \frac{A_2}{4} + \frac{A_3}{8} + \frac{A_4}{16} + \frac{A_5}{32} + \frac{A_6}{64} + \frac{A_7}{128} + \frac{A_8}{256} \right)$$ Trong đó: $K = \frac{V_{REF}}{R_{14}}$, $A_i = 1$ khi bit dữ liệu ở mức cao và $A_i = 0$ khi bit dữ liệu ở mức thấp.

Qua mạch đệm Op-amp LM358 nối theo sơ đồ biến đổi dòng sang áp với phương trình định luật Kirchhoff tại ngõ vào đảo: $$V_O = I_O \times R_{15}$$ Khi chọn $V_{REF} = 12\text{V}$ và $R_{14} = R_{15}$, điện áp ngõ ra điều khiển đưa vào chân Volume của AN5265 là: $$V_O = 12 \times \left( \frac{A_1}{2} + \frac{A_2}{4} + \frac{A_3}{8} + \frac{A_4}{16} + \frac{A_5}{32} + \frac{A_6}{64} + \frac{A_7}{128} + \frac{A_8}{256} \right)$$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Dẫn nhập

Chương này xác định tầm quan trọng của việc ứng dụng kỹ thuật số và vi điều khiển trong các thiết bị nghe nhìn. Tác giả chỉ ra vấn đề thực tế: các thiết bị âm thanh analog cũ không thể kiểm soát mức âm lượng lúc khởi động, gây ồn đột ngột và làm giảm tuổi thọ màng loa. Đồ án đặt mục tiêu giải quyết hiện tượng trên bằng cách lập trình cho vi điều khiển tăng dần âm lượng khi mở máy, hiển thị mức âm lượng trên màn hình tinh thể lỏng LCD và ghi nhớ trạng thái âm lượng vào EEPROM trước khi tắt nguồn. Giới hạn của đề tài là xử lý trên một kênh âm thanh với công suất 2W và chưa có điều khiển từ xa.

Chương 2: Thể thức nghiên cứu

Trình bày dàn ý tổng quát, đối tượng và phương tiện nghiên cứu. Tác giả khảo sát các dòng máy cassette, đầu đĩa và các bảng mạch hiển thị chữ chạy quảng cáo. Kế hoạch nghiên cứu được bố trí trong 6 tuần:

  • Tuần 1: Chọn đề tài, thu thập tài liệu, xác định mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.
  • Tuần 2: Lập đề cương chi tiết, xây dựng chương cơ sở lý luận.
  • Tuần 3 - 5: Triển khai thiết kế chi tiết phần cứng, lập trình phần mềm và đánh máy bản thuyết minh.
  • Tuần 6: In thử, xin ý kiến giáo viên hướng dẫn chỉnh sửa, in ấn hoàn chỉnh và đóng bìa.

Chương 3: Cơ sở lý luận

Phân tích chi tiết các kỹ thuật điều chỉnh âm lượng từ cổ điển đến hiện đại: phương pháp chiết áp biến trở analog, phương pháp chiết áp số dùng bộ đếm 4-bit và phương pháp dùng vi điều khiển kết hợp vi mạch khuếch đại ATT. Chương này đưa ra sơ đồ khối tổng quát của toàn mạch và phân tích chức năng của từng khối: CPU, bàn phím, bộ nhớ EEPROM, DAC, ATT, hiển thị và nguồn cung cấp.

Chương 4: Thiết kế khối điều khiển

Giới thiệu toàn diện về vi điều khiển AT89C51 thuộc họ MCS-51 của hãng Atmel (công nghệ bộ nhớ Flash, 4KB ROM, 128 Byte RAM nội, 4 Port I/O 8-bit P0-P3, 2 bộ định thời/bộ đếm 16-bit Timer 0/Timer 1, hệ thống 5 nguồn ngắt với 2 mức ưu tiên). Tác giả phân tích chi tiết cấu trúc thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR), thanh ghi trạng thái chương trình (PSW), thanh ghi điều khiển công suất (PCON), các chế độ định thời (Mode 0, 1, 2, 3), các kiểu định địa chỉ và cấu trúc mạch dao động thạch anh.

Chương 5: Thiết kế bàn phím và khối lưu trữ

Trình bày yêu cầu kỹ thuật và nguyên lý giao tiếp bàn phím với vi điều khiển nhằm nhận các lệnh PLAY/PAUSE, STOP, VOL+, VOL-, MUTE, MODE. Giới thiệu vi mạch bộ nhớ không bay hơi EEPROM 28C16 (dung lượng 2K $\times$ 8 bit), cấu trúc các chân tín hiệu, thông số điện, giản đồ thời gian đọc/ghi và sơ đồ mạch ghép nối giữa 28C16 với các chân Port của AT89C51 để lưu trữ dữ liệu âm lượng an toàn khi mất điện.

Chương 6: Thiết kế khối chuyển đổi D/A và khối ATT

Trình bày thiết kế chi tiết khối chuyển đổi số sang tương tự sử dụng IC chốt 74HC573 (do dùng chung đường bus dữ liệu Port 0), vi mạch DAC0808 (8-bit) và mạch khuếch đại Op-amp LM358 để tạo dải điện áp điều khiển 0 - 12V. Giới thiệu vi mạch âm thanh chuyên dụng AN5265 (IC dùng trong khối âm thanh Tivi): cấu trúc chân, đặc tính công suất và ghép nối chân số 4 (Volume Control) với ngõ ra của Op-amp, chân số 3 (Mute) với chân P1.5 của vi điều khiển AT89C51.

Đoạn mã Assembly điều khiển xuất giá trị âm lượng ra DAC:

VOLUME: MOV P0, A
        SETB P1.1
        NOP
        CLR P1.1
        RET

Chương 7: Thiết kế khối hiển thị

Trình bày tổng quan về nguyên lý quang điện của tinh thể lỏng (cấu trúc nematic, cholesterinic), ưu điểm tiết kiệm năng lượng và độ nét của LCD so với LED 7 đoạn. Phân tích module LCD L1682 (16 ký tự $\times$ 2 hàng, tương thích chuẩn HD44780/KS0066), tập lệnh điều khiển, giản đồ xung nhịp đọc/ghi, cấu trúc bảng mã ký tự DDRAM và CGRAM. Tác giả xây dựng các chương trình con hợp ngữ: INITLCD (khởi tạo màn hình), CLEARLCD (xóa hiển thị), WRITETEXT (ghi ký tự) và WAITLCD (kiểm tra cờ bận Busy Flag).

Chương trình con khởi tạo và xóa màn hình LCD:

INITLCD:  SETB P1.2
          CLR P1.4
          MOV P0, #38H
          CLR P1.2
          LCALL WAITLCD
          SETB P1.2
          CLR P1.4
          MOV P0, #0CH
          CLR P1.2
          LCALL WAITLCD
          SETB P1.4
          MOV P0, #06H
          CLR P1.2
          LCALL WAITLCD
          RET

CLEARLCD: SETB P1.2
          CLR P1.4
          MOV P0, #01H
          CLR P1.2
          LCALL WAITLCD
          RET

Chương 8: Thiết kế khối nguồn

Trình bày nguyên lý ổn áp bằng IC 3 chân họ LM78xx. Tiến hành tính toán chi tiết tổng dòng tiêu thụ trên đường nguồn +5V cho các linh kiện trong mạch:

Linh kiện / Khối chức năng Điện áp danh định Dòng tiêu thụ cực đại ($I_{CC\text{ max}}$)
Vi điều khiển AT89C51 $+5\text{V} \pm 10%$ $160\text{ mA}$
Bộ nhớ EEPROM 28C16 $+5\text{V} \pm 10%$ $30\text{ mA}$
IC chốt 74HC573 $+5\text{V} \pm 10%$ $75\text{ mA}$
Bộ chuyển đổi D/A DAC0808 $+5\text{V} \pm 10%$ $22\text{ mA}$
Module LCD L1682 $+5\text{V} \pm 10%$ $100\text{ mA}$
Tổng dòng điện yêu cầu ($I_{Total}$) $+5\text{V}$ $387\text{ mA}$

Với tổng dòng tiêu thụ tính toán là $387\text{ mA}$, tác giả lựa chọn IC ổn áp LM7805 (dòng định mức 1A) để đảm bảo nguồn cấp hoạt động an toàn, tản nhiệt tốt; kết hợp thiết kế các nhánh nguồn $+12\text{V}$ (LM7812), $-12\text{V}$ và $+18\text{V}$.

Chương 9: Thi công

Trình bày các bước thi công phần cứng thực tế:

  • Thiết kế sơ đồ mạch in (PCB) và bố trí linh kiện cho board nguồn riêng biệt.
  • Thiết kế sơ đồ mạch in 2 lớp (lớp trên và lớp dưới) cho board điều khiển chính chứa vi điều khiển AT89C51, EEPROM, DAC0808, AN5265 và cổng kết nối LCD.
  • Thi công phần mềm: biên dịch mã nguồn hợp ngữ sang file mã máy (Hex), nạp vào ROM Flash của AT89C51 và tiến hành cân chỉnh thử nghiệm mạch thực tế.

Chương 10: Tóm tắt, kết luận và đề nghị

Tổng kết các kết quả đạt được về phần cứng và phần mềm, đánh giá mức độ hoạt động ổn định của hệ thống và đưa ra một số đề nghị phát triển tiếp theo.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Chế tạo hoàn chỉnh phần cứng: Thiết kế và lắp ráp thành công board mạch nguồn đa mức điện áp ($+5\text{V}$, $+12\text{V}$, $-12\text{V}$, $+18\text{V}$) và board mạch điều khiển chính 2 lớp hoạt động ổn định, đảm bảo cung cấp đủ công suất cho toàn mạch (tổng dòng tiêu thụ nguồn 5V đạt $387\text{mA}$, nằm trong ngưỡng an toàn của LM7805).
  • Hoàn thiện giải thuật điều khiển số: Hệ thống thực hiện chính xác chức năng tự động tăng dần âm lượng từ mức 0 đến mức cài đặt khi nhấn PLAY, loại bỏ triệt để xung kích âm thanh đột ngột lúc mở nguồn.
  • Tích hợp giao diện trực quan và lưu trữ bền vững: Điều khiển hiển thị chuẩn xác các chế độ hoạt động và mức Volume trên LCD L1682 (16 ký tự $\times$ 2 hàng); lưu trữ và phục hồi thành công giá trị âm lượng vào EEPROM 28C16 sau khi mất điện hoặc tắt máy.
  • Khuếch đại âm tần công suất 2W: Tín hiệu âm thanh ngõ ra qua IC AN5265 đạt công suất 2W, điều chỉnh độ suy giảm mịn màng thông qua 256 mức điện áp DC từ DAC0808.

Đóng góp của đề tài

  • Xây dựng tài liệu thiết kế và mã nguồn hợp ngữ mẫu về giao tiếp vi điều khiển họ MCS-51 với module LCD ma trận điểm chuẩn HD44780 và bộ chuyển đổi D/A DAC0808 — những linh kiện còn khá mới mẻ và hiếm tài liệu thực hành trong môi trường học tập tại thời điểm năm 2002.
  • Cung cấp mô hình mạch thí nghiệm hoàn chỉnh, có giá trị ứng dụng trực tiếp phục vụ sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử khảo sát, học tập và thực tập chuyên ngành vi xử lý/vi điều khiển.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  1. Mạch mới chỉ xử lý và khuếch đại cho một kênh tín hiệu âm thanh duy nhất (kênh đơn - Mono).
  2. Công suất ngõ ra âm tần còn ở mức thấp (khoảng 2W), chưa đáp ứng được các hệ thống loa công suất lớn.
  3. Chưa tích hợp khối thu phát tín hiệu hồng ngoại để hỗ trợ điều khiển từ xa (Remote Control).

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Nâng cấp mạch xử lý âm thanh lên 2 kênh (Stereo) hoặc đa kênh với mạch tiền khuếch đại và cân bằng âm sắc (Bass, Treble, Balance).
  • Mở rộng tầng khuếch đại công suất âm tần sử dụng các vi mạch công suất lớn hơn để phối ghép với các dàn loa dân dụng.
  • Thiết kế bổ sung module giải mã tín hiệu hồng ngoại (IR Receiver) để người dùng có thể điều khiển âm lượng, chuyển kênh và thay đổi chế độ từ xa.

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án là nguồn tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử, Cơ điện tử, Kỹ thuật Máy tính: Tham khảo phương pháp xây dựng sơ đồ nguyên lý, tính toán phối hợp trở kháng, thiết kế mạch in PCB 2 lớp và phân bổ dòng tải khối nguồn ổn áp.
  • Người nghiên cứu hệ vi điều khiển MCS-51 / 8051: Tham khảo tập lệnh hợp ngữ, các chương trình con tối ưu để quét bàn phím, giao tiếp bus dữ liệu hợp kênh với EEPROM 28C16, IC chốt 74HC573 và lập trình điều khiển module LCD ký tự ma trận điểm theo chuẩn thời gian thực.
  • Người thiết kế mạch âm thanh số: Tham khảo giải pháp kết hợp giữa bộ chuyển đổi D/A và IC khuếch đại thay đổi hệ số khuếch đại bằng điện áp DC (ATT) để điều khiển âm lượng tự động và bảo vệ thiết bị.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án sử dụng vi mạch AN5265 để điều chỉnh âm lượng thay vì dùng mạng điện trở thuần túy?

Vi mạch AN5265 là IC âm thanh chuyên dụng tích hợp tầng khuếch đại và khối suy giảm tín hiệu (ATT). Nó cho phép thay đổi hệ số khuếch đại ngõ ra một cách tuyến tính chỉ bằng cách thay đổi mức điện áp DC đưa vào chân điều khiển (chân số 4). Điều này giúp vi điều khiển dễ dàng kiểm soát âm lượng thông qua bộ chuyển đổi D/A mà không làm suy hao hay méo dạng tín hiệu âm tần, đồng thời tích hợp sẵn chân ngắt tiếng (Mute, chân số 3) và có khả năng kéo trực tiếp loa công suất nhỏ 2W.

2. Tổng dòng điện yêu cầu cho các linh kiện sử dụng nguồn +5V là bao nhiêu và được tính toán như thế nào?

Theo tính toán ở Chương 8 của đồ án, tổng dòng điện cực đại ở mức nguồn $+5\text{V}$ là $387\text{mA}$, tổng hợp từ 5 khối linh kiện chính:

  • Vi điều khiển AT89C51: $160\text{mA}$
  • EEPROM 28C16: $30\text{mA}$
  • IC chốt 74HC573: $75\text{mA}$
  • Bộ chuyển đổi D/A DAC0808: $22\text{mA}$
  • Module LCD L1682: $100\text{mA}$
    Do đó, việc lựa chọn IC ổn áp LM7805 (dòng định mức 1A) là hoàn toàn đáp ứng tốt về mặt công suất và độ ổn định.

3. Khối chuyển đổi D/A tạo ra điện áp DC điều khiển khối ATT hoạt động theo nguyên lý nào?

Dữ liệu số 8-bit từ Port 0 của AT89C51 được chốt qua IC 74HC573 và đưa vào ngõ nhập của DAC0808. DAC0808 chuyển đổi giá trị nhị phân thành dòng điện ngõ ra $I_O$. Dòng điện này sau đó đi qua mạch khuếch đại thuật toán Op-amp LM358 để biến đổi thành mức điện áp tương ứng $V_O = I_O \times R_{15}$. Với điện áp chuẩn $V_{REF} = 12\text{V}$, điện áp ngõ ra $V_O$ biến thiên từ $0\text{V}$ đến $12\text{V}$ tương ứng với 256 mức âm lượng, đưa thẳng vào chân số 4 của IC AN5265.

4. Vi điều khiển AT89C51 thực hiện chức năng bảo vệ loa và thính giác người nghe như thế nào?

Khi bật nguồn và nhấn nút PLAY, thay vì đưa âm lượng tức thời lên mức công suất cực đại hoặc mức trước khi tắt máy, chương trình điều khiển sẽ xuất dữ liệu qua DAC để tăng dần điện áp từ 0 đến giá trị đã cài đặt trong EEPROM. Quá trình tăng dần này diễn ra mượt mà, giúp màng loa không bị sốc điện áp đột ngột và người nghe không bị giật mình.

Kết luận

Đồ án "Thiết kế mạch điều chỉnh âm lượng dùng vi điều khiển" của sinh viên Nguyễn Trọng Thức và Hà Thị Đẹp (GVHD: Thầy Nguyễn Thanh Bình, Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM) đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu thiết kế đề ra. Đề tài đã kết hợp thành công kỹ thuật vi điều khiển 8-bit AT89C51, bộ chuyển đổi D/A DAC0808, IC khuếch đại âm thanh AN5265, bộ nhớ EEPROM 28C16 và màn hình hiển thị LCD L1682 thành một hệ thống điều chỉnh âm lượng tự động, trực quan và bền vững. Mặc dù còn một số giới hạn về số kênh âm thanh mono và công suất 2W, kết quả nghiên cứu và sản phẩm thực nghiệm của đồ án đã cung cấp một tài liệu kỹ thuật có giá trị thực tiễn cao cho công tác đào tạo và nghiên cứu chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử.