【正文】 信號，通過分壓電路之后再進入運放電路最終經由揚聲器形成不同音高的聲音，另一方面，單片機系統(tǒng)同時向數(shù)字開關CD4066 輸出控制信號，調整運放電路的輸入電阻，從而控制放大倍率，最終體現(xiàn)為聲音的強弱。 鍵盤與顯示：用按鍵 1 和按鍵 2 控制增益的倍數(shù)。超過此范圍的數(shù)將被視為非法并將不予讀入數(shù)據。 拓展部分 液晶顯示：通過基礎部分完成的單片機的數(shù)字信號輸出，控制液晶屏顯示放大倍數(shù)，可與基礎部分并行使用。輸出幅度的調整是通過，控制運放電路輸入端電阻值完成，調整頻率是通過控制單片機相關中斷程序的中斷周期來完成。 第 8頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 3. 系統(tǒng)的硬件結 構 硬件總體結構 單片機模塊 描述 功能描述 作為整個系統(tǒng)的核心控制部分，其各部分具有以下功能。 輸入 /輸出設備 ：用于 串行口、并行輸出口 等。 2）按鍵 KEY1P1^0。 技術要求 由程序控制，準確無誤地輸出對整個系統(tǒng)的控制信號。 1） CD4066 數(shù)字開關：控制 10K， 20K， 40K， 80K電阻的輸入。 技術要求 選擇阻值準確的電阻，放大輸入電壓，使增益誤差控制在 3%以內，且誤差越小越好。 電路設計 CD4066 CD4066 的定義 The CD4066BC is a quad bilateral switch intended for the transmission or multiplexing of analog or digital signals. It is pinforpin patible with CD4016BC, but has a much lower “ON” resistance, and “ON” resistance is relatively constant over the inputsignal range. CD4066 的指標 Wide supply voltage range 3V to 15V High noise immunity VDD (typ.) Wide range of digital and ? VPEAK analog switching “ON” resistance for 15V operation 80??Matched “ON” resistance ?RON ??5??(typ.) over 15V signal input “ON” resistance flat over peaktopeak signal range High “ON”/“OFF” 65 dB (typ.) output voltage ratio fis ??10 kHz, RL ??10 k??Control Line Biasing: Switch On (Logic 1), VC ??VDD Switch Off (Logic 0), VC ??VSS (摘自 CD4066 Datasheet) 輸入 CD4066的數(shù)字信號是由單片機控制的，單片機發(fā)出信號的控制端由四個接口組成，每個接口分別控制一個開關。從發(fā)下來元件中有運放這一點，我們想到了反相比例器電路。因為這部分電路最后必須有和控制信號相對應的接口。其原理如圖 33： 圖 33：權電阻網絡 如果用 di = 0 ,表示第 i個電阻接地，則可知該電阻網絡的等效電阻為： Rl ＝ R [1/(d0 20+ d121 + d222+ d323)] ∴ Rl ＝ R (d023 + d122 + d221 + d320) 在式中， d0 、 d1 、 d2 、 d3 都是數(shù)字量，而它們改變的是模擬量 Rl。由反相比例器的原理可以推知，放大倍數(shù)為：ｎ = Rf/Rl 要使最小的倍數(shù)為 ，則 ｎ 的最小值必須為 ，也就是說 Rl的最大值要使 Rf 的 10 倍。 插座 2 與單片機小系統(tǒng)的 P6 插座通過 IDC10 扁平電纜連接，使 插座 2 上的 18 腳與 8255PB的07 口連接。本模塊中 8255 工作在方式0 下，控制 PA， PB口的輸入、輸出狀態(tài)。從而實現(xiàn)以單片機控制8255，再由 8255 傳送指令與數(shù)據來控制液晶顯示。 液晶模塊的 3 條控制線， 4， 5， 6 號引腳分別與插座 1 上的 8 腳相連 ，從而與 8255PA的 7 口連接。 2 片 CD4066：控制 7 路電阻輸入，共 271=127 種增益值。 電子音樂由單片機的高低電平變化信號產生，通過蜂鳴器來發(fā)生，并且還可以通過按鍵來實現(xiàn)對音樂的暫停、播放以及音樂音量的調節(jié)等功能； 函數(shù)信號可以產生方波、鋸齒波、正弦波等波形，主要通過程序來實現(xiàn)。 其對應關系如下 ： 2c************ P3^2。 Buzzer************ P3^5。 實現(xiàn)方式 １ .作為函數(shù)信號發(fā)生器時，單片機 output2 輸出信號控制增益動態(tài)變化， output1 保持高電平輸出；一個函數(shù)上所取的點越多的話，那么這些點連成的線就越接近函數(shù)的理想曲線，用１５個值明顯不能滿足使點盡量多的要求，于是我們又增加了三個電阻，使增益的值的個數(shù)達到了 127 個，就可以在這么多個值中找出適當?shù)闹蒂x給不同的點。 output1 輸出頻率動態(tài)變化的方波時，輸出了變化的高低電平，當輸出高電平時，三極管控制電路斷開，當輸出低電平時，三極管控制電路通路，隨著電路的通斷，會有頻率變化的電信號傳給蜂鳴器，從而發(fā)出聲音乃至音樂。 2）按鍵： Basys 板上四個按鍵用于控制增益、調頻和調幅，四個按鍵定義為 btn[3:0] 技術要求 由程序控制，準確無誤地輸出對整個系統(tǒng)的控制信號。 圖 43 Basys 實現(xiàn)電壓增益控 制的軟件結構 圖 44 Basys 實現(xiàn)函數(shù)信號發(fā)生器的軟件結構 重要的全局變量 線性增益和液晶顯示模塊： 按鍵定義：單片機小系統(tǒng)中的四個按鍵分別使用了 P1 口的四個引腳 sbit KEY1= P1^0。 按鍵檢測時間間隔計數(shù)器 unsigned char data time=0。 sbit R3=P3^4。 sbit led_1 = output_sel^5。 8255 PB口輸入輸出緩存，可位尋址最高位 unsigned char bdata busy。 增益倍數(shù)變量 unsigned char data count=0。 函數(shù)信號發(fā)生暨音樂播放模塊： 信號放大倍率 unsigned char bdata RATE。 sbit R3= RATE ^ 3。 樂譜數(shù)據 《喀秋莎》： unsigned int code music_data1[][2]； 《 塞北的雪 》： unsigned int code music_data2[][2]； 波形數(shù)據 正弦波： unsigned int xdata sin_data[T]； 方波： unsigned int xdata squ_data[T]； 鋸齒波： unsigned int xdata saw_data[T]； 三角波： unsigned int xdata tri_data[T]； 可調參數(shù) 頻率可調： unsigned char xdata frequency[17]； 幅度可調： unsigned char xdata magnitude[11]； 其他變量 音量控制變量： unsigned int volumn 蜂鳴標志： bit buzzer_flag。 第 25頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 幅度數(shù)組指針： unsigned int mag。 PIO[79:73]：用于控制外部電路電壓增益。 輸出：液晶屏第一行滾動顯示 “ Wele to use this amplifer!” 第 27頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 數(shù)據結構 1） 寄存器： PA XBYTE[0xE000]： 8255 PA口寄存器地址 PB XBYTE[0xE001]： 8255 PB口寄存器地址 CONTROL XBYTE[0xE003]： 8255 控制字寄存器地址 2） 全局變量： unsigned char bdata busy： 8255 PB口輸入輸出緩存，可位尋址最高位 [7] sbit BF = busy^7 unsigned char pos：液晶輸出位置指針 sbit RST=P1^4： 8255 復位端變量 3） 記錄狀態(tài)變量： unsigned char count1：液晶移位時間間隔計數(shù)器 調用函數(shù) 說明 timer1() interrupt 3 using 0 功能：定時中斷 1，每 5ms 進入中斷 輸入：無 輸出：無 詳細說明：定時器 1 從初始的 EE00 開始計數(shù)直到 FFFF 溢出，進入中斷。 第 29頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 47 wait_busy()函數(shù)流程圖 由于要從液晶模塊讀入標志位 BF，需要將 8255 B 口改為輸入狀態(tài)，并在 BF=0 時，改回輸出狀態(tài)，需要改變 D07 控制字，如表 41 所示。 功能：液晶屏輸出字符 n 第 30頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 輸入：字符 n 輸出：液晶屏上顯示字符 n 詳細說明：先調用 lcdpos()確定顯示字符的位置，然后再將顯示指令與要顯示的數(shù)據傳給液晶 算法 鍵盤掃描和消抖 中斷程序每隔 5ms 執(zhí)行一次鍵盤掃描。由于按鍵自設的物理差異，在試驗后選用 30 作為 KEY1~KEY4 的標志次數(shù)。使用 switch_output 函數(shù)計算各開關的二進制值，并實現(xiàn)開關的開閉。 R4=0。 R3=0。 R2=1。 case 4: // R3 R1=0。 break。 R4=0。 R3=1。 R2=1。 case 8: // R4 R1=0。 第 32頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 break。 R4=1。 R3=0。 R2=1。 case 12: // R3//R4 R1=0。 break。 R4=1。 R3=1。 R2=1。 default: R1=0。 } } 七段數(shù)碼管的顯示值由數(shù)組 digi[4]提供，其中前兩位沒有用到，將 digi[0]、 digi[1]時鐘顯示為0。 HD44780 的使用原理及編程 和編程有關的三個引腳定義如表 42： 表 42： HD44780 引腳定義（部分） [4] 引腳號 縮寫 定義 說明 第 34頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 4 RS 寄存器選擇信號 H:數(shù)據寄存器 L:指令寄存器 5 R/W 讀 /寫信號 H:讀 L:寫 6 E 片選信號 下降沿觸發(fā) ,鎖存數(shù)據 其中 E為使能信號，讀操作中高電平有效，寫操作中下降沿有效。 并口擴展芯片 8255 和液晶模塊 HD44780 的使用原理及編程 8255 的使用 8255 為一并口擴展芯片，有 A、 B、 C 三個 8 位 I/O 端口和一個 8 位數(shù)據總線。 R3=0。 R4=1。 break。 case 14: // R2//R3//R4 R1=0。 R2=0。 R3=1。 R4=1。 break。 case 10: // R2//R4 R1=0。 R2=0。 R3=0。 R4=0。 break。 case 6: // R2//R3 R1=0。 R2=0。 R3=1。 R4=0。 break。 case 2: // R2 R1=0。 R2=0。 放大倍數(shù)的控制和顯示 程序通過 R4,R3,R2,R1 代 表的端口輸出高低電平，控制 4066 各開關的通斷來控制放大倍數(shù)。 程序中使用 time 作為抖動次數(shù)計數(shù)器，由于 KEY1 作為清零鍵使用，故實際上不需要消抖；在本系統(tǒng)中，對 KEY KEY KEY KEY4 都做消抖處理。 功能：液晶輸出位置控制 輸入：無 輸出： pos 位置指針右移或換行 詳細說明：當一行滿了 16 個字符則換行，否則右移一位。