【正文】 信號(hào)，通過分壓電路之后再進(jìn)入運(yùn)放電路最終經(jīng)由揚(yáng)聲器形成不同音高的聲音，另一方面，單片機(jī)系統(tǒng)同時(shí)向數(shù)字開關(guān)CD4066 輸出控制信號(hào)，調(diào)整運(yùn)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(qiáng)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(jù)。 拓展部分 液晶顯示：通過基礎(chǔ)部分完成的單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出，控制液晶屏顯示放大倍數(shù)，可與基礎(chǔ)部分并行使用。輸出幅度的調(diào)整是通過，控制運(yùn)放電路輸入端電阻值完成，調(diào)整頻率是通過控制單片機(jī)相關(guān)中斷程序的中斷周期來完成。 第 8頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 3. 系統(tǒng)的硬件結(jié) 構(gòu) 硬件總體結(jié)構(gòu) 單片機(jī)模塊 描述 功能描述 作為整個(gè)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(shè)備 ：用于 串行口、并行輸出口 等。 2）按鍵 KEY1P1^0。 技術(shù)要求 由程序控制，準(zhǔn)確無誤地輸出對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)。 1） CD4066 數(shù)字開關(guān)：控制 10K， 20K， 40K， 80K電阻的輸入。 技術(shù)要求 選擇阻值準(zhǔn)確的電阻，放大輸入電壓，使增益誤差控制在 3%以內(nèi)，且誤差越小越好。 電路設(shè)計(jì) 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(biāo) 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(hào)是由單片機(jī)控制的，單片機(jī)發(fā)出信號(hào)的控制端由四個(gè)接口組成，每個(gè)接口分別控制一個(gè)開關(guān)。從發(fā)下來元件中有運(yùn)放這一點(diǎn)，我們想到了反相比例器電路。因?yàn)檫@部分電路最后必須有和控制信號(hào)相對(duì)應(yīng)的接口。其原理如圖 33： 圖 33：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) 如果用 di = 0 ,表示第 i個(gè)電阻接地，則可知該電阻網(wǎng)絡(luò)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(jī)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(shí)現(xiàn)以單片機(jī)控制8255，再由 8255 傳送指令與數(shù)據(jù)來控制液晶顯示。 液晶模塊的 3 條控制線， 4， 5， 6 號(hào)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(jī)的高低電平變化信號(hào)產(chǎn)生，通過蜂鳴器來發(fā)生，并且還可以通過按鍵來實(shí)現(xiàn)對(duì)音樂的暫停、播放以及音樂音量的調(diào)節(jié)等功能； 函數(shù)信號(hào)可以產(chǎn)生方波、鋸齒波、正弦波等波形，主要通過程序來實(shí)現(xiàn)。 其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下 ： 2c************ P3^2。 Buzzer************ P3^5。 實(shí)現(xiàn)方式 １ .作為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器時(shí)，單片機(jī) output2 輸出信號(hào)控制增益動(dòng)態(tài)變化， output1 保持高電平輸出；一個(gè)函數(shù)上所取的點(diǎn)越多的話，那么這些點(diǎn)連成的線就越接近函數(shù)的理想曲線，用１５個(gè)值明顯不能滿足使點(diǎn)盡量多的要求，于是我們又增加了三個(gè)電阻，使增益的值的個(gè)數(shù)達(dá)到了 127 個(gè)，就可以在這么多個(gè)值中找出適當(dāng)?shù)闹蒂x給不同的點(diǎn)。 output1 輸出頻率動(dòng)態(tài)變化的方波時(shí)，輸出了變化的高低電平，當(dāng)輸出高電平時(shí)，三極管控制電路斷開，當(dāng)輸出低電平時(shí)，三極管控制電路通路，隨著電路的通斷，會(huì)有頻率變化的電信號(hào)傳給蜂鳴器，從而發(fā)出聲音乃至音樂。 2）按鍵： Basys 板上四個(gè)按鍵用于控制增益、調(diào)頻和調(diào)幅，四個(gè)按鍵定義為 btn[3:0] 技術(shù)要求 由程序控制，準(zhǔn)確無誤地輸出對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)。 圖 43 Basys 實(shí)現(xiàn)電壓增益控 制的軟件結(jié)構(gòu) 圖 44 Basys 實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的軟件結(jié)構(gòu) 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(jī)小系統(tǒng)中的四個(gè)按鍵分別使用了 P1 口的四個(gè)引腳 sbit KEY1= P1^0。 按鍵檢測(cè)時(shí)間間隔計(jì)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(hào)發(fā)生暨音樂播放模塊： 信號(hào)放大倍率 unsigned char bdata RATE。 sbit R3= RATE ^ 3。 樂譜數(shù)據(jù) 《喀秋莎》： unsigned int code music_data1[][2]； 《 塞北的雪 》： unsigned int code music_data2[][2]； 波形數(shù)據(jù) 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(diào)參數(shù) 頻率可調(diào)： unsigned char xdata frequency[17]； 幅度可調(diào)： unsigned char xdata magnitude[11]； 其他變量 音量控制變量： unsigned int volumn 蜂鳴標(biāo)志： bit buzzer_flag。 第 25頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)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(dòng)顯示 “ Wele to use this amplifer!” 第 27頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 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(fù)位端變量 3） 記錄狀態(tài)變量： unsigned char count1：液晶移位時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器 調(diào)用函數(shù) 說明 timer1() interrupt 3 using 0 功能：定時(shí)中斷 1，每 5ms 進(jìn)入中斷 輸入：無 輸出：無 詳細(xì)說明：定時(shí)器 1 從初始的 EE00 開始計(jì)數(shù)直到 FFFF 溢出，進(jìn)入中斷。 第 29頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 47 wait_busy()函數(shù)流程圖 由于要從液晶模塊讀入標(biāo)志位 BF，需要將 8255 B 口改為輸入狀態(tài)，并在 BF=0 時(shí)，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(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 輸入：字符 n 輸出：液晶屏上顯示字符 n 詳細(xì)說明：先調(diào)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(jù)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(shè)的物理差異，在試驗(yàn)后選用 30 作為 KEY1~KEY4 的標(biāo)志次數(shù)。使用 switch_output 函數(shù)計(jì)算各開關(guān)的二進(jìn)制值，并實(shí)現(xiàn)開關(guān)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(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)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(shí)鐘顯示為0。 HD44780 的使用原理及編程 和編程有關(guān)的三個(gè)引腳定義如表 42： 表 42： HD44780 引腳定義（部分） [4] 引腳號(hào) 縮寫 定義 說明 第 34頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 4 RS 寄存器選擇信號(hào) H:數(shù)據(jù)寄存器 L:指令寄存器 5 R/W 讀 /寫信號(hào) H:讀 L:寫 6 E 片選信號(hào) 下降沿觸發(fā) ,鎖存數(shù)據(jù) 其中 E為使能信號(hào)，讀操作中高電平有效，寫操作中下降沿有效。 并口擴(kuò)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(kuò)展芯片，有 A、 B、 C 三個(gè) 8 位 I/O 端口和一個(gè) 8 位數(shù)據(jù)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(guān)的通斷來控制放大倍數(shù)。 程序中使用 time 作為抖動(dòng)次數(shù)計(jì)數(shù)器，由于 KEY1 作為清零鍵使用，故實(shí)際上不需要消抖；在本系統(tǒng)中，對(duì) 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(xì)說明：當(dāng)一行滿了 16 個(gè)字符則換行，否則右移一位。