【正文】 七段顯示數(shù)碼管： abcdefg 七段，通過給某些段加上驅動電壓或電流來使這些段發(fā)光，形成各種需要的字符顯示。 D/A轉換： 數(shù)模轉換，既將一個數(shù)字信號轉換成一個模擬信號。 拓展任務二：自動增益調節(jié) 通過 隨輸入波幅度變化 自動更改增益等級，限制輸出的幅度，使其保持在一定的范圍內(nèi)。 第 4 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 數(shù)字音樂播放部分通過按鍵可選擇所播放音樂的曲目，可播放《喀秋莎》、 《 you》、《天空之城》、《菊次郎的秋天》、《荷塘月色》 五首歌曲，并通過單片機按鍵 實現(xiàn)音量控制 。 系統(tǒng)的設計原理與分析 系統(tǒng)的 設計原理和 總體結構 基礎部分：增益可控放大器 設計原理： 由單片機控制增益的變化，信號源的輸入信號是交流信號源（ Freq： 400Hz； Ampl： 850mVpp ；正弦波），如圖 21 中所示，由單片機 MSP430 輸出控制信號控制數(shù)字開關 CD4066，控制 4 個開關的通斷，形成運放 電路的輸入電阻的十六種不同組態(tài)，從而使運放電路的增益分別達到 ，?? 倍。原理如圖 22 所示，在一個周期里以等時間間隔取 128 個點，單片機輸出的只是這點上的相對應的增益倍數(shù)，如果取的點足夠密，則示波器上顯示的波形可以相當光滑。 第 6 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 單 片 機數(shù) 字 開 關檢 波 電 路運 算 放 大 器控 制 信 號控 制 參 數(shù)交 流 信 號直 流 信 號 圖 24 自動增益部分結構圖 系統(tǒng)的功能 基本部分：增益可數(shù)字化控制的線性放大器 可變增益放大器：由單片機和放大電路組成，通過按鍵控制單片機的數(shù)字信號輸出，并由該信號控制放大電路的參數(shù)變化，使電壓增益從 ~ 之間改變。最小為 0，最大為 。 增益控制：通過鍵盤按鍵的鍵入調節(jié)放大的倍數(shù)。按鍵 2 選擇波形，有正弦波，三角波，鋸齒波和方波。按鍵 2 選擇曲目，分別為《喀秋莎》、《 you》、《菊次郎的夏天》、《荷塘月色》、《天空之城》，按鍵 3 為節(jié)拍與 音量遞減鍵 ， 按鍵 4 為節(jié)拍與音量遞增鍵。按鍵 2 為增加一檔（一檔為 倍），按鍵 3 為減小一擋。用 2 位的數(shù)碼管顯示增益放大倍數(shù)，包括一位整數(shù)，一位小數(shù)和小數(shù)點。 函數(shù)信號發(fā)生和音樂播放模塊 基礎部分，以及額外的 CD4066，兩個不同阻值的電阻和一個蜂鳴器構成 自動增益模塊 由二極管、電阻和電容構成，取正弦波峰值輸入單片機 單片機小系統(tǒng)模塊 描述 功能描述 可由系統(tǒng)本身的按鍵產(chǎn)生增益控制信號。 [注 1]： I/O 口：四個 8 位并行 I/O 口，既可用作輸入，也可用作輸出； 接口定義 1．單片機和 4066 開關的通訊，高低電平的變化，經(jīng)過十芯插座來實現(xiàn)。 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。 （ 2） TLV2372 運算放大器：通過利用其“虛短”，“虛斷”的性質，構造反向放大電路實現(xiàn)對輸入的交流電壓的放大。如圖 7 所示。 3， 4， 5 號管腳：控制開關 B，在本電路中控制電阻 R2=40KΩ。 10， 11， 12 號管腳： 控制開關 D，在本電路中控制電阻 R4=20KΩ。 6 號引腳接 ，用以抬升輸出波形。而其組合由 MSP430 單片機小系統(tǒng)板 第 12 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 通過對 CD4066 數(shù)字多路開關的控制而實現(xiàn)的。 b) 確定電阻具體阻值 432111111 RRRRR ???? 第 13 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 查閱 TLV2372 運算放大器的 datasheet， TLV2372 輸入阻抗實際典型值為 2MΩ，故為了讓輸入阻抗趨近于“無限大”，我們將 Rf的值取為遠小于 2MΩ。 蜂鳴器：播放音樂 具體功能如下： 調頻調幅函數(shù)信號發(fā)生器： 函數(shù)信號發(fā)生器部分通過單片機按鍵控制，可輸出正弦波、方波、鋸齒波、三角波四種波形，通過控制單片機相關中斷程序的中斷周期和控制運放電路輸入端電阻值，實現(xiàn)控制輸出波形的頻率及幅度 (1Hz10Hz 共 5 檔的頻率調整； 共 2 檔的幅度輸出 )。 電子音樂合成播放器： 數(shù)字音樂播放部分通過按鍵可選擇所播放音樂的曲目（ 5 首），并實現(xiàn)控制音量。 實現(xiàn)方式 函數(shù)發(fā)生器： 第 15 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 作為函數(shù)信號發(fā)生器時，單片機輸出信號控制增益動態(tài)變化，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，因此在基礎部分上又增加了兩個電阻，使增益的值的個數(shù)達到了 63 個，就可以在多個值中找出適當?shù)闹蒂x給不同的點。 圖 37 拓展部分電路圖 音樂播放器： 由程序控制單片機輸出，其輸出高電平的頻率以及持續(xù)時間由程序來控制，不同的頻率對應了不同的音符，而不同的持續(xù)時間對應了不同的節(jié)拍。 接口定義 輸入：接收來自基礎部分的輸出信號。輸出的直流信號通過單片機中的 ADC10 模塊轉換成數(shù)字信號 ,再與設定的閾值進行比較，從而控制增益的增減。 譬如在增益可控放大器模塊和自動增益部分（擴展 1），第一個按鍵對應模式切換，切換后，若為模式 0，則進入增益可控放大器模塊；若為模式 1，則進入自動增益部分。 程序源代碼見附錄。對鍵盤防抖進行掃描 （ 首先檢測按鍵是否被按下，同時設置一定的按鍵延時以保持按鍵的穩(wěn)定 ） ，并順序掃描驅動數(shù)碼管 顯示增益倍數(shù) 。 輸出項 輸出包括在數(shù)碼管上顯示當前的增益倍數(shù)，以及用單片機的引腳控制模擬開關 CD4066 的相應控制端，以獲取正確的放大倍數(shù)。數(shù)據(jù)來源 ： 由程序賦值。 BIT0、 P2IN amp。 液晶模塊顯示算法 (利用 switch) switch (DATA) { case 0: AA=0xc0。 // ‘1’ case 2: AA=0xa4。 // ‘3’ case 4: AA=0x99。 // ‘5’ case 6: AA=0x82。 // ‘7’ case 8: AA=0x80。 // ‘9’ case 10: AA=0x88。 // ‘B’ case 12: AA=0xc6。 // ‘D’ case 14: AA=0x86。 // ‘F’ case 16: AA=0x3f。:AA=0xf7。:AA=0xff。 // 小數(shù)點 amp。0 default: AA=0xff。通過按鍵可實現(xiàn)五首歌的切換。 輔助讀譜指針、持續(xù)時間計數(shù)； nsigned int test_counter。 TA1CCR0 = 1000000/audio_frequency。 2) 教師對學生自測的結果，進行檢查，并當場評分。 c) 教師核實并在“科技創(chuàng)新 [2]檢查和評分記錄表”上記錄有關情況。檢測模式顯示（數(shù)碼管顯示）是否正常； 波形顯示與切換 —— 切換至函數(shù)信號發(fā)生器時，觀察四種數(shù)學波形是否光滑，周期是否穩(wěn)定，是否有毛刺； 調頻與調幅 —— 在信號 發(fā)生器狀態(tài)下，通過按鍵，增減波形的頻率及幅度，并查看波形。 函數(shù)信號發(fā)生器暨音樂播放器測試 1）按要求接線，檢測是否能通過按鍵一選擇函數(shù)發(fā)生或者音樂播放模式。 函數(shù)信號發(fā)生暨電子音樂合成播放器 函數(shù)波形實現(xiàn)正弦波、三角波，鋸齒波和方波，效果良好，頻率 5 檔 可調，幅度 2 檔 可調。在我們的 整個實驗中面對困難與困惑時 ，我們 得到了許多人的熱情的幫助。實驗進行時，遇到一些問題和疑惑，身邊的學長學姐 總是給出及時的幫助，在此表示感謝。 經(jīng)過辛苦的長時間待在實驗室的時間，也慢慢感受到了電路設計和實現(xiàn)的難度 ，積累了使用器材的經(jīng)驗，提高了自身的動手能力 。 一開始面對此次的課程任務，我們都覺得內(nèi)容不是特別容易理解，開發(fā)環(huán)境也并不 第 31 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 熟悉；并且由于組內(nèi)有轉院的同學，對這一方面的操作并不熟悉。 在此將我們的經(jīng)驗心得總結如下： 硬件設計方面，我們有以下心得： 1：事先做好布線設計 此次的實驗中增益可控放大電路的布線比較復雜而且密集，需要 事先最好規(guī)劃好焊接路線， 特別是在 CD4066 多路開關以及 10 排插線部分，接線復雜繁密，需要特別小心。 而如果有多于三條支路連接在同一個節(jié)點上的情況，一般的方法是用導線 把不相連的焊接點連接到一起增大可以焊接的支路條數(shù)。只有在確認器材沒問題的情況下進行調試，才能進一步分析、評估與總結。 4：測試時，接線要認真核對，保證對應的線路接在對應的位置，比如單片機的三個接口，如果接線錯誤并且沒及時發(fā)現(xiàn)會對實驗調試造成不必要的麻煩。 2：一個節(jié)點連接三條以上支路時的焊接。 在這次的科技創(chuàng)新 [2A]課程中，組員 第一次接觸到了單片機的設計與使用，并且撰寫了格式規(guī)范的科技報告。 這次實驗與大一時進行的工程實踐與科技創(chuàng)新【 1】相比，難度增加了許多，也從單人實驗轉為了小組實驗 ，對組員各取所長通力合作的團隊精神有了更高的要求 ， 也要求我們 將所學的知識進一步運用于電子設計當中。 大家分工傾力合作，從而比較高效地完成了此 次的課程設計。 一開始我們對理論知識認識不夠深入； 而在老師講解之后，讓我們對沒見過的功能電路設計有了更深的了解，也讓我們注意到一些可能被忽略的問題； 還有助教也能幫助我們在器材的使用上提供了很大的幫助。 自動增益調節(jié) 通過接收基礎部分的輸出電壓，并對電壓進行判斷，可以使輸出電壓達到設定的范圍 （ ） 以內(nèi) 第 27 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 6. 致謝 本次科技創(chuàng)新 2A 項目主要是在 MSP430 單片機小系統(tǒng) 的基礎上， 進行 開發(fā)、 設計并實現(xiàn)各種功能。 3）當選擇音樂播放時，檢測能否通過按鍵二選擇音樂，能否通過按鍵三和四增減音量。 2）按要求接線，檢測是否能通過按鍵一選擇增益可控運算放大器模式。 具體測試項目： 函數(shù)信號發(fā)生器暨音樂播放器： 測試人機界面 —— 檢驗功能轉換是否正常。 拓展部分的測試 總體要求： a) 進行拓展部分測試的前提條件是，在中期檢查時，拓展任務已申請并獲得批復。 //設置占空比等于 50% TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 。 曲目編號 數(shù)據(jù)結構 電子音樂部分： 測試用計數(shù)器： test_counter，類型： unsigned int ； 曲目編號： switchmusic，類型： unsigned int； 播放音樂音頻頻率： audio_frequency，類型： unsigned int 輔助讀譜指針、持續(xù)時間計數(shù)變量： audio_ptr ， audio_dura，類型： unsigned int 函數(shù)發(fā)生部分重要變量： 波形模式選擇變量： wave，類型： unsigned int； 調用函數(shù)說明 void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel) void Port_Init(void) void TimerA0_Init(void) 功能：同基礎部分及自動增益部分 __interrupt void Timer_A0 (void) 第 22 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 功能： 進入 A0 中斷，進行函數(shù)信號發(fā)生和音樂播放的程序選擇 void song() 功能： 播放音樂并改變節(jié)拍快慢（總共有 12 檔，詳細注釋在下列代碼中） audio_dura=music_data0[audio_ptr][1]/(add/5+1)。 輸入輸出項描述 輸入項 樂曲《卡秋莎》的樂譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類型指明要存放在 ROM中 unsigned int code music_data0[][2]； 樂曲菊次郎的春天的樂譜 {頻率值，節(jié)拍值 } const 類型指明要存放在 ROM中 const unsigned int music_data1[][2]； 樂曲 荷塘月色 的樂譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類型指明要存放在程序存儲器中 第 21 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 const unsigned int music_data2[][2] 樂曲天空之城的樂譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類型指明要存放在程序存儲器中 const unsigned int music_data3[][2] 樂曲 You 的樂譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類型指明要存放在程序存儲器中 const unsigned int music_data4[][2] 輸出項 unsigned char output_sel， 驅動數(shù)碼管及指示燈示數(shù)緩存； unsigne