【正文】 七段顯示數(shù)碼管： abcdefg 七段，通過(guò)給某些段加上驅(qū)動(dòng)電壓或電流來(lái)使這些段發(fā)光，形成各種需要的字符顯示。 D/A轉(zhuǎn)換： 數(shù)模轉(zhuǎn)換，既將一個(gè)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬信號(hào)。 拓展任務(wù)二：自動(dòng)增益調(diào)節(jié) 通過(guò) 隨輸入波幅度變化 自動(dòng)更改增益等級(jí)，限制輸出的幅度，使其保持在一定的范圍內(nèi)。 第 4 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 數(shù)字音樂(lè)播放部分通過(guò)按鍵可選擇所播放音樂(lè)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(guò)單片機(jī)按鍵 實(shí)現(xiàn)音量控制 。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與分析 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)原理和 總體結(jié)構(gòu) 基礎(chǔ)部分：增益可控放大器 設(shè)計(jì)原理： 由單片機(jī)控制增益的變化，信號(hào)源的輸入信號(hào)是交流信號(hào)源（ Freq： 400Hz； Ampl： 850mVpp ；正弦波），如圖 21 中所示，由單片機(jī) MSP430 輸出控制信號(hào)控制數(shù)字開(kāi)關(guān) CD4066，控制 4 個(gè)開(kāi)關(guān)的通斷，形成運(yùn)放 電路的輸入電阻的十六種不同組態(tài)，從而使運(yùn)放電路的增益分別達(dá)到 ，?? 倍。原理如圖 22 所示，在一個(gè)周期里以等時(shí)間間隔取 128 個(gè)點(diǎn)，單片機(jī)輸出的只是這點(diǎn)上的相對(duì)應(yīng)的增益倍數(shù)，如果取的點(diǎn)足夠密，則示波器上顯示的波形可以相當(dāng)光滑。 第 6 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 單 片 機(jī)數(shù) 字 開(kāi) 關(guān)檢 波 電 路運(yùn) 算 放 大 器控 制 信 號(hào)控 制 參 數(shù)交 流 信 號(hào)直 流 信 號(hào) 圖 24 自動(dòng)增益部分結(jié)構(gòu)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?cè)鲆娣糯笃鳎河蓡纹瑱C(jī)和放大電路組成，通過(guò)按鍵控制單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出，并由該信號(hào)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(guò)鍵盤(pán)按鍵的鍵入調(diào)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(diǎn)。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生和音樂(lè)播放模塊 基礎(chǔ)部分，以及額外的 CD4066，兩個(gè)不同阻值的電阻和一個(gè)蜂鳴器構(gòu)成 自動(dòng)增益模塊 由二極管、電阻和電容構(gòu)成，取正弦波峰值輸入單片機(jī) 單片機(jī)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(hào)。 [注 1]： I/O 口：四個(gè) 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(jī)和 4066 開(kāi)關(guān)的通訊，高低電平的變化，經(jīng)過(guò)十芯插座來(lái)實(shí)現(xiàn)。 技術(shù)要求 由程序控制，準(zhǔn)確無(wú)誤地輸出對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制信號(hào)。 （ 2） TLV2372 運(yùn)算放大器：通過(guò)利用其“虛短”，“虛斷”的性質(zhì)，構(gòu)造反向放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的交流電壓的放大。如圖 7 所示。 3， 4， 5 號(hào)管腳：控制開(kāi)關(guān) B，在本電路中控制電阻 R2=40KΩ。 10， 11， 12 號(hào)管腳： 控制開(kāi)關(guān) D，在本電路中控制電阻 R4=20KΩ。 6 號(hào)引腳接 ，用以抬升輸出波形。而其組合由 MSP430 單片機(jī)小系統(tǒng)板 第 12 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 通過(guò)對(duì) CD4066 數(shù)字多路開(kāi)關(guān)的控制而實(shí)現(xiàn)的。 b) 確定電阻具體阻值 432111111 RRRRR ???? 第 13 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 查閱 TLV2372 運(yùn)算放大器的 datasheet， TLV2372 輸入阻抗實(shí)際典型值為 2MΩ，故為了讓輸入阻抗趨近于“無(wú)限大”，我們將 Rf的值取為遠(yuǎn)小于 2MΩ。 蜂鳴器：播放音樂(lè) 具體功能如下： 調(diào)頻調(diào)幅函數(shù)信號(hào)發(fā)生器： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器部分通過(guò)單片機(jī)按鍵控制，可輸出正弦波、方波、鋸齒波、三角波四種波形，通過(guò)控制單片機(jī)相關(guān)中斷程序的中斷周期和控制運(yùn)放電路輸入端電阻值，實(shí)現(xiàn)控制輸出波形的頻率及幅度 (1Hz10Hz 共 5 檔的頻率調(diào)整； 共 2 檔的幅度輸出 )。 電子音樂(lè)合成播放器： 數(shù)字音樂(lè)播放部分通過(guò)按鍵可選擇所播放音樂(lè)的曲目（ 5 首），并實(shí)現(xiàn)控制音量。 實(shí)現(xiàn)方式 函數(shù)發(fā)生器： 第 15 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 作為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器時(shí)，單片機(jī)輸出信號(hào)控制增益動(dòng)態(tài)變化，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，因此在基礎(chǔ)部分上又增加了兩個(gè)電阻，使增益的值的個(gè)數(shù)達(dá)到了 63 個(gè)，就可以在多個(gè)值中找出適當(dāng)?shù)闹蒂x給不同的點(diǎn)。 圖 37 拓展部分電路圖 音樂(lè)播放器： 由程序控制單片機(jī)輸出，其輸出高電平的頻率以及持續(xù)時(shí)間由程序來(lái)控制，不同的頻率對(duì)應(yīng)了不同的音符，而不同的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)了不同的節(jié)拍。 接口定義 輸入：接收來(lái)自基礎(chǔ)部分的輸出信號(hào)。輸出的直流信號(hào)通過(guò)單片機(jī)中的 ADC10 模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ,再與設(shè)定的閾值進(jìn)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(dòng)增益部分（擴(kuò)展 1），第一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)模式切換，切換后，若為模式 0，則進(jìn)入增益可控放大器模塊；若為模式 1，則進(jìn)入自動(dòng)增益部分。 程序源代碼見(jiàn)附錄。對(duì)鍵盤(pán)防抖進(jìn)行掃描 （ 首先檢測(cè)按鍵是否被按下，同時(shí)設(shè)置一定的按鍵延時(shí)以保持按鍵的穩(wěn)定 ） ，并順序掃描驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 顯示增益倍數(shù) 。 輸出項(xiàng) 輸出包括在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前的增益倍數(shù)，以及用單片機(jī)的引腳控制模擬開(kāi)關(guān) CD4066 的相應(yīng)控制端，以獲取正確的放大倍數(shù)。數(shù)據(jù)來(lái)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(diǎn) amp。0 default: AA=0xff。通過(guò)按鍵可實(shí)現(xiàn)五首歌的切換。 輔助讀譜指針、持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)； nsigned int test_counter。 TA1CCR0 = 1000000/audio_frequency。 2) 教師對(duì)學(xué)生自測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行檢查，并當(dāng)場(chǎng)評(píng)分。 c) 教師核實(shí)并在“科技創(chuàng)新 [2]檢查和評(píng)分記錄表”上記錄有關(guān)情況。檢測(cè)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(hào)發(fā)生器時(shí)，觀察四種數(shù)學(xué)波形是否光滑，周期是否穩(wěn)定，是否有毛刺； 調(diào)頻與調(diào)幅 —— 在信號(hào) 發(fā)生器狀態(tài)下，通過(guò)按鍵，增減波形的頻率及幅度，并查看波形。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂(lè)播放器測(cè)試 1）按要求接線，檢測(cè)是否能通過(guò)按鍵一選擇函數(shù)發(fā)生或者音樂(lè)播放模式。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生暨電子音樂(lè)合成播放器 函數(shù)波形實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波，鋸齒波和方波，效果良好，頻率 5 檔 可調(diào)，幅度 2 檔 可調(diào)。在我們的 整個(gè)實(shí)驗(yàn)中面對(duì)困難與困惑時(shí) ，我們 得到了許多人的熱情的幫助。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，遇到一些問(wèn)題和疑惑，身邊的學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐 總是給出及時(shí)的幫助，在此表示感謝。 經(jīng)過(guò)辛苦的長(zhǎng)時(shí)間待在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，也慢慢感受到了電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的難度 ，積累了使用器材的經(jīng)驗(yàn)，提高了自身的動(dòng)手能力 。 一開(kāi)始面對(duì)此次的課程任務(wù)，我們都覺(jué)得內(nèi)容不是特別容易理解，開(kāi)發(fā)環(huán)境也并不 第 31 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 熟悉；并且由于組內(nèi)有轉(zhuǎn)院的同學(xué)，對(duì)這一方面的操作并不熟悉。 在此將我們的經(jīng)驗(yàn)心得總結(jié)如下： 硬件設(shè)計(jì)方面，我們有以下心得： 1：事先做好布線設(shè)計(jì) 此次的實(shí)驗(yàn)中增益可控放大電路的布線比較復(fù)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(kāi)關(guān)以及 10 排插線部分，接線復(fù)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(gè)節(jié)點(diǎn)上的情況，一般的方法是用導(dǎo)線 把不相連的焊接點(diǎn)連接到一起增大可以焊接的支路條數(shù)。只有在確認(rèn)器材沒(méi)問(wèn)題的情況下進(jìn)行調(diào)試，才能進(jìn)一步分析、評(píng)估與總結(jié)。 4：測(cè)試時(shí)，接線要認(rèn)真核對(duì)，保證對(duì)應(yīng)的線路接在對(duì)應(yīng)的位置，比如單片機(jī)的三個(gè)接口，如果接線錯(cuò)誤并且沒(méi)及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試造成不必要的麻煩。 2：一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接三條以上支路時(shí)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(jī)的設(shè)計(jì)與使用，并且撰寫(xiě)了格式規(guī)范的科技報(bào)告。 這次實(shí)驗(yàn)與大一時(shí)進(jìn)行的工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新【 1】相比，難度增加了許多，也從單人實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為了小組實(shí)驗(yàn) ，對(duì)組員各取所長(zhǎng)通力合作的團(tuán)隊(duì)精神有了更高的要求 ， 也要求我們 將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步運(yùn)用于電子設(shè)計(jì)當(dāng)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(shè)計(jì)。 一開(kāi)始我們對(duì)理論知識(shí)認(rèn)識(shí)不夠深入； 而在老師講解之后，讓我們對(duì)沒(méi)見(jiàn)過(guò)的功能電路設(shè)計(jì)有了更深的了解，也讓我們注意到一些可能被忽略的問(wèn)題； 還有助教也能幫助我們?cè)谄鞑牡氖褂蒙咸峁┝撕艽蟮膸椭? 自動(dòng)增益調(diào)節(jié) 通過(guò)接收基礎(chǔ)部分的輸出電壓，并對(duì)電壓進(jìn)行判斷，可以使輸出電壓達(dá)到設(shè)定的范圍 （ ） 以內(nèi) 第 27 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 6. 致謝 本次科技創(chuàng)新 2A 項(xiàng)目主要是在 MSP430 單片機(jī)小系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行 開(kāi)發(fā)、 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)各種功能。 3）當(dāng)選擇音樂(lè)播放時(shí)，檢測(cè)能否通過(guò)按鍵二選擇音樂(lè)，能否通過(guò)按鍵三和四增減音量。 2）按要求接線，檢測(cè)是否能通過(guò)按鍵一選擇增益可控運(yùn)算放大器模式。 具體測(cè)試項(xiàng)目： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂(lè)播放器： 測(cè)試人機(jī)界面 —— 檢驗(yàn)功能轉(zhuǎn)換是否正常。 拓展部分的測(cè)試 總體要求： a) 進(jìn)行拓展部分測(cè)試的前提條件是，在中期檢查時(shí)，拓展任務(wù)已申請(qǐng)并獲得批復(fù)。 //設(shè)置占空比等于 50% TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 。 曲目編號(hào) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 電子音樂(lè)部分： 測(cè)試用計(jì)數(shù)器： test_counter，類(lèi)型： unsigned int ； 曲目編號(hào)： switchmusic，類(lèi)型： unsigned int； 播放音樂(lè)音頻頻率： audio_frequency，類(lèi)型： unsigned int 輔助讀譜指針、持續(xù)時(shí)間計(jì)數(shù)變量： audio_ptr ， audio_dura，類(lèi)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(lèi)型： unsigned int； 調(diào)用函數(shù)說(shuō)明 void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel) void Port_Init(void) void TimerA0_Init(void) 功能：同基礎(chǔ)部分及自動(dòng)增益部分 __interrupt void Timer_A0 (void) 第 22 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 功能： 進(jìn)入 A0 中斷，進(jìn)行函數(shù)信號(hào)發(fā)生和音樂(lè)播放的程序選擇 void song() 功能： 播放音樂(lè)并改變節(jié)拍快慢（總共有 12 檔，詳細(xì)注釋在下列代碼中） audio_dura=music_data0[audio_ptr][1]/(add/5+1)。 輸入輸出項(xiàng)描述 輸入項(xiàng) 樂(lè)曲《卡秋莎》的樂(lè)譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類(lèi)型指明要存放在 ROM中 unsigned int code music_data0[][2]； 樂(lè)曲菊次郎的春天的樂(lè)譜 {頻率值，節(jié)拍值 } const 類(lèi)型指明要存放在 ROM中 const unsigned int music_data1[][2]； 樂(lè)曲 荷塘月色 的樂(lè)譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類(lèi)型指明要存放在程序存儲(chǔ)器中 第 21 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 const unsigned int music_data2[][2] 樂(lè)曲天空之城的樂(lè)譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類(lèi)型指明要存放在程序存儲(chǔ)器中 const unsigned int music_data3[][2] 樂(lè)曲 You 的樂(lè)譜 {頻率值，節(jié)拍值 } code 類(lèi)型指明要存放在程序存儲(chǔ)器中 const unsigned int music_data4[][2] 輸出項(xiàng) unsigned char output_sel， 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管及指示燈示數(shù)緩存； unsigne