【正文】 脈沖則作為單片機(jī)確認(rèn)執(zhí)行增大或減小功能的依據(jù)。當(dāng)有脈沖產(chǎn)生時(shí)，三極管 Q1 被導(dǎo)通，此時(shí)紅外二極管的一端接地，此時(shí)紅外二極管發(fā)出光脈 第 22 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 沖。此 時(shí)二極管兩端的電壓大約為 。 FR12 .7 k ΩQ12 N 1 7 1 1R4470ΩC32 2 181。 隨后，將檢波電路輸出的直流電壓接入兩片運(yùn)算放大器中，這兩片運(yùn)算放大器主要起電壓比較的功能。當(dāng)單片機(jī)接收到 0， 1 的數(shù)字信號(hào)時(shí)，單片機(jī)則控制多路開關(guān)實(shí)行原有的增益值。 進(jìn)入電子音樂模塊， 可播放音樂《喀秋莎》、《葫蘆娃 》 、《天空之城》。本小組選用的六個(gè)并聯(lián)電阻的阻值為 R1=10kΩ , R2=20kΩ ,R3=40kΩ，R4=80kΩ， R5=160kΩ， R6=320kΩ ， R7=640kΩ， 單片機(jī)通過控制兩片多路開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)128 不同的等效阻值 。但是眾所都知，音樂的音調(diào)與音量都是變化的，在此音調(diào)的變化是由單片機(jī)輸出的方波頻率而決定。 （ 2）基礎(chǔ) +音樂合成 +信號(hào)發(fā)生器 +紅外音量遙 控 ，結(jié)構(gòu)見圖 19 開中斷 系統(tǒng)初始化 按鍵掃描 對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理 數(shù)碼管顯示 電壓信號(hào)掃描 中斷掃 描 系統(tǒng)初始化 按鍵掃描 波形輸出 音樂 1/2/3 中斷服務(wù)函數(shù) 第 29 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 19 基礎(chǔ) +音樂合成 +信號(hào)發(fā)生器 +紅外音量遙控 功能：主體結(jié)構(gòu)仍是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)部分信號(hào)的增益與輸出顯示。= ~BIT4。 。 當(dāng)檢測到某一鍵按下時(shí)，并不馬上響應(yīng)，而是 設(shè)定了變量 pre1 和 pre2 進(jìn)行檢測，以此實(shí)現(xiàn)消抖功能。 int sin_n2[] ={0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 27, 28, 30, 32, 25, 34, 35, 36, 37, 38, 38, 39, 40, 40, 41, 41, 42, 42, 42, 42, 42, 41, 41, 40, 40, 39, 38, 37, 36, 35, 34, 32, 30, 29, 28, 26, 24, 23, 22, 19, 18, 16, 14, 12, 10, 8, 5, 2, 1 }。通過按鍵可實(shí)現(xiàn)三首歌的切換。 BIT0、 P2IN amp。 //將 引腳與 160 千歐電阻相連， 將 引腳與 320 千歐電阻相連 P1DIR |= BIT4+BIT5+BIT6+BIT7+BIT0+BIT1。 P2DIR amp。 R f 13kΩC12 2 181。當(dāng)單片機(jī)等時(shí)間間隔的有規(guī)律的改變接入電阻的大小，則可以在示波器上得到幅值有規(guī)律變化的正弦波，如果該規(guī)律進(jìn)行周期性變化，則在示波器上可以清楚的看到輸入的 正弦波的外包絡(luò)線呈現(xiàn)出清晰的波形。 接口定義 第 26 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 實(shí)現(xiàn)方式 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器 ： R f 120kΩC12 2 181。 進(jìn)入函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模塊， 通過單片機(jī)上的按鍵可以選擇輸出的波形，同時(shí)在 示波器上可以清楚的看到波形。 F U3TL V 2 2 1 1 C D B V13254U2TL V 2 2 1 1 C D B V13254R41kΩR59kΩR66kΩ單片機(jī)N E T_ 3 圖 312 自動(dòng)增益電路圖 大器的負(fù)向輸入端接有預(yù)定的閾值電壓。 。 第 23 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 V13 . 3 V R11kΩU 1 AT L V 2 3 7 2 I D32481R21 0 .1 k ΩR31kΩL E D 1 圖 310 紅外接收電路圖 （ 3） 音樂播放及耳機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 通過使用基礎(chǔ)部分電路以及電子音樂合成部分的電路，通過增加耳機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，則可以在耳機(jī)中獲得清晰的音樂信號(hào)。 FJ1K e y = A J2K e y = A R23kΩR33kΩR43kΩR53kΩV13 . 3 V V23 . 3 V C31 181。 如圖 39 所示，當(dāng)按鍵 J1,J2 接通時(shí)， R4， C3 或者 R5， C4 所組成的 RC 串聯(lián)電路將會(huì)導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn) RC 充電電路，選擇不同的 R， C 的值，將會(huì)導(dǎo)致 RC 充電電路的充電時(shí)長有很大的差異。增益等級(jí)和各檔阻值如下表 32 此時(shí)需指出的是，當(dāng)用直流萬用表測量輸出端的電壓時(shí)，仍有 的讀數(shù)，其原因在于 Vo 中不僅包含有直流部分還有交流部分，通過觀察 Vo(t)的表達(dá)式不難發(fā)現(xiàn)此點(diǎn)。 2 號(hào)引腳需接輸出端以及反向放大電路中的輸入電阻。其中， 3 號(hào)， 4 號(hào)管腳為開關(guān)輸入、輸出端， 5 為控制端，接單片機(jī) 口。 （ 2） TLV2372 運(yùn)算放大器：通過利用其“虛短”，“虛斷”的性質(zhì)，構(gòu)造反響放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的交流電壓的放大。并且遙控效果不隨距離或中間的間隔物的影響而大幅下降。 自動(dòng)增益： 可接收外部電路反饋的數(shù)字信號(hào)，從而可確定電壓改變的方向，通過自動(dòng)循環(huán)可逐漸將電壓改變至可接受的范圍內(nèi)。 圖 23 自動(dòng)增益部分結(jié)構(gòu)圖 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和電子音樂合成播放 在基礎(chǔ)部分的基礎(chǔ)上將兩塊 CD4066 并聯(lián)，在運(yùn)放的反向輸入端在加 2 檔電阻，同時(shí)增加單片機(jī)的控制線，由另一片 CD4066 四個(gè)中的兩個(gè)模擬開關(guān)控制，來產(chǎn)生 26 1＝ 63 種阻值，再通過運(yùn)放電路放大，產(chǎn)生近似的連續(xù)電壓 。 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) 第 8 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 基礎(chǔ)部分 本系統(tǒng)是由單片機(jī)控制的增益可控放大器系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的按鍵輸入，通過單片機(jī)的處理，分別輸出到數(shù)碼管與液晶顯示模塊，以顯示相應(yīng)的增益等級(jí)，并輸出信號(hào)來控制增益放大器電路模塊，實(shí)現(xiàn) 倍道 倍，共 15 個(gè)增益等級(jí)的電壓輸出。 實(shí)際完成后的功能 基礎(chǔ)部分 實(shí)現(xiàn)了可控增益的功能，放大器的增益包括 15 個(gè)等級(jí)，以 為間隔從 至 倍；實(shí)現(xiàn)了人機(jī)操作界面，通過中間 2 個(gè)按鍵來選擇 到 這 15 個(gè)增益等級(jí)， 最后一個(gè)按鍵直接切到 。即 其中 Vi 為各級(jí)實(shí)測電壓， Vk 為各級(jí)標(biāo) 準(zhǔn)電壓。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：信號(hào)發(fā)生器是利 用可控增益運(yùn)算放大電路，每隔 5 ms 對(duì)輸入電壓進(jìn)行采樣，通過單片機(jī)來控制電路中的 7 個(gè)開關(guān)，形成各種幅值的電壓，從而形成各種各樣的波形。 單片機(jī) ： 又稱單片微控制器 ,， 把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。 技術(shù)文件 完成時(shí)間： 2020 年 11 月 28 日 工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新 [2A] 設(shè)計(jì)報(bào)告 項(xiàng) 目 名 稱 ： 增 益 可 程 序 控 制 的 放 大 器 電 路 設(shè) 計(jì) 小 組 編 號(hào) ： 9 設(shè) 計(jì) 小 組 名 單 ： 梁 詩 宇 (組長 )、 李 成 偉 、 徐 貺 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 地 址：東川路 800 號(hào) 郵 編： 202040 班級(jí) 學(xué)號(hào) 具體負(fù)責(zé)的工作 聯(lián)系方式 梁詩宇 F1103024 5110309713 基礎(chǔ)部分、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、電子音樂發(fā)生、自動(dòng)增益和紅外遙控硬件制作以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫 15502188513 李成偉 F1103021 5110309627 基礎(chǔ)部分、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、電子音樂發(fā)生、自動(dòng)增益和紅外遙控軟件制作以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫 18817518960 徐貺 F1103024 5110309702 實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 地 址：東川路 800 號(hào) 郵 編： 202040 摘 要 ： 本設(shè)計(jì)包括了 MSP430 實(shí)現(xiàn)的可控增益放大器、信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放、自動(dòng)增益、紅外線音量遙控四個(gè)模塊。包括 CPU（進(jìn)行運(yùn)算、控制）、 RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）、 ROM（程序存儲(chǔ)）、輸入 /輸出設(shè)備（串行口、并行輸出口等）。 電子音樂播放器：通過調(diào)節(jié)蜂鳴器路端電壓頻率和有效值來發(fā)出特定音頻音量的音樂的器件。 拓展部分 自動(dòng)增益調(diào)節(jié) 電路 通過隨輸入波幅度變化 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)。 各等級(jí)下增益值的相對(duì)誤差小于 3% 拓展部分 函數(shù)信號(hào)發(fā)生部分通過單片機(jī)按鍵控制可實(shí)現(xiàn)方波、三角波、正弦波、鋸齒波的輸出，可通過按鍵 2 循環(huán)選擇波形種類，并可以通過按鍵 3， 4 的組對(duì)輸出波形進(jìn)行三檔不同頻率的調(diào)制以及三檔不同幅度的調(diào)制。 由單片機(jī)控制增益的變化，信號(hào)源的輸入信號(hào)是 ，頻率為 600Hz 的交流電壓源 Vi，通過 MSP430 輸出控制信號(hào)控制數(shù)字開關(guān) CD4066，控制 4 個(gè)開關(guān)的痛斷，形成反響放大電路的輸入電阻的 16 種不同的阻值，從而使運(yùn)算放大電路的增益 分別達(dá)到 ， ， …… 倍。利用單片機(jī)小系統(tǒng)周期性動(dòng)態(tài)連續(xù)地 改變放大器增益，可在輸出端看到由正弦波外包絡(luò)線所組成的正弦波，方波，三角波以及鋸齒波 。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器： 通過軟件控制六路信號(hào)通過的 D/A 轉(zhuǎn)換在放大器的輸出端輸出 外包絡(luò)線為 正弦，三角，方波 ，鋸齒等四種完整的數(shù)學(xué)波形。 第 12 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) 圖 31 硬件總體結(jié)構(gòu)圖 硬件總體分為六部分： 1 單片機(jī)小系統(tǒng)模塊 2 基礎(chǔ)部分增益模塊 3 函數(shù)發(fā)生模塊 4音樂發(fā)生模塊 5 紅外遙控模塊 表 31 硬件總體模塊列表 單片機(jī)小系統(tǒng)模塊 用于信號(hào)接收與處理，含單片機(jī)等芯片和電路 基礎(chǔ)增益模塊 實(shí)現(xiàn)放大功能的主要模塊，由模擬開關(guān)，電阻， 運(yùn)算放 大器組成 ，從單片機(jī)系統(tǒng)接受信號(hào) 。 接口定義 CD4066 數(shù)字多路開關(guān) CD4066 共 14 個(gè)管腳。 6， 8， 9 號(hào)管腳：控制開關(guān) C，在本電路中控制電阻 R3=40KΩ。 1 號(hào)引腳需 接輸出端，此引腳對(duì)地電壓即為反向放大電路的輸出電壓。但是在測量增益時(shí)，需使用交流電壓表進(jìn)行測量。在此，本小組選用 R4=3kΩ ,C3=1μ F 以及 R5=3kΩ ,C4=10μ F。 FC41 0 181。電子音樂合成部分將在電子音樂合成與播放部分進(jìn)行詳細(xì)的敘述，在這里就不贅述了。 實(shí)現(xiàn)方法 如圖 312 所示，在基礎(chǔ)部分電路的輸出端首先增加了有檢波二極管，一個(gè)大電阻和一個(gè)大電容所組成的檢波電路。顯然，當(dāng)來自檢波電路的輸出電壓大于高閾值電壓且大于低閾值電壓時(shí)，運(yùn)算放大器 U2 和運(yùn)算放大器 U3 的輸出端均會(huì)輸出 ，對(duì)應(yīng)的數(shù) 第 25 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 字信號(hào) 為 1 和 1；當(dāng)檢波電路的輸出電壓低于高閾值電壓且高于低閾值電壓