【文章內(nèi)容簡介】 大于 。使得在示波器上輸出隨著輸入信號的增大而連續(xù)的變化，并 在 Upp=， ， 三點處分 段連續(xù)。 紅外遙控部分可實現(xiàn)：當(dāng)對紅外線發(fā)射板上的音量增大，減小鍵的按壓，可實現(xiàn)耳機(jī)中音樂聲音的增大和減小。通過運(yùn)用運(yùn)算放大器的特性使得遙控的靈敏度不會隨外界陽光，室內(nèi)日光燈的光強(qiáng)的改變而驟然下降，也不會隨發(fā)生器和接受器之間阻隔雜物而驟然下降，使得遙控裝置抗干擾強(qiáng)，靈敏度高。 系統(tǒng)的設(shè)計原理與分析 系統(tǒng)的設(shè)計原理和總體結(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，并輸出信號來控制增益放大器電路模塊，實現(xiàn) 倍道 倍，共 15 個增益等級的電壓輸出。 由單片機(jī)控制增益的變化，信號源的輸入信號是 ，頻率為 600Hz 的交流電壓源 Vi，通過 MSP430 輸出控制信號控制數(shù)字開關(guān) CD4066，控制 4 個開關(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。最后通過萬用表測量輸出信號。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)可由 21 表示，其中控制電阻通斷的電路可由圖 22 簡易表示。 圖 21 基礎(chǔ)部分結(jié)構(gòu)圖 圖 22 增益控制原理圖 自動增益 本拓展部分將基礎(chǔ)部分的輸出端所輸出的交流電壓通過檢波二極管，電阻，電容所組成的檢波電路，使得交流信號變?yōu)榉递^小的直流信號。并用運(yùn)算放大器將獲得的直流信號與 第 9 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 預(yù)訂的兩個閾值電壓做比較，從而在運(yùn)算放大器的輸出端輸出 或 0V 的電壓，此時所對應(yīng)的數(shù)字信號即為 1 和 0。繼而，將該數(shù)字信號 返回單片機(jī)中，單片機(jī)根據(jù)外電路所反饋的 1， 0 組合實現(xiàn)對模擬開關(guān)即 CD4066 的合理的控制。并通過多次循環(huán)使輸出電壓升高或降至合理的電壓范圍內(nèi)。 圖 23 自動增益部分結(jié)構(gòu)圖 函數(shù)信號發(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，同時增加單片機(jī)的控制線，由另一片 CD4066 四個中的兩個模擬開關(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 。利用單片機(jī)小系統(tǒng)周期性動態(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 。通過對方波進(jìn)行有規(guī)律的調(diào)幅以及調(diào)頻，則可以合成電子音樂并通過揚(yáng)聲器播放。 圖 24 函數(shù)信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī) 多路開關(guān) 運(yùn)算放大器 檢波電路 雙運(yùn)算放大器比較電路 控制信號 參數(shù) 交流 信號 直流 信號 數(shù)字信號 單片機(jī) 多路開關(guān) 運(yùn)算放大器 示波器 交流信號源 控制信號 參數(shù) 交流信號輸入 波形輸出 單片機(jī) 多路開關(guān) 運(yùn)算放大 器 揚(yáng)聲器 控制信號 參數(shù) 音樂信號 音樂信號輸出 第 10 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 25 電子音樂合成與播放器結(jié)構(gòu)圖 紅外遙控音量放大電路 在基礎(chǔ)部分的可控增益放大電路和電子音樂合成和播放拓展部分的基礎(chǔ)上， 再增加紅外發(fā)射和紅外接收兩個部分即可實現(xiàn)紅外遙控音量的目的。 通過紅外發(fā)射部分的按鍵可以使得紅外二極管發(fā)射兩種不同寬度的光脈沖，紅外接收部分的紅外二極管通過接收光脈沖而改變二極管兩端的電壓，通過與運(yùn)算放大器所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)電壓比較，則可將一定寬度的光脈沖轉(zhuǎn)換為一定寬度的數(shù)字信號。將該數(shù)字信號反饋回單片機(jī)，單片機(jī)接收脈沖后，通過判斷脈沖延遲的時間確定增減可控增益部分的輸入電阻的阻值，從而實現(xiàn)對音量大小的調(diào)節(jié)。 圖 26 紅外遙控音量調(diào)節(jié)電路結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的功能 鍵盤與顯示： 基礎(chǔ)部分 4 鍵控制， 拓展部分 4 鍵控制 ， 7 段數(shù)碼管顯示增益幅度 ，波形種類，頻率，當(dāng)前調(diào)節(jié)模式等多種信息。 按鍵 紅外二極管 紅外發(fā)射部分 紅外二極管 運(yùn)算放大器 單片機(jī) 多路開關(guān) 運(yùn)算放大器 耳機(jī) 控制信號 參數(shù) 音樂信號 音樂信號輸出 紅 外接收 部分 電壓信號 光脈沖 比較電壓 數(shù)字信號 音樂播放部分 第 11 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 可控增益放大器：增益大小從 倍至 倍 ，以 為間隔共 15 檔，每檔增益誤差均在 3%的范圍內(nèi)。 自動增益： 可接收外部電路反饋的數(shù)字信號，從而可確定電壓改變的方向，通過自動循環(huán)可逐漸將電壓改變至可接受的范圍內(nèi)。 函數(shù)信號發(fā)生器： 通過軟件控制六路信號通過的 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。通過按鍵選擇所要顯示的波形，連接到示波器后，示波器屏幕上會顯示該波形，同時在七段數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的字符，如“ 1”代表方 波，“ 2”代表三角波，“ 3”代表正弦 波，“ 4”代表鋸齒波。同樣通過按鍵，可以 進(jìn)行三檔不同頻率 的調(diào)制以及三種不同幅度的調(diào)制。 電子音樂合成及播放： 通過增加一個多路開關(guān) ， 使得增益檔數(shù)成幾何數(shù)增長。使得 由單片機(jī)輸出頻率按 曲調(diào)變化的方波信號經(jīng)過集成放大電路后在輸出端驅(qū)動一個蜂鳴器，并產(chǎn)生電子音樂。通過單片機(jī)上的按鍵，可以播放“喀秋莎”，“葫蘆娃”，“天空之城”三首不同的歌曲，與此同時，可以通過按鍵對歌曲的音量大小實現(xiàn)三檔改變。 紅外遙控： 通過按壓紅外發(fā)射板上的按鍵，可以實現(xiàn)對電子音樂合成與播放部分所播放的電子音樂 的音量大小逐級增大或減小的功能。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。 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 用于信號接收與處理，含單片機(jī)等芯片和電路 基礎(chǔ)增益模塊 實現(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 。 紅外遙控模塊 基礎(chǔ)增益的拓展模塊，含基礎(chǔ)電路，紅外線發(fā)生器和接受器，將信號通過紅外線傳給單片機(jī)系統(tǒng) 函數(shù)信號發(fā)生模塊 基礎(chǔ)部分， 再加兩個電阻和一塊 CD4066 開關(guān)組成 音樂發(fā)生模塊 由函數(shù)發(fā)生模塊再加一蜂鳴器組成 單片機(jī)小系統(tǒng) 描述 紅外控制電路 MSP430 CD4066 CD4066 函數(shù)發(fā)生電路 基礎(chǔ)放大電路 增益輸出 波形輸出 音樂合成電路 音樂播放 第 13 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 功能描述 可由系統(tǒng)本身的按鍵產(chǎn)生增益控制信號。并將正確的響應(yīng)經(jīng) I/O 接口輸出至外電路。 由 I/O 接口 [注 3]接收 增益控制 信號 ， 并將正確的響應(yīng)再經(jīng) I /O 接口 輸出至外電路 。 所對應(yīng)的增益放大倍數(shù)可顯示在系統(tǒng)的七段數(shù)碼管上。 [注 3]： 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 P1~P2：通用 I/O 口； VCC：電源端，一般接 ； GND：電源地； XTAL1， XTAL2：外接晶體振蕩器，不能超過 24M；需加微調(diào)電容，一般為 30pF； RST/VPD：復(fù)位端，平時為低電平； ALE/PROG：地址鎖存允許信號端； EA/Vpp：外部程序存儲器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端； Y1C915PC810uFS1S W P BA L EWRRDR X DT X DI N T 0E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10V C C40GND20U18 9 S 5 2V C CP S E NP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17T0T1I N T 1P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27V C CR610KR4101R510KC 1015PX1X2 圖 32 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 [4] 增益可控放大電路 第 14 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 功能描述 由 CD4066 數(shù)字模擬多路開關(guān)控制， TLV2372 運(yùn)算放大電路控制，線性放大輸入的交流電壓。具體功能如下： （ 1） CD4066 數(shù)字開關(guān)：控制 10kΩ ,20kΩ ,40kΩ ,80kΩ ,4 檔電阻的接入。 （ 2） TLV2372 運(yùn)算放大器：通過利用其“虛短”，“虛斷”的性質(zhì)，構(gòu)造反響放大電路實現(xiàn)對輸入的交流電壓的放大。 接口定義 CD4066 數(shù)字多路開關(guān) CD4066 共 14 個管腳。 2 個管腳接 電源以供電， 12 個管腳控制 4 個獨立開關(guān)。如圖 7 所示。 圖 33 CD4066 管腳定義和 內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) [5] 7， 14 號管腳：集成電路供電端， 14 號管腳接 電壓； 7 號管腳接地。 1， 2， 13 號管腳：控制開關(guān) A，在本電路中控制電阻 R1=10KΩ。其中， 1 號， 2 號管腳為開關(guān)輸入、輸出端， 13 為控制端， 接單片機(jī) 口。 3， 4， 5 號管腳：控制開關(guān) B，在本電路中控制電阻 R2=20KΩ。其中， 3 號， 4 號管腳為開關(guān)輸入、輸出端， 5 為控制端，接單片機(jī) 口。 6， 8， 9 號管腳：控制開關(guān) C，在本電路中控制電阻 R3=40KΩ。其中， 8 號， 9 號管腳為開關(guān)輸入、輸出端， 6 為控制端，接單片機(jī) 口。 第 15 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 10， 11， 12 號管腳：控制開關(guān) D，在本電路中控制電阻 R4=80KΩ。其中， 10 號， 11號管腳為開關(guān)輸入、輸出端， 12 為控制端，接單片機(jī) 口。 TLV2372 運(yùn)算放大器 TLV2372 共八個引腳，其中 兩個引腳接 外接電源，另外六個引腳組成 2 個獨立的運(yùn)算放大器。 圖 34 TLV 管腳定義和內(nèi)部電路結(jié)構(gòu) [5] 8 號引腳接 的正電源， 4 號引腳接地，此兩個引腳為運(yùn)算放大器提供電源。 3 號引腳接 直流電壓，用以抬升輸出波形。 2 號引腳需接輸出端以及反向放大電路中的輸入電阻。 1 號引腳需 接輸出端，此引腳對地電壓即為反向放大電路的輸出電壓。 技術(shù)要求 模塊整體的相關(guān)技術(shù)要求： 焊接良好，線路清晰， 表面走線較少，背面走線較多。 沒 有太多交叉，十分 簡潔 明了 人機(jī)界面友好 ， 按鍵消抖 ， 輸入電壓： V 放大器的增益至少包括 15 個標(biāo)準(zhǔn)值等級：從