【文章內(nèi)容簡介】 成電路的外形和接線方式一樣，但樂曲不同。因此選購時最好臨時搭接外圍元件視聽一下曲調(diào)是否滿意。（2）不同系列的音樂集成電路，它們的工作電壓差異較大，若大于這個電壓音調(diào)就會失真，～5V。使用時應(yīng)注意正確選擇工作電壓，才能保證集成電路的正確工作。（3）外接電阻阻值大小與輸出樂曲的音調(diào)有關(guān)，阻值小時音調(diào)高，阻值大時音調(diào)低，調(diào)試時應(yīng)注意阻值的選取。（4）有的系列電路雖能驅(qū)動壓電蜂鳴器，但輸出的電流極小，對于這類集成電路在外接功放時要注意。（5）音樂集成電路由CMOS電路構(gòu)成，因此焊接時應(yīng)將電烙鐵外殼可靠接地，或待電烙鐵燒熱后切斷電源用余熱進行焊接。 音樂集成電路報警模塊設(shè)計該模塊用到了整流二極管[7]、晶體三極管、直流繼電器及音樂集成電路等電器元件，下面將對各個元件的工作原理及型號的選用做詳細的介紹。 晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的pn結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于pn 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。 當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑制作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。 當外加的反向電壓高到一定程度時，pn結(jié)空間電荷層中的電場強度達到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為整流二極管的擊穿現(xiàn)象。二極管最重要的特性就是單向?qū)щ娦?。在電路中，電流只能從二極管的正極流入，負極流出。下面通過簡單的實驗說明二極管的正向特性和反向特性。（1）正向特性 在電子電路中，將整流二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式稱為正向偏置。當加在二極管兩端的正向電壓很小時，整流二極管仍然不能導通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當正向電壓達到某一數(shù)值（這一數(shù)值稱為“門檻電壓”，）以后，整流二極管才能直正導通。導通后二極管兩端的電壓基本上保持不變（，），稱為二極管的“正向壓降”。 （2）反向特性 在電子電路中，二極管的正極接在低電位端，負極接在高電位端，此時二極管中幾乎沒有電流流過，此時二極管處于截止狀態(tài)，這種連接方式，稱為反向偏置。整流二極管處于反向偏置時，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當整流二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單向?qū)щ娞匦?，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。在本設(shè)計中對整流二極管并沒有太多的性能要求，只要具備了二極管的單向?qū)щ娦跃涂梢粤?，在電路中起到保護電子元件的作用。所以本設(shè)計將采用IN4007型鍺二極管。 晶體三極管的選用晶體三極管[8]是一種電流放大器件，有集電極C，基極B，發(fā)射極E三個極。晶體三極管按材料分常見的有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，使用最多的是硅NPN和PNP兩種，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的。我們僅以NPN型硅三極管的共發(fā)射極放大電路為例來說明一下三極管放大電路的基本原理。圖42 NPN型硅三極管引腳圖如上圖42所示，我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流Ic受基極電流Ib的控制，并且基極電流Ib很小的變化，會引起集電極電流Ic很大的變化，Ic 的變化量與Ib變化量之比稱作三極管的放大倍數(shù)β。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。 三極管在實際的放大電路中使用時，還需要加合適的偏置電路。首先是由于三極管BE結(jié)的非線性（相當于一個二極管），基極電流必須在輸入電壓大到一定程度后才能產(chǎn)生（對于硅管，）。，基極電流Ib就可以認為是0。，如果不加偏置的話，這么小的信號就不足以引起基極電流Ib的改變（，基極電流都是0）。如果我們事先在三極管的基極上加上一個合適的電流（叫做偏置電流，上圖中那個電阻Rb就是用來提供這個電流的，所以它被叫做基極偏置電阻），那么當一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時，小信號就會導致基極電流Ib的變化，而基極電流Ib的變化，就會被放大并在集電極上輸出。另一個原因就是輸出信號范圍的要求，如果沒有加偏置，那么只有對那些增加的信號放大，而對減小的信號無效（因為沒有偏置時集電極電流為0，不能再減小了）。而加上偏置，事先讓集電極有一定的電流，當輸入的基極電流Ib變小時，集電極電流Ic就可以減??；當輸入的基極電流Ib增大時，集電極電流Ic就增大。這樣減小的信號和增大的信號都可以被放大了。 對于PNP型三極管，分析方法類似，不同的地方就是電流方向跟NPN的剛好相反。三極管的工作狀態(tài)可以分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，根據(jù)三極管發(fā)射極和集電極偏置情況，可以判別其工作狀態(tài)：（1）對于NPN三極管來說，當Ube≤0時，三極管發(fā)射極處于反向偏置，Ib≈0，三極管工作在截止區(qū)；（2）當晶體三極管發(fā)射極處于正向偏置而集電極處于反向偏置時，三極管工作在放大區(qū)，Ic隨Ib近似作線性變化；（3）當發(fā)射極和集電極均處于正向偏置狀態(tài)時，三極管工作在飽和區(qū)，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。在本設(shè)計中三極管選用型號為S9014 NPN型硅三極管。 電磁繼電器的選用繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。在本設(shè)計中為了安全保護須在音樂集成電路中接入電磁繼電器，而繼電器的選用為了達到供電電壓的一致從而選用5V直流繼電器。本設(shè)計中音樂集成電路的設(shè)計如圖43所示。當無線接收模塊（LRT15CTM4S紅外接收遠程控制系統(tǒng)模塊）收到無線發(fā)射模塊（彩色電視遙控器）的脈沖信號后，單片機接收到該脈沖信號后讓P27口上電，當P27口有高電平輸出時，通過基極偏置電阻R1給三極管加一偏置電流，三極管Q1正向偏置，直流繼電器KA吸合，音樂集成電路發(fā)出報警信號，播放一遍音樂后便處在預(yù)警狀態(tài)，當彈簧開關(guān)KM1受到外界振動信號觸發(fā)后將會再次接通音樂集成電路，達到電動車防盜報警的目的。圖43 音樂集成電路報警模塊 本章小結(jié)本章對音樂集成電路報警模塊所采用的整流二極管、晶體三極管、直流繼電器及音樂集成電路等電器元件的工作原理進行了詳細的介紹，并設(shè)計了適合本設(shè)計所需的音樂集成電路報警模塊，講解了該模塊的工作原理。5 安裝與調(diào)試安裝是產(chǎn)品開發(fā)結(jié)構(gòu)化的表現(xiàn)，合理的安裝可以節(jié)約空間，使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊。調(diào)試對產(chǎn)品開發(fā)來說是必須的，也是產(chǎn)品開發(fā)過程中非常重要的一部分，主要分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試是指在硬件全部焊接好以后,檢查是否有焊錯、漏焊、虛焊、元件有沒有接錯、接反的過程。軟件調(diào)試是指在軟件開發(fā)過程中及時改正測試時發(fā)現(xiàn)的軟件錯誤。下面將介紹本設(shè)計中有關(guān)硬件和軟件部分的安裝與調(diào)試。 硬件安裝本設(shè)計采用AT89C51單片機作為本設(shè)計的核心，下面將介紹AT89C51單片機的相關(guān)特性及參數(shù)。 AT89C51單片機相關(guān)特性及參數(shù)介紹AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4K字節(jié)的可反復擦寫Flash只讀存儲器和128字節(jié)的隨機存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。圖51 AT89C51單片機引腳圖?與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ?4K字節(jié)可反復擦寫Flash只讀存儲器 ?1000次擦寫周期?數(shù)據(jù)保留時間：10年?全靜態(tài)工作：0Hz～24Hz?三級加密程序存儲器?1288位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器?6個中斷源 ?可編程串行通道?低功耗空閑和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路AT89C51單片機提供以下標準功能：4K字節(jié)Flash閃存，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個向量兩極中斷機構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AY89C51單片機還可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式：空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。引腳功能[9]說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏極開路雙向I/O口，即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每腳可吸收8個TTL邏輯門電路。當端口寫1可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時要求外接上拉電阻。P1口：P1口為一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，并當某個引腳被外部信號拉低時回輸出一個電流。在Flash編程和程序校驗期間，P1口接收低8位地址。P2口：P2口為一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，并當某個引腳被外部信號拉低時回輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)；在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口線上的內(nèi)容在整個訪問期間不改變。在Flash編程和程序檢驗時，P2口也接收高位地址和其他控制信號。表51 P3口特殊功能端口引腳第二功能RXD(串行輸入口）TXD(串行輸出口）INT0(外部中斷0）INT1(外部中斷1）T0(定時∕計數(shù)器）T1(定時∕計數(shù)器）WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口：P3口為一個帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口的輸出緩沖器能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路，對端口寫“1”，通過內(nèi)部上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口使用，并當某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。P3口還接收一些用于Flash閃存編程和程序檢驗的控制信號。P3口也可作為特殊功能口，其功能見表51。RST：復位輸入。當振蕩器工作時，要保持RST腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，地址鎖存允許的輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。在Flash編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的正脈沖信號，因此它可用作對外輸出時鐘或用于定時目的。然而要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的8EH單元的D0位置位，可禁止ALE操作。該位置位后，只有一條OVX和MOVC指令A(yù)LE才會被激活。此外，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置ALE無效。PSEN：程序存儲允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，這兩次有效的PSEN信號不出現(xiàn)。EA/VPP：外部訪問允許。欲使CPU僅訪問為部程序存儲器（地址為0000H～FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需要注意的是：如果加密位LB1被編程，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。當EA端為高電平（接Vcc端），CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器總的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當然這必須是該器件是使用+12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反向放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反向放大器的輸出端。時鐘振蕩器[10]特性AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別為該反向放大器的輸入端和輸出端。該反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器，振蕩器見圖52左所示。外接石英晶體（陶瓷諧振器）及電容CC2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容CC2雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程度及