【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(shí)最好臨時(shí)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(shí)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(shí)音調(diào)高，阻值大時(shí)音調(diào)低，調(diào)試時(shí)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(shí)要注意。（5）音樂集成電路由CMOS電路構(gòu)成，因此焊接時(shí)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(jìn)行焊接。 音樂集成電路報(bào)警模塊設(shè)計(jì)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(xì)的介紹。 晶體二極管為一個由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)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(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于pn 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)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(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑制作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，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(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，pn結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)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(fù)極流出。下面通過簡單的實(shí)驗(yàn)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(fù)極接在低電位端，二極管就會導(dǎo)通，這種連接方式稱為正向偏置。當(dāng)加在二極管兩端的正向電壓很小時(shí)，整流二極管仍然不能導(dǎo)通，流過二極管的正向電流十分微弱。只有當(dāng)正向電壓達(dá)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(dǎo)通。導(dǎo)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(fù)極接在高電位端，此時(shí)二極管中幾乎沒有電流流過，此時(shí)二極管處于截止?fàn)顟B(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(shí)，仍然會有微弱的反向電流流過二極管，稱為漏電流。當(dāng)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(jì)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(hù)電子元件的作用。所以本設(shè)計(jì)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(dǎo)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(jì)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(shí)際的放大電路中使用時(shí)，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(dāng)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(rèn)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(dāng)一個小信號跟這個偏置電流疊加在一起時(shí)，小信號就會導(dǎo)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?yàn)闆]有偏置時(shí)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(dāng)輸入的基極電流Ib變小時(shí)，集電極電流Ic就可以減小；當(dāng)輸入的基極電流Ib增大時(shí)，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(dāng)Ube≤0時(shí)，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(dāng)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(shí)，三極管工作在放大區(qū)，Ic隨Ib近似作線性變化；（3）當(dāng)發(fā)射極和集電極均處于正向偏置狀態(tài)時(shí)，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(jì)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(shí)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(hù)、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(diǎn)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(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)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(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。在本設(shè)計(jì)中為了安全保護(hù)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(dá)到供電電壓的一致從而選用5V直流繼電器。本設(shè)計(jì)中音樂集成電路的設(shè)計(jì)如圖43所示。當(dāng)無線接收模塊（LRT15CTM4S紅外接收遠(yuǎn)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(jī)接收到該脈沖信號后讓P27口上電，當(dāng)P27口有高電平輸出時(shí)，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(bào)警信號，播放一遍音樂后便處在預(yù)警狀態(tài)，當(dāng)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(dá)到電動車防盜報(bào)警的目的。圖43 音樂集成電路報(bào)警模塊 本章小結(jié)本章對音樂集成電路報(bào)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(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并設(shè)計(jì)了適合本設(shè)計(jì)所需的音樂集成電路報(bào)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(shí)改正測試時(shí)發(fā)現(xiàn)的軟件錯誤。下面將介紹本設(shè)計(jì)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(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)的核心，下面將介紹AT89C51單片機(jī)的相關(guān)特性及參數(shù)。 AT89C51單片機(jī)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(jī)，片內(nèi)含4K字節(jié)的可反復(fù)擦寫Flash只讀存儲器和128字節(jié)的隨機(jī)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(biāo)準(zhǔn)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(jī)引腳圖?與MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容 ?4K字節(jié)可反復(fù)擦寫Flash只讀存儲器 ?1000次擦寫周期?數(shù)據(jù)保留時(shí)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(shí)器/計(jì)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(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)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(shí)/計(jì)數(shù)器，一個向量兩極中斷機(jī)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AY89C51單片機(jī)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(shí)/計(jì)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(fù)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(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每腳可吸收8個TTL邏輯門電路。當(dāng)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(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)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(shí)可作輸入口使用，并當(dāng)某個引腳被外部信號拉低時(shí)回輸出一個電流。在Flash編程和程序校驗(yàn)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(shí)可作輸入口使用，并當(dāng)某個引腳被外部信號拉低時(shí)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(shí)，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(yàn)時(shí)，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(shí)∕計(jì)數(shù)器）T1(定時(shí)∕計(jì)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(shí)可作輸入口使用，并當(dāng)某個引腳被外部信號拉低時(shí)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(yàn)的控制信號。P3口也可作為特殊功能口，其功能見表51。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，要保持RST腳出現(xiàn)兩個機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，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(shí)，ALE端以時(shí)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(shí)鐘或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，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(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，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(dāng)AT89C51由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當(dāng)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(fù)位時(shí)內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。當(dāng)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(shí)，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)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(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反向放大器的輸出端。時(shí)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(yán)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