【文章內(nèi)容簡介】 大器的作用相當(dāng)于揚聲器的音量調(diào)節(jié)器。音頻功率放大電路的作用主要是將信號處理器發(fā)送過來的信號功率放大，使其信號的功率達到設(shè)計要求。對該部分電路的要求是輸出功率大。在電路設(shè)計過程中進行對比，通過比較發(fā)現(xiàn)LM386集成電路使用簡單，基本沒有外圍器件，而且它還有體積小、電源范圍寬、外接元件少、電壓增益可調(diào)整、頻率響應(yīng)好、輸出功率大、總諧波失真小等優(yōu)點。因此選用LM386來組成音頻功率放大電路。LM386 被廣泛地應(yīng)用在錄音機和收音機音頻放大、室內(nèi)對講機、紅外線、超聲波、小型馬達驅(qū)動器等電路中。 LM386引腳圖。 LM386的內(nèi)部方塊圖LM386的特性有以下幾點：1．靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于電池供電。 2．工作電壓范圍寬，412V 或518V。 3．外圍元件少。 4．電壓增益可調(diào)，20200倍。 5．低失真度。由于傳聲器輸出的電信號比較弱，只有毫伏級，為了使數(shù)據(jù)采集卡能很好的采集到相應(yīng)數(shù)據(jù)，必須經(jīng)過電壓放大器進行電壓放大，采用LM386芯片電壓增益200倍的接法，即在1和8引腳間接10uF的電容。 20倍的音頻放大器 200倍的電壓放大器 交直流轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 有效值檢測電路AD536所謂真有效值即為“真正有效值”之意，英文縮寫為“TRMS”，有的文獻也稱為真普通數(shù)字直流電壓表自然只能測量直流電壓，欲需測量交流電壓必須增加AC/DC轉(zhuǎn)換電路，一般的交流電壓表為降低成本和簡化電路，均使用簡易的平均值響應(yīng)交流/直流轉(zhuǎn)換器。常用的平均值響應(yīng)AC/DC轉(zhuǎn)換器是運算放大器和二極管組成的半波（或全波）線性整流電路，這種電路具有線性度好、準(zhǔn)確度高、電路簡單、成本低廉等優(yōu)點。但是這種電路是按照正弦波平均值與有效值的關(guān)系(VRMS=)來定義的，因此這類電表只能測量正弦波電壓。平均值A(chǔ)C/DC轉(zhuǎn)換的電壓表只能測量無失真的正弦波電壓，對于正弦波失真的交流電壓，這類電表測量就會引起誤差，更不能測量方波、矩形波、三角波、鋸齒波、梯形波、階梯波等非正弦波，利用真有效值數(shù)字儀表可準(zhǔn)確測量各種波形的有效值，滿足現(xiàn)代電子測量之需要。交流電壓的有效值的表達式的定義如下：()近似公式： ()我們對式（）進行變換，兩邊平方，并令 ()就得到真有效值電壓的另一種表達式()從（）式即得，對輸入電壓依次進行“取絕對值→平方/除法→取平均值”運算，也能得到交流電壓的有效值，而且這公式更有使用價值。舉例說明：—10V，平方后U2=10mV—100V，這就要求平方器具有相當(dāng)大的動態(tài)范圍是（10000：1），這樣的平方電路誤差就可能超過1mV，要平方器能輸出100V的電壓，技術(shù)上是難以實現(xiàn)的。如果使用式（）的既便于設(shè)計電路，也能保證了準(zhǔn)確度。目前大多數(shù)的集成單片真有效值/直流轉(zhuǎn)換器均采用式（）的原理而設(shè)計。真有效值儀表的的核心器件是TRMS/DC轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在市場上這類單片的集成芯片很多，真有效值儀表普遍使用了這類集成電路。單片集成電路具有集成度高、功能完善，外圍元件少，電路連接簡單、電性能指標(biāo)容易保證等諸多優(yōu)點，這類芯片能準(zhǔn)確、實時測量各種電壓波形的有效值，無須考慮波形參數(shù)和失真，這些性能是平均值儀表無法比擬的?？梢?，通過測量信號的有效值即可知信號的峰值信息，從而可知振動的峰值。且輸出的直流信號便于單片機進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理。在此系統(tǒng)中采用有效值檢測電路AD536測量信號的有效值，經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)處理可得振動的振幅。 AD536輔助電路的設(shè)計，AD536內(nèi)含有源整流器（絕對值電路），平方/除法電路，鏡像電流源及緩沖放大器。圖中的R2和R3為偏置電阻，兩電阻的公共連接端接到AD536的COM，由于AD536的COM內(nèi)部為CMOS電路，阻抗較高，流經(jīng)COM端的電流僅為數(shù)uA。C1為輸入隔直電容，CAV為平均電容，它與內(nèi)部的電阻r（25KΩ）構(gòu)成低通濾波器，以獲得平均值電壓，有效值電壓通過AD536的第6腳輸出。C21181。C31181。Vin +VsVsCAV COMbufout RLbufin IoutAd536CAV 1181。VinC1 1181。R1 1K~10Koutput+5VR220KR3 10K AD536構(gòu)成真有效值電壓表AD536由于電路采用了隔直電容，所以這樣的電路僅適合于測量交流電，不能測量直流或變化緩慢的電壓。AD536的滿量程電壓為7V，如果使用的AD轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍不匹配，應(yīng)設(shè)一個電壓轉(zhuǎn)換電路。 電壓頻率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計電壓/頻率變換采用集成塊LM331，LM331是美國NS公司生產(chǎn)的性能價格比較高的集成芯片，可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。LM331采用了新的溫度補償能隙基準(zhǔn)電路。LM331的動態(tài)范圍寬，可達100dB；線性度好，％，；變換精度高，數(shù)字分辨率可達12位；外接電路簡單，只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成V/F或F/V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。 電壓頻率轉(zhuǎn)換芯片LM331LM331/331A是一種非常理想的精密電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，可用于制作簡潔、低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，特長積分周期的數(shù)字積分器，線性頻率調(diào)制與解調(diào)及其它各種功能電路。當(dāng)作為壓/頻轉(zhuǎn)換器使用時，其輸出脈沖鏈的頻率精確地與輸入端施加的電壓成比例變化，體現(xiàn)了壓/頻轉(zhuǎn)換器的特有的優(yōu)勢。可輕松應(yīng)用于所有的標(biāo)準(zhǔn)壓/頻轉(zhuǎn)換場合。更值得一提的是，LM331/331A達到的精度溫度穩(wěn)定性很高。其它同等級別溫度穩(wěn)定性的壓/頻轉(zhuǎn)換模塊成本要高的多。另外，LM331/331A也適用于低工作電壓的數(shù)字系統(tǒng)，在微處理器控制系統(tǒng)中作為低成本的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。此外。用這種轉(zhuǎn)換方式和光電偶合器時連接相當(dāng)方便。由于LM331/331A內(nèi)含溫度補償帶隙基準(zhǔn)源，就可在整個工作溫度范圍內(nèi)高精確的工作。內(nèi)部精密計時器電路在很低偏置電流的情況下，也不會降低對100kHz電壓/頻率轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)。LM331/331A的輸出可驅(qū)動三個TTL負(fù)載，其輸出端可承受高達40V的電壓沖擊。主要特點：◆ ％的線性度◆ 改進的電壓/頻率轉(zhuǎn)換器應(yīng)用性能◆ 雙電源或單電源供電◆ 工作電壓：5V◆ 數(shù)字脈沖輸出端電平與所有5V的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電路兼容◆ 出色的溫度穩(wěn)定性，溫漂小于177。50ppm/℃◆ 低功耗：15mW典型值（5V工作電壓）◆ 動態(tài)范圍寬，在100kHz的頻率范圍下，最小為100dB◆ 滿量程頻率范圍寬：1Hz～100kHz◆ 低成本LM331可用作精密的頻率電壓（F/V）轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器以及其他相關(guān)的器件。LM331為雙列直插式8腳芯片。LM331內(nèi)部有（1）輸入比較電路、（2）定時比較電路、（3）RS觸發(fā)電路、（4）復(fù)零晶體管、（5）輸出驅(qū)動管、（6）能隙基準(zhǔn)電路、（7）精密電流源電路、（8）電流開關(guān)、（9）輸出保護點路等部分。輸出管采用集電極開路形式，因此可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，從而適應(yīng)TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。此外，LM331可采用單/雙電源供電，電壓范圍為4～40V，輸出也高達40V。IR（PIN1）為電流源輸出端，在f0（PIN3）輸出邏輯低電平時，電流源IR輸出對電容CL充電。引腳2（PIN2）為增益調(diào)整，改變RS的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。f0（PIN3）為頻率輸出端，為邏輯低電平，脈沖寬度由Rt和Ct決定。引腳4（PIN4）為電源地。引腳5（PIN5）為定時比較器正相輸入端。引腳6（PIN6）為輸入比較器反相輸入端。引腳7（PIN7）為輸入比較器正相輸入端。引腳8（PIN8）為電源正端。 LM331邏輯框圖 電壓頻率變換器，LM331內(nèi)部由輸入比較器、定時比較器、R－S觸發(fā)器、輸出驅(qū)動、復(fù)零晶體管、能隙基準(zhǔn)電路和電流開關(guān)等部分組成。輸出驅(qū)動管采用集電極開路形式，因而可以通過選擇邏輯電流和外接電阻，靈活改變輸出脈沖的邏輯電平，以適配TTL、DTL和CMOS等不同的邏輯電路。 當(dāng)輸入端Vi＋輸入一正電壓時，輸入比較器輸出高電平，使R－S觸發(fā)器置位，輸出高電平，輸出驅(qū)動管導(dǎo)通，輸出端f0為邏輯低電平，同時電源Vcc也通過電阻R2對電容C2充電。當(dāng)電容C2兩端充電電壓大于Vcc的2/3時，定時比較器輸出一高電平，使R－S觸發(fā)器復(fù)位，輸出低電平，輸出驅(qū)動管截止，輸出端f0為邏輯高電平，同時，復(fù)零晶體管導(dǎo)通，電容C2通過復(fù)零晶體管迅速放電；電子開關(guān)使電容C3對電阻R3放電。當(dāng)電容C3放電電壓等于輸入電壓Vi時，輸入比較器再次輸出高電平，使R－S觸發(fā)器置位，如此反復(fù)循環(huán)，構(gòu)成自激振蕩。輸出脈沖頻率f0與輸入電壓Vi成正比，從而實現(xiàn)了電壓－頻率變換。其輸入電壓和輸出頻率的關(guān)系為：f0=(VinR4)/(R3R2C2)，由式知電阻RRR和C2直接影響轉(zhuǎn)換結(jié)果f0，因此對元件的精度要有一定的要求，可根據(jù)轉(zhuǎn)換精度適當(dāng)選擇。電阻R1和電容C1組成低通濾波器，可減少輸入電壓中的干擾脈沖，有利于提高轉(zhuǎn)換精度。 電壓頻率變換電路 單片機系統(tǒng)的設(shè)計 單片機的選擇單片機自從問世以來，它一直是工業(yè)檢測、控制應(yīng)用的主角。市場上常用的單片機有Intel公司的MCS51系列，日本松下公司的MN6800系列等。其中，MCS51由于單片機應(yīng)用系統(tǒng)具有體積小，可靠性高，功能強，價格低等特點，很容易形成產(chǎn)品而更受青睞。8031單片機片內(nèi)不帶程序存儲器ROM，使用時需外接程序存儲器和一片邏輯電路74LS373，外接的程序存儲器多為EPROM的2764系列。用戶若想對寫入到EPROM中的程序進行修改，必須先用一種特殊的紫外線燈將其照射擦除，之后再可寫入。寫入到外接程序存儲器的程序代碼沒什么保密性可言。8051單片機片內(nèi)有4K ROM，無須外接存儲器和74LS373，更能體現(xiàn)“單片”的簡練。但是編的程序無法燒寫到其ROM中，只有將程序交芯片廠代為燒寫，并是一次性的，今后都不能改寫其內(nèi)容。8751單片機與8051單片機基本一樣，但8751單片機片內(nèi)有4K的EPROM，用戶可以將自己編寫的程序?qū)懭雴纹瑱C的EPROM中進行現(xiàn)場實驗與應(yīng)用，EPROM的改寫同樣需要用紫外線照射一定時間擦除后再燒寫。 89C52管腳圖89C51單片機為EPROM型，在實際電路中可以直接互換8051單片機或8751單片機，不但和8051單片機指令，管腳完全兼容，而且其片內(nèi)的4K程序存儲器是FLASH工藝的。89C52是由北京集成電路中心（BIDC）設(shè)計，由美國的Atmel公司生產(chǎn)八位單片機。它是一種低功耗高性能的具有8K字節(jié)可電氣燒錄及可擦除的程序ROM的八位CMOS單片機。該器件是用高密度、非易丟失存儲技術(shù)制造并且與國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機指令系統(tǒng)和引腳完全兼容。綜上所述，從使用方便與簡化電路以及其性價比等角度來考慮，89C52比較合適的。本系統(tǒng)采用CPU為89C52的單片機，89C52本身帶有8K的內(nèi)存儲器，可以在編程器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上，比以往慣用的8031CPU外加EPROM為核心的單片機系統(tǒng)在硬件上具有更加簡單、方便等優(yōu)點，而且完全兼容MCS51系列單片機的所有功能。下面介紹89C52的主要管腳功能如下：VCC（40）：電源+5V；VSS（20）：接地；P0口（3239）：雙向I/O口，既可作低8位地址和8位數(shù)據(jù)總線使用，也可作普通I/O口；P3口（1017）：多用途端口，既可作普通I/O口，也可按每位定義的第二功能操作；P2口（2128）：既可作高8位地址總線，也可作普通I/O口；P1口（18）： 準(zhǔn)雙向通用I/O口；RST（9）：復(fù)位信號輸入端；ALE/PROG：地址鎖存信號輸出端；PSEN：內(nèi)外程序存儲器選擇線；XTAL1（19）和XTAL2（18）：外接石英晶體振蕩器。由于本課題的需要用到單片機內(nèi)部的計數(shù)器和定時器，所以在這里有必要介紹定時器/計數(shù)器的工作原理。首先，先看看定時器/： 定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)原理圖從上面定時器/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)圖中可以看出，16位的定時/計數(shù)器分別由兩個8位專用寄存器組成，即：T0由TH0和TL0構(gòu)成；T1由TH1和TL1構(gòu)成。其訪問地址依次為8AH8DH。每個寄存器均可單獨訪問。這些寄存器是用于存放定時或計數(shù)初值的。此外，其內(nèi)部還有一個8位的定時器方式寄存器TMOD和一個8位的定時控制寄存器TCON。這些寄存器之間是通過內(nèi)部總線和控制邏輯電路連接起來的。TMOD主要是用于選定定時器的工作方式；TCON主要是用于控制定時器的啟動停止，此外TCON還可以保存T0、T1的溢出和中斷標(biāo)志。當(dāng)定時器工作在計數(shù)方式時，外部事件通過引腳T0（）或T1（）輸入。當(dāng)定時器/計數(shù)器為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0和T1對外部信號計數(shù)，外部脈沖的上升沿將觸發(fā)計數(shù)。計數(shù)器在每個機器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平。若一個機器周期采樣值為0，下一個機器周期采樣值為1，則計數(shù)器加1。此后的機器周期S3P1期間，新的計數(shù)值裝入計數(shù)器。所以檢測一個由0至1的跳變需要兩個機器周期，由于本課題所利用的是計數(shù)器T0、定時器T1，并且是工作在工作方式1。所以以下重點介紹工作方式1的特點。工作方式1是16位的計數(shù)器，由TLX作為高8位和THX作為低八位。由于計數(shù)器為16位，其計數(shù)范圍最大。當(dāng)啟動TX前，TLX和THX裝入計數(shù)初值，當(dāng)TLX計滿后，向THX進位，當(dāng)計數(shù)器計數(shù)達到0FFFF后，再計一個數(shù)，則計數(shù)器產(chǎn)生溢出中斷，向CPU請求中斷，在中斷程序時THX和TLX需重新裝入初值，以便中斷返回后重新開始計數(shù)。所以，工作方式1是一種需重裝初值的計數(shù)器。由于這種方式，計數(shù)范圍大，所以在計較大數(shù)據(jù)時可采用這種工作方式。鑒于本課題的實際情況在此課題T0用來對外部脈沖計數(shù)，而T1用來做內(nèi)部定時器，即每個機器周期產(chǎn)