【導(dǎo)讀】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)小組編號(hào)：9. 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)。班級(jí)學(xué)號(hào)具體負(fù)責(zé)的工作聯(lián)系方式?；A(chǔ)部分、函數(shù)信號(hào)發(fā)。硬件制作以及實(shí)驗(yàn)報(bào)。紅外線音量遙控四個(gè)模塊。此報(bào)告包括了它們主要的功能，系統(tǒng)框圖，系統(tǒng)硬件以及軟。件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)、調(diào)試分析、針對用戶操作的詳細(xì)說明，對系統(tǒng)。某幾個(gè)部分的深入擴(kuò)展研究，心得體會(huì)，問題調(diào)試等。單片機(jī)，可控增益，自動(dòng)增益，電子音樂，函數(shù)發(fā)生，紅外遙控

　　

【正文】 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。在本系統(tǒng)中有四種不同的波形可供選擇，如方波，正弦波，三角波以及鋸齒波。通過單片機(jī)上的兩個(gè)按鍵還可實(shí)現(xiàn)對輸出波形的幅值調(diào)控以及對輸出波形的頻率的調(diào)控，幅值調(diào)制和頻率調(diào)制在本系統(tǒng)中均為三檔調(diào)制。如果此拓展部分與紅外遙控部分一并使用，則可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通過紅外方式實(shí)現(xiàn)對波形幅值的調(diào)控。 進(jìn)入電子音樂模塊， 可播放音樂《喀秋莎》、《葫蘆娃 》 、《天空之城》。本系統(tǒng)默認(rèn)為單曲循環(huán)，即當(dāng)放完第一首歌后，重復(fù)播放第一首歌?？梢酝ㄟ^單片機(jī)上的按鍵對播放的歌曲進(jìn)行選擇，同時(shí)，通過單片機(jī)上的按鍵可以對播放的 音樂音量大小實(shí)現(xiàn)五檔調(diào)制。此部分建議與紅外遙控部分共同使用，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離調(diào)制電子音樂的音量的大小。 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。 FU 1 AT L V 2 3 7 2 I D32481R220kΩR320kΩV23 . 3 V RL8kΩV15 0 0 m V r m s 6 0 0 H z 0 176。 J1K e y = A J2K e y = A R f 220kΩ 圖 313 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器電路示意圖 如圖 313 所示， J1 表示由基礎(chǔ)部分的數(shù)字多路開關(guān)， Rf1 表示基礎(chǔ)部分接入電路的電阻。J2 表示在本拓展項(xiàng)目中新增的一片 CD4066 多路開關(guān)，而 Rf2 則表示新增的三個(gè)電阻中接入電路的等效電阻。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 。 Vo 的輸出公式為 其中 RL 為圖示電阻， Rfk 為第 k 個(gè)并聯(lián)的輸入電阻， dk 表示第 k 個(gè)電阻是否接入電路，當(dāng) dk=0 時(shí)，第 k 個(gè)電阻沒有接入電路，當(dāng) dk=1 時(shí)，第 k 個(gè)電阻接入電路。 Vi 為輸入的交流電壓信號(hào)。 當(dāng)單片機(jī)通過控制兩片多路開關(guān)改變接入電路的電阻的大小時(shí)，輸出的增益值將會(huì)立即改變。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。所以，利用此點(diǎn)特性，當(dāng)增益值隨時(shí)間呈線性增大，那么示波器 第 27 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 外包絡(luò)線則呈線性變化，則在示波器上可以觀察到三角波。同理，運(yùn)用合理的增益 時(shí)間關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)方波，正弦波以及鋸齒波。 電子音樂合成： 如圖 314 所示，在電子音樂合成電路中電路的信號(hào)輸入不再是原有的交流信號(hào)源，而是由單片機(jī)輸出的方波信號(hào)，此方波信號(hào)的頻率是隨著時(shí)間變化的，所以該方波信號(hào)在本拓展中用作電子音樂的音樂信號(hào)。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。但是，單 片機(jī)輸出的方波信號(hào)的幅值是不變的，所以仍然不能合成電子音樂，所以信號(hào)的幅度此時(shí)就可以運(yùn)用基礎(chǔ)部分的放大電路來實(shí)現(xiàn)了。此時(shí)音量的變化已用人工轉(zhuǎn)化為了數(shù)字信號(hào)了，也即是單片機(jī)可根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過控制兩片多路開關(guān)改變電路輸出的增益值來改變方波的音量，最后即可在揚(yáng)聲器中聽到清晰的音樂聲音。在此需說明的是，由于在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)單片機(jī)發(fā)出的方波可以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，所以本小組在電路中就沒有再添加由三極管組成的放大電路。 R f 13kΩC12 2 181。 FU 1 AT L V 2 3 7 2 I D32481R220kΩR320kΩV23 . 3 V RL8kΩJ1K e y = A J2K e y = A R f 23kΩ 圖 314 電子音樂合成與播放電路示意圖 揚(yáng)聲器 單片機(jī) 控制 第 28 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 4. 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 軟件總體結(jié)構(gòu)和功能 軟件總 體分為兩部分： （ 1）基礎(chǔ) +自動(dòng)增益 ，結(jié)構(gòu)見圖 41。 圖 1 基礎(chǔ) +自動(dòng)增益 功能：在系統(tǒng)初始化后， 若第一位數(shù)碼管對應(yīng)數(shù)字 1，則 對單片機(jī)上的按鍵 進(jìn)行掃描，進(jìn)入基礎(chǔ)模塊模式。若 按下第一個(gè)按鍵，則第一位數(shù)碼管對應(yīng)數(shù)字 2，則進(jìn)入自動(dòng)增益 處理模塊。 （ 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。借助中斷實(shí)現(xiàn)對模式變量的反復(fù)檢測。 基礎(chǔ)部分 +自動(dòng)增益控制程序 單片機(jī)按鍵： P1DIR amp。= ~BIT3。 P2DIR amp。= ~(BIT3+BIT2+BIT0) 。 // 、 、 、 這四個(gè)引腳設(shè)置為按鍵輸入 自動(dòng)增益模塊 電壓 檢測端口 ： P2DIR amp。= ~BIT1 P2DIR amp。= ~BIT4。 單片機(jī)對外電路輸出 ： P1DIR |= BIT4+BIT5+BIT6+BIT7 。 //\\\ 設(shè)置為輸出 // ，對應(yīng)于連接 10K 電阻的開關(guān) ，對應(yīng)引腳 // ，對應(yīng)于連接 20K 電阻的開關(guān) , 對應(yīng)引腳 // ，對應(yīng)于連接 40K 電阻的開關(guān) , 對應(yīng)引腳 // ，對應(yīng)于 連接 80K 電阻的開關(guān) , 對應(yīng)引腳 基礎(chǔ)部分 +函數(shù)發(fā)生器 +音樂播放 +紅外遙控音量 模式種類 ： 顯示和輸出 第 30 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 sw[0] == 1，代表函數(shù)信號(hào)發(fā)生部分， sw[0] == 2，代表音樂播放部分 sw[2] == 1 代表函數(shù)的幅度較大 sw[2] == 2 代表函數(shù)的幅度最小 sw[2] == 3 代表函數(shù)的幅度中等 sw[2] == 4 代表函數(shù)調(diào)頻， 變慢 sw[2] == 5 代表調(diào)頻， 最慢 sw[3] == 1 代表方波 sw[3] == 2 代表三角波 sw[3] == 3 代表正弦波 sw[3] == 4 代表鋸齒波 sw[1] == 1 代表播放音樂《葫蘆娃》 sw[1] == 2 代表播放音樂《喀秋莎》 sw[1] == 3 代表播放音樂《天空之城》 單片機(jī)對外電路輸出 P1SEL amp。= ~(BIT4+BIT5+BIT6+BIT7+BIT0+BIT1)。 //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。 //將各引腳設(shè)置輸出 基礎(chǔ)部分 +自動(dòng)增益 描述 功能描述 通過檢測單片機(jī) 和 讀入控制信號(hào)。 由 、 、 、 、 、 口輸出高低電平控制 4066 的通斷，進(jìn)而控制放大電路的放大倍數(shù)。對鍵盤防抖進(jìn)行掃描 （ 首先檢測按鍵是否被按下，同時(shí)設(shè)置一定的按鍵延時(shí)以保持按鍵的穩(wěn)定 ） ，并順序掃描驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管 顯示增益倍數(shù) 。 。 調(diào)用函數(shù)說明 第 31 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 unsigned char NUMTOSEG7(unsigned char DATA) 功能： 7 段數(shù)碼顯示譯碼 ， DATA： 需要顯示的數(shù)字或符號(hào) void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel) 功能： 四位數(shù)碼管及四個(gè) LED 燈驅(qū)動(dòng) void Port_Init(void) 。 功能： I/O端口初始化 void TimerA0_Init(void) 功能： A0 計(jì)時(shí)器初始化 __interrupt void Timer_A0 (void) 功能： A0中斷函數(shù)，其中包括基礎(chǔ)部分和自動(dòng)增益模式的選擇和二者的具體實(shí)現(xiàn) 第 32 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 void Init_Devices(void) 功能： 所有設(shè)備初始化，包括設(shè)置時(shí)鐘， 內(nèi)部 RC 振蕩器 ， 開全局中斷 等等 void main(void) 功能： 設(shè)定循環(huán)，持續(xù)在數(shù)碼管上顯示數(shù)據(jù) 算法 鍵盤掃描和按鍵的消抖 中斷程序每隔 5ms 執(zhí)行一次鍵盤掃描。 P2IN amp。 BIT0、 P2IN amp。 BIT P2IN amp。 BIT P1IN amp。 BIT3 的值代表相應(yīng)的端口的高低電平，低電平說明按鍵按下，高電平說明按鍵彈起。 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。 基礎(chǔ) 部分 +函數(shù)信號(hào)發(fā)生 +電子音樂合成 +紅外音量控制 描述 功能描述 通過單片機(jī)上的按鍵進(jìn)行信號(hào)發(fā)生器和電子音樂模塊的切換 進(jìn)入函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模塊，可通過按鍵切換并調(diào)節(jié)幅度和頻率，并在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前調(diào)節(jié)模式（幅度、頻率）和對應(yīng)幅值和頻率值。同時(shí)示波器上可顯示正弦波，三角波，方波，鋸齒波等，可以通過按鍵選擇所需要的波形，并在數(shù)碼顯示管上顯示波形所對應(yīng)的數(shù)字。 進(jìn)入電子音樂模塊，可播放音樂《喀秋莎》、《葫蘆娃》、《天空之城》。通過按鍵可實(shí)現(xiàn)三首歌的切換。同樣通過按鍵可實(shí)現(xiàn)對歌曲音量的調(diào)節(jié)。 利用按鍵和ＲＣ電路產(chǎn)生兩 種不同時(shí)長的脈沖信號(hào)，輸出和接受紅外脈沖，將接受的紅外脈沖信號(hào)輸入至單片機(jī)，從而遙控 CD4066 開關(guān)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)電路上輸出電壓增益的變化 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 正弦 波形數(shù)組： int sin_n[] = {0, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 27, 30, 32, 35, 38, 40, 42, 45, 47, 49, 51, 53, 54, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 62, 62, 62, 62, 62, 62, 61, 61, 60, 59, 58, 57, 55, 54, 52, 50, 49, 46, 44, 42, 40, 37, 35, 32, 29, 26, 24, 21, 18, 15, 11, 8, 5, 2 }。 第 33 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 int sin_n1[] ={0, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 12, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 27, 28, 29, 29, 30, 30, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 31, 30, 30, 29, 29, 28, 27, 26, 25, 25, 23, 22, 21, 20, 19, 18, 16, 15, 13, 12, 11, 9, 8, 6, 4, 3, 1 }。 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 }。 樂譜二維數(shù)組： const unsigned int music_data[][2] 第一個(gè)數(shù)據(jù)表示頻率（轉(zhuǎn)化為音調(diào)高低），第二個(gè)數(shù)據(jù)表示節(jié)拍（轉(zhuǎn)化為音節(jié)時(shí)間長短） 放大器放大倍數(shù) fre ： 記錄放大器的增益值。 經(jīng)過 set_gain 函數(shù)，進(jìn)行對增益倍數(shù)的控制 調(diào)用函數(shù)說明 unsigned char NUMTO