【導讀】完成時間：2020年12月3日。工程實踐與科技創(chuàng)新[2A]. 設計小組編號：018. 上海交通大學電子信息與電氣工程學院。地址：東川路800號。姓名班級學號具體負責的工作聯系方式?；A部分與拓展部分。電路焊接與調試，協。摘要：本實驗報告主要闡述了如何通過運用MSP430單片機，設計并實現可控增益放大電路。設計原理，主要功能，系統(tǒng)原理框圖，系統(tǒng)硬件以及軟件的設計和實現方法，系統(tǒng)的技術指標，調。試分析，以及在實踐中遇到的問題及解決方法。MSP430單片機；運算放大器；增益可控；調頻調幅函數信號發(fā)生器；電子音樂合成播放器

　　

【正文】 unsigned int audio_ptr， audio_dura。 輔助讀譜指針、持續(xù)時間計數； nsigned int test_counter。 測試用計數器 unsigned int swichmusic = 1。 曲目編號 數據結構 電子音樂部分： 測試用計數器： test_counter，類型： unsigned int ； 曲目編號： switchmusic，類型： unsigned int； 播放音樂音頻頻率： audio_frequency，類型： unsigned int 輔助讀譜指針、持續(xù)時間計數變量： audio_ptr ， audio_dura，類型： unsigned int 函數發(fā)生部分重要變量： 波形模式選擇變量： wave，類型： unsigned int； 調用函數說明 void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel) void Port_Init(void) void TimerA0_Init(void) 功能：同基礎部分及自動增益部分 __interrupt void Timer_A0 (void) 第 22 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 功能： 進入 A0 中斷，進行函數信號發(fā)生和音樂播放的程序選擇 void song() 功能： 播放音樂并改變節(jié)拍快慢（總共有 12 檔，詳細注釋在下列代碼中） audio_dura=music_data0[audio_ptr][1]/(add/5+1)。 //讀節(jié)拍，除法用于調整節(jié)奏快慢 if (music_data0[audio_ptr][0]!=0) //判休止符 { /*不是休止符 */ //根據音頻計算定時器 A1 的初值，并啟動定時器 A1 audio_frequency=music_data0[audio_ptr][0]。 TA1CCR0 = 1000000/audio_frequency。 //設定周期 TA1CCR1 = TA1CCR0/(add/5+2)。 //設置占空比等于 50% TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 。 // Source: SMCLK=1MHz, PWM mode, } 第 23 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 5. 系統(tǒng) 功能及 技術指標測試 測試項目 基本部分的測試 1) 學生自行操作完成以下測試步驟 a. 連接好被測電路； b. 使用 3 位半或更高精度的數字電壓表（學生可以選用自備電表，下同），測量系統(tǒng)輸入的直流電壓值； c. 按要求選定放大器的設置增益 A0，使用數字電壓表測量系統(tǒng)輸出的直流電壓值 Uo，計算實際增益 A和相對誤差 ，填入“檢查和評分記錄表”的相應部分； d. 改變增益設定，多次重復步驟 c。 2) 教師對學生自測的結果，進行檢查，并當場評分。 3) 基本部分的測試，必須使用單片機小系統(tǒng)板的數碼管作為顯示部件，按鍵作為操作部件。 拓展部分的測試 總體要求： a) 進行拓展部分測試的前提條件是，在中期檢查時，拓展任務已申請并獲得批復。 b) 小組向教師說明并演示所完成的拓展功能。 c) 教師核實并在“科技創(chuàng)新 [2]檢查和評分記錄表”上記錄有關情況。 d) 拓展部分不當場評分，將在綜合匯總后，通過教師集體討論，最后評定得分。 具體測試項目： 函數信號發(fā)生器暨音樂播放器： 測試人機界面 —— 檢驗功能轉換是否正常。檢測增益調節(jié)是否正常。檢測模式顯示（數碼管顯示）是否正常； 波形顯示與切換 —— 切換至函數信號發(fā)生器時，觀察四種數學波形是否光滑，周期是否穩(wěn)定，是否有毛刺； 調頻與調幅 —— 在信號 發(fā)生器狀態(tài)下，通過按鍵，增減波形的頻率及幅度，并查看波形。 電子音樂發(fā)生器 —— 試聽 5 種不同音樂，測試按鍵調整音樂播放的節(jié)拍 自動增益調節(jié)： 當輸出信號峰值超限時，系統(tǒng)自動降低增益值，限制輸出信號峰值 測試的資源 萬用表，示波器及專用線，穩(wěn)壓電源，電源線（兩根），函數信號發(fā)生器，開路線 第 24 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 測試方法 基礎部分 1）程序載入單片機。 2）按要求接線，檢測是否能通過按鍵一選擇增益可控運算放大器模式。 3）將電路加上供電電源 ，接入 400Hz 的峰值為 850mV的正弦信號，按單片機上的鍵顯示不同的增益倍數， 4）根據不同的增益倍數測試輸出電壓是否在誤差范圍內。 函數信號發(fā)生器暨音樂播放器測試 1）按要求接線，檢測是否能通過按鍵一選擇函數發(fā)生或者音樂播放模式。 2）當選擇函數發(fā)生時，檢測能否通過按鍵二選擇波形，能否通過按鍵三切換調頻和調幅，能否通過按鍵四控制相應狀態(tài)的遞增。 3）當選擇音樂播放時，檢測能否通過按鍵二選擇音樂，能否通過按鍵三和四增減音量。 自動增益調節(jié)測試 1）按要求連接好被測電路，可自行選定作為輸入的直流電壓值 Ui； 2）分別按“＋”和“－”鍵，觀察萬用表的示數是否超出預訂閥值； 3）切換至自動增益 模式，觀察萬用表示數的變化，看是否回到閥值內； 4）重新改變增益值，使其低于設定閥值； 5）再次切換至自動增益模式，觀察萬用表示數變化，看是否回到閥值內； 6）改變增益設定，多次重復步驟（ 3） ~（ 5） 測試結果及分析 基礎部分 實際增益 ＝ 輸出電壓 / 輸入電壓 相對誤差 ＝ （實際增益 － 增益設置） / 增益設置 表 51 基礎部分測試數據和數據處理表格 序列號 輸入電壓 (V) 輸出電壓 (V) 顯示增益 實測增益 誤差 (%) 1 % 2 % 3 % 4 % 5 % 6 % 第 25 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 7 % 8 % 9 % 10 % 11 % 12 % 13 % 14 % 15 % 第 26 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 51 顯示增益與實際增益曲線 從數據當中可以看出， 15 個檔位分別滿足實驗要求的 3%之內的誤差，誤差基本控制在 1%之內，相較而言增益為 、 、 時，誤差達到了百分之一點幾，但仍在實驗允許范圍之內 ，所得實驗數據也能夠很好地擬合曲線，與理論曲線十分接近。 函數信號發(fā)生暨電子音樂合成播放器 函數波形實現正弦波、三角波，鋸齒波和方波，效果良好，頻率 5 檔 可調，幅度 2 檔 可調。 音樂分別為《喀秋莎》、《 you》、《荷塘月色》、《菊次郎的夏天》和《天空之城》，效果良好，可調 12 檔 節(jié)拍。 自動增益調節(jié) 通過接收基礎部分的輸出電壓，并對電壓進行判斷，可以使輸出電壓達到設定的范圍 （ ） 以內 第 27 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 6. 致謝 本次科技創(chuàng)新 2A 項目主要是在 MSP430 單片機小系統(tǒng) 的基礎上， 進行 開發(fā)、 設計并實現各種功能。 本次實驗持續(xù)時間比較長，要完成的系統(tǒng)設計、要實現的功能也比較多。在我們的 整個實驗中面對困難與困惑時 ，我們 得到了許多人的熱情的幫助。 首先要感謝老師悉心 的 指導。 一開始我們對理論知識認識不夠深入； 而在老師講解之后，讓我們對沒見過的功能電路設計有了更深的了解，也讓我們注意到一些可能被忽略的問題； 還有助教也能幫助我們在器材的使用上提供了很大的幫助。 其次感謝在實驗過程中給予幫助的學長學姐。實驗進行時，遇到一些問題和疑惑，身邊的學長學姐 總是給出及時的幫助，在此表示感謝。 還要感謝 本組的各位 組員，在各個模塊產 生問題和設計出現瓶頸時，能夠一起交流經驗和遇到的問題，并且一起 去解決問題。 大家分工傾力合作，從而比較高效地完成了此 次的課程設計。 最后感謝學校開設這門課程 并提供實驗室供我們學習實踐， 給了我們鍛煉自學 能力和團隊協作精神的機會，讓我們對理論的知識也有了更深刻的了解。 經過辛苦的長時間待在實驗室的時間，也慢慢感受到了電路設計和實現的難度 ，積累了使用器材的經驗，提高了自身的動手能力 。能順利完成，離不開大家的幫助，再次向提供幫助的老師、同學表示感謝！ 第 28 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 7. 參考資料 [1] 閻石 .《數字電子技術基礎》 [M].北京 :高等教育出版社 ,2020:55 [2] 馬忠梅等 .《單片機的 C 語言應用程序設計》 [M].北京 :北京航空航天大學出版社 ,1998 [3] 趙文博 .《單片機語言 C51 程序設計》 [M].北京 :人民郵電出版社 ,2020 [4] Texas Instruments. CD4066 Datasheet[R] [5] Texas datasheet[R] [6] Texas Instruments. msp430g2x53 datasheet[R] [7] Texas Instruments. msp430x2xxx family user guide[R] [8] Texas Instruments. ti Launchpad userguide[R] [9] 上海交大電子工程系 . 工程實踐與科技創(chuàng)新 2A講義 [EB/OL]. 第 29 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 8. 附 錄 實物照片 圖 81 所有實驗電路模塊 圖 82 增益可控放大電路模塊 第 30 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 83 函數信號發(fā)生和電子音樂合成與播放模塊 圖 84 自動增益電路模塊 課程學習心得和建議意見 課程學習心得 在本次科技創(chuàng)新課程中，我組成員在老師 、學長的指導 之下，齊心協力完成了課程基本任務（增益可鍵控線性放大器）和 拓展任務（函數信號發(fā)生器暨電子音樂播放器、自動增益調節(jié)），都達到 了預期要求的效果。 這次實驗與大一時進行的工程實踐與科技創(chuàng)新【 1】相比，難度增加了許多，也從單人實驗轉為了小組實驗 ，對組員各取所長通力合作的團隊精神有了更高的要求 ， 也要求我們 將所學的知識進一步運用于電子設計當中。經過大約 2 個 月的工作，我組較好地完成了設計，并且作品經終期檢查，符合設計要求。 一開始面對此次的課程任務，我們都覺得內容不是特別容易理解，開發(fā)環(huán)境也并不 第 31 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 熟悉；并且由于組內有轉院的同學，對這一方面的操作并不熟悉。后來我們通過參加課程講座，聽取老師的指導，并且在個人已知知識的基礎上對 ftp 所提供的資料進行仔細研習，在組內和組間進行交流，最終對此次設計有了比較充分而深刻的了解，幫助我們最終順利地完成了課程設計。 在這次的科技創(chuàng)新 [2A]課程中，組員 第一次接觸到了單片機的設計與使用，并且撰寫了格式規(guī)范的科技報告。在整個系統(tǒng)的設計過程中，我們也遇到了很多問題與困難，但我們通過 自己的思考以及組內和 組間的交流和探討，共同合作解決出現的異常狀況。 在此將我們的經驗心得總結如下： 硬件設計方面，我們有以下心得： 1：事先做好布線設計 此次的實驗中增益可控放大電路的布線比較復雜而且密集，需要 事先最好規(guī)劃好焊接路線， 特別是在 CD4066 多路開關以及 10 排插線部分，接線復雜繁密，需要特別小心。可以通過紙筆進行設計，先插上元件而不進行焊接，根據實際情況再對布線進行調整，從而使得電路簡潔明了，可讀性強。 2：一個節(jié)點連接三條以上支路時的焊接。 由于給定電路板上相連的最多有三個焊接點， 而電路當中的連接點 又比較多， 需要對這一類特殊焊接點進行有效地利用，從而保證電路整潔不凌亂。 而如果有多于三條支路連接在同一個節(jié)點上的情況，一般的方法是用導線 把不相連的焊接點連接到一起增大可以焊接的支路條數。 3：在基礎部分 電路的設計時要注意到電路的可拓展性 由于后續(xù)的拓展部分都需要和基礎部分有信號之間的交互，因而基礎部分電路的可拓展性比較重要，在設計電路時應預留空間進行接線的引出。 4：測試時，接線要認真核對，保證對應的線路接在對應的位置，比如單片機的三個接口，如果接線錯誤并且沒及時發(fā)現會對實驗調試造成不必要的麻煩。在試驗中，實驗器材好 壞并不能保證，萬用電表的精確度，信號源信號的穩(wěn)定性及示波器的干擾等。只有在確認器材沒問題的情況下進行調試，才能進一步分析、評估與總結。 軟件設計方面，我們有以下心得： ，對于單片機的開發(fā)環(huán)境