【導(dǎo)讀】完成時(shí)間：2020年12月3日。工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新[2A]. 設(shè)計(jì)小組編號(hào)：018. 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)。姓名班級(jí)學(xué)號(hào)具體負(fù)責(zé)的工作聯(lián)系方式?；A(chǔ)部分與拓展部分。電路焊接與調(diào)試，協(xié)。摘要：本實(shí)驗(yàn)報(bào)告主要闡述了如何通過運(yùn)用MSP430單片機(jī)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)可控增益放大電路。設(shè)計(jì)原理，主要功能，系統(tǒng)原理框圖，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，以及在實(shí)踐中遇到的問題及解決方法。MSP430單片機(jī)；運(yùn)算放大器；增益可控；調(diào)頻調(diào)幅函數(shù)信號(hào)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(shí)間計(jì)數(shù)； nsigned int test_counter。 測(cè)試用計(jì)數(shù)器 unsigned int swichmusic = 1。 曲目編號(hào) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 電子音樂部分： 測(cè)試用計(jì)數(shù)器： test_counter，類型： unsigned int ； 曲目編號(hào)： 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(shí)間計(jì)數(shù)變量： audio_ptr ， audio_dura，類型： unsigned int 函數(shù)發(fā)生部分重要變量： 波形模式選擇變量： wave，類型： unsigned int； 調(diào)用函數(shù)說明 void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel) void Port_Init(void) void TimerA0_Init(void) 功能：同基礎(chǔ)部分及自動(dòng)增益部分 __interrupt void Timer_A0 (void) 第 22 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 功能： 進(jìn)入 A0 中斷，進(jìn)行函數(shù)信號(hào)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(xì)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(diào)整節(jié)奏快慢 if (music_data0[audio_ptr][0]!=0) //判休止符 { /*不是休止符 */ //根據(jù)音頻計(jì)算定時(shí)器 A1 的初值，并啟動(dòng)定時(shí)器 A1 audio_frequency=music_data0[audio_ptr][0]。 TA1CCR0 = 1000000/audio_frequency。 //設(shè)定周期 TA1CCR1 = TA1CCR0/(add/5+2)。 //設(shè)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(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 5. 系統(tǒng) 功能及 技術(shù)指標(biāo)測(cè)試 測(cè)試項(xiàng)目 基本部分的測(cè)試 1) 學(xué)生自行操作完成以下測(cè)試步驟 a. 連接好被測(cè)電路； b. 使用 3 位半或更高精度的數(shù)字電壓表（學(xué)生可以選用自備電表，下同），測(cè)量系統(tǒng)輸入的直流電壓值； c. 按要求選定放大器的設(shè)置增益 A0，使用數(shù)字電壓表測(cè)量系統(tǒng)輸出的直流電壓值 Uo，計(jì)算實(shí)際增益 A和相對(duì)誤差 ，填入“檢查和評(píng)分記錄表”的相應(yīng)部分； d. 改變?cè)鲆嬖O(shè)定，多次重復(fù)步驟 c。 2) 教師對(duì)學(xué)生自測(cè)的結(jié)果，進(jìn)行檢查，并當(dāng)場(chǎng)評(píng)分。 3) 基本部分的測(cè)試，必須使用單片機(jī)小系統(tǒng)板的數(shù)碼管作為顯示部件，按鍵作為操作部件。 拓展部分的測(cè)試 總體要求： a) 進(jìn)行拓展部分測(cè)試的前提條件是，在中期檢查時(shí)，拓展任務(wù)已申請(qǐng)并獲得批復(fù)。 b) 小組向教師說明并演示所完成的拓展功能。 c) 教師核實(shí)并在“科技創(chuàng)新 [2]檢查和評(píng)分記錄表”上記錄有關(guān)情況。 d) 拓展部分不當(dāng)場(chǎng)評(píng)分，將在綜合匯總后，通過教師集體討論，最后評(píng)定得分。 具體測(cè)試項(xiàng)目： 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放器： 測(cè)試人機(jī)界面 —— 檢驗(yàn)功能轉(zhuǎn)換是否正常。檢測(cè)增益調(diào)節(jié)是否正常。檢測(cè)模式顯示（數(shù)碼管顯示）是否正常； 波形顯示與切換 —— 切換至函數(shù)信號(hào)發(fā)生器時(shí)，觀察四種數(shù)學(xué)波形是否光滑，周期是否穩(wěn)定，是否有毛刺； 調(diào)頻與調(diào)幅 —— 在信號(hào) 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(cè)試按鍵調(diào)整音樂播放的節(jié)拍 自動(dòng)增益調(diào)節(jié)： 當(dāng)輸出信號(hào)峰值超限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低增益值，限制輸出信號(hào)峰值 測(cè)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(shù)信號(hào)發(fā)生器，開路線 第 24 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 測(cè)試方法 基礎(chǔ)部分 1）程序載入單片機(jī)。 2）按要求接線，檢測(cè)是否能通過按鍵一選擇增益可控運(yùn)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(hào)，按單片機(jī)上的鍵顯示不同的增益倍數(shù)， 4）根據(jù)不同的增益倍數(shù)測(cè)試輸出電壓是否在誤差范圍內(nèi)。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨音樂播放器測(cè)試 1）按要求接線，檢測(cè)是否能通過按鍵一選擇函數(shù)發(fā)生或者音樂播放模式。 2）當(dāng)選擇函數(shù)發(fā)生時(shí)，檢測(cè)能否通過按鍵二選擇波形，能否通過按鍵三切換調(diào)頻和調(diào)幅，能否通過按鍵四控制相應(yīng)狀態(tài)的遞增。 3）當(dāng)選擇音樂播放時(shí)，檢測(cè)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(dòng)增益調(diào)節(jié)測(cè)試 1）按要求連接好被測(cè)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(shù)是否超出預(yù)訂閥值； 3）切換至自動(dòng)增益 模式，觀察萬用表示數(shù)的變化，看是否回到閥值內(nèi)； 4）重新改變?cè)鲆嬷?，使其低于設(shè)定閥值； 5）再次切換至自動(dòng)增益模式，觀察萬用表示數(shù)變化，看是否回到閥值內(nèi)； 6）改變?cè)鲆嬖O(shè)定，多次重復(fù)步驟（ 3） ~（ 5） 測(cè)試結(jié)果及分析 基礎(chǔ)部分 實(shí)際增益 ＝ 輸出電壓 / 輸入電壓 相對(duì)誤差 ＝ （實(shí)際增益 － 增益設(shè)置） / 增益設(shè)置 表 51 基礎(chǔ)部分測(cè)試數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)處理表格 序列號(hào) 輸入電壓 (V) 輸出電壓 (V) 顯示增益 實(shí)測(cè)增益 誤差 (%) 1 % 2 % 3 % 4 % 5 % 6 % 第 25 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 7 % 8 % 9 % 10 % 11 % 12 % 13 % 14 % 15 % 第 26 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 51 顯示增益與實(shí)際增益曲線 從數(shù)據(jù)當(dāng)中可以看出， 15 個(gè)檔位分別滿足實(shí)驗(yàn)要求的 3%之內(nèi)的誤差，誤差基本控制在 1%之內(nèi)，相較而言增益為 、 、 時(shí)，誤差達(dá)到了百分之一點(diǎn)幾，但仍在實(shí)驗(yàn)允許范圍之內(nèi) ，所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也能夠很好地?cái)M合曲線，與理論曲線十分接近。 函數(shù)信號(hào)發(fā)生暨電子音樂合成播放器 函數(shù)波形實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波，鋸齒波和方波，效果良好，頻率 5 檔 可調(diào)，幅度 2 檔 可調(diào)。 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(diào) 12 檔 節(jié)拍。 自動(dòng)增益調(diào)節(jié) 通過接收基礎(chǔ)部分的輸出電壓，并對(duì)電壓進(jìn)行判斷，可以使輸出電壓達(dá)到設(shè)定的范圍 （ ） 以內(nèi) 第 27 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 6. 致謝 本次科技創(chuàng)新 2A 項(xiàng)目主要是在 MSP430 單片機(jī)小系統(tǒng) 的基礎(chǔ)上， 進(jìn)行 開發(fā)、 設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)各種功能。 本次實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間比較長，要完成的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、要實(shí)現(xiàn)的功能也比較多。在我們的 整個(gè)實(shí)驗(yàn)中面對(duì)困難與困惑時(shí) ，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(dǎo)。 一開始我們對(duì)理論知識(shí)認(rèn)識(shí)不夠深入； 而在老師講解之后，讓我們對(duì)沒見過的功能電路設(shè)計(jì)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?cè)谄鞑牡氖褂蒙咸峁┝撕艽蟮膸椭? 其次感謝在實(shí)驗(yàn)過程中給予幫助的學(xué)長學(xué)姐。實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，遇到一些問題和疑惑，身邊的學(xué)長學(xué)姐 總是給出及時(shí)的幫助，在此表示感謝。 還要感謝 本組的各位 組員，在各個(gè)模塊產(chǎn) 生問題和設(shè)計(jì)出現(xiàn)瓶頸時(shí)，能夠一起交流經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì)。 最后感謝學(xué)校開設(shè)這門課程 并提供實(shí)驗(yàn)室供我們學(xué)習(xí)實(shí)踐， 給了我們鍛煉自學(xué) 能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神的機(jī)會(huì)，讓我們對(duì)理論的知識(shí)也有了更深刻的了解。 經(jīng)過辛苦的長時(shí)間待在實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，也慢慢感受到了電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的難度 ，積累了使用器材的經(jīng)驗(yàn)，提高了自身的動(dòng)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(xué)表示感謝！ 第 28 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 7. 參考資料 [1] 閻石 .《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 [M].北京 :高等教育出版社 ,2020:55 [2] 馬忠梅等 .《單片機(jī)的 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)》 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,1998 [3] 趙文博 .《單片機(jī)語言 C51 程序設(shè)計(jì)》 [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(shí)踐與科技創(chuàng)新 2A講義 [EB/OL]. 第 29 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 8. 附 錄 實(shí)物照片 圖 81 所有實(shí)驗(yàn)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(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 83 函數(shù)信號(hào)發(fā)生和電子音樂合成與播放模塊 圖 84 自動(dòng)增益電路模塊 課程學(xué)習(xí)心得和建議意見 課程學(xué)習(xí)心得 在本次科技創(chuàng)新課程中，我組成員在老師 、學(xué)長的指導(dǎo) 之下，齊心協(xié)力完成了課程基本任務(wù)（增益可鍵控線性放大器）和 拓展任務(wù)（函數(shù)信號(hào)發(fā)生器暨電子音樂播放器、自動(dòng)增益調(diào)節(jié)），都達(dá)到 了預(yù)期要求的效果。 這次實(shí)驗(yàn)與大一時(shí)進(jìn)行的工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新【 1】相比，難度增加了許多，也從單人實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為了小組實(shí)驗(yàn) ，對(duì)組員各取所長通力合作的團(tuán)隊(duì)精神有了更高的要求 ， 也要求我們 將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)一步運(yùn)用于電子設(shè)計(jì)當(dāng)中。經(jīng)過大約 2 個(gè) 月的工作，我組較好地完成了設(shè)計(jì)，并且作品經(jīng)終期檢查，符合設(shè)計(jì)要求。 一開始面對(duì)此次的課程任務(wù)，我們都覺得內(nèi)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(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 熟悉；并且由于組內(nèi)有轉(zhuǎn)院的同學(xué)，對(duì)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(dǎo)，并且在個(gè)人已知知識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì) ftp 所提供的資料進(jìn)行仔細(xì)研習(xí)，在組內(nèi)和組間進(jìn)行交流，最終對(duì)此次設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。 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(jī)的設(shè)計(jì)與使用，并且撰寫了格式規(guī)范的科技報(bào)告。在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(nèi)和 組間的交流和探討，共同合作解決出現(xiàn)的異常狀況。 在此將我們的經(jīng)驗(yàn)心得總結(jié)如下： 硬件設(shè)計(jì)方面，我們有以下心得： 1：事先做好布線設(shè)計(jì) 此次的實(shí)驗(yàn)中增益可控放大電路的布線比較復(fù)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(guān)以及 10 排插線部分，接線復(fù)雜繁密，需要特別小心。可以通過紙筆進(jìn)行設(shè)計(jì)，先插上元件而不進(jìn)行焊接，根據(jù)實(shí)際情況再對(duì)布線進(jìn)行調(diào)整，從而使得電路簡潔明了，可讀性強(qiáng)。 2：一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接三條以上支路時(shí)的焊接。 由于給定電路板上相連的最多有三個(gè)焊接點(diǎn)， 而電路當(dāng)中的連接點(diǎn) 又比較多， 需要對(duì)這一類特殊焊接點(diǎn)進(jìn)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(gè)節(jié)點(diǎn)上的情況，一般的方法是用導(dǎo)線 把不相連的焊接點(diǎn)連接到一起增大可以焊接的支路條數(shù)。 3：在基礎(chǔ)部分 電路的設(shè)計(jì)時(shí)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(chǔ)部分有信號(hào)之間的交互，因而基礎(chǔ)部分電路的可拓展性比較重要，在設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)預(yù)留空間進(jìn)行接線的引出。 4：測(cè)試時(shí)，接線要認(rèn)真核對(duì)，保證對(duì)應(yīng)的線路接在對(duì)應(yīng)的位置，比如單片機(jī)的三個(gè)接口，如果接線錯(cuò)誤并且沒及時(shí)發(fā)現(xiàn)會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)調(diào)試造成不必要的麻煩。在試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)器材好 壞并不能保證，萬用電表的精確度，信號(hào)源信號(hào)的穩(wěn)定性及示波器的干擾等。只有在確認(rèn)器材沒問題的情況下進(jìn)行調(diào)試，才能進(jìn)一步分析、評(píng)估與總結(jié)。 軟件設(shè)計(jì)方面，我們有以下心得： ，對(duì)于單片機(jī)的開發(fā)環(huán)境