【正文】 拓展 3 的測試方法： (1) 按要求接線，工作電壓 直流電。并將萬用表測量輸出的電壓值，然后會觀察到隨著信號源的半波幅度不斷增大，輸出端的電壓值也隨之而增大，當超過 最大的電壓閾值 Vmax 時，系統(tǒng)會自動降低一檔增益倍數(shù)，測試時從 倍降低到 倍，隨之測出的輸出電壓也降低了 ，觀察到示波器上的正弦波形有一個跳變。 (6) 按鍵一切換到音樂發(fā)生狀 態(tài)下，將輸入信號改為由單片機 產(chǎn)生的音樂信號，按鍵二可以在《荷塘月色 》與《天空之城》之間切換。 (3) 將示波器連在電路的輸入端，觀察輸入波形是否正確。 (4) 控制單片機 上的按鍵，調(diào)整增益倍數(shù)，記錄不同增益倍數(shù)下輸入與輸出以及誤差。 拓展項目 2： (1)電壓比較是否有效果； (2)是否是雙門限（高限、低限）電壓比較； 拓展項目 3：播放兩首歌曲，通過紅外遙控改變其音量。 （ 2）脈寬識別 電路中產(chǎn)生的脈沖脈寬為 4ms 和 40ms，選用了延時 18ms。 數(shù)據(jù)結構 同音樂發(fā)生器部分。 第 28 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 紅外遙控描述 功能描述 通過單片機 管腳接受紅外信號，通過識別紅外信號低電平脈沖的脈沖寬度來對音樂發(fā)生器的音量進行改變。 i =50。 if (i0) i。 //標志位置 0； ADC10CTL0 amp。 //等待轉(zhuǎn)換完成 while((ADC10CTL0 amp。 //將 ADC時鐘 5分頻 ADC10CTL1 = ADC10DIV2。 該變量為當按鍵 sw[3]時， flag 變?yōu)?1，然后會進入自動增益調(diào)節(jié)函數(shù)。 （ 7） 方波的生成：先 for 循環(huán) x 次（每次循環(huán)延時 ），在循環(huán)時不改變 x 的值；再 for循環(huán) x 次，并令 x=0，通過 x 決定 a1,a2,a3,a4,a5,a6 的值，從而實現(xiàn)方波的輸出。 a5 = i/2%2。 （ 5） 三角波的生成：先 for 循環(huán) x 次（每次 循環(huán)延時 ），令 i=i+1，根據(jù) for 循環(huán)中的 i值改變 a1,a2,a3,a4,a5,a6 的值（ a1 = i/32%2。 a5 = x/2%2。 （ 2） x 決定 a1,a2,a3,a4,a5,a6 的值： a1 = x/32%2。 （ 10） pattern1 函數(shù)：計算變量 b1,b2,b3,b4 的值，調(diào)用 song 函數(shù)， out 函數(shù)。 （ 6） func2 函數(shù)（ wavef==2）：鋸齒波的輸出，并計算 a1,a2,a3,a4,a5,a6 的值。 （ 2） pattern 函數(shù)：調(diào)用 pattern 來實現(xiàn)信號發(fā)生器和音樂播放兩種模式的切換。 (5) unsigned int b1,b2,b3,b4 b1,b2,b3,b4 這四個變量在此程序中對應 20k， 40k， 80k， 160k 四個電阻的狀態(tài)。 (3) unsigned int a1,a2,a3,a4,a5,a6。關系如下： digi=0：晶體管顯示“ 0” digi=1：晶體管顯示“ 1” digi=2：晶體管顯示“ 2” digi=3：晶體管顯示“ 3” 在信號發(fā)生器模式下，生成正弦波時顯示 0000，生成三角波 顯示 0001，生成鋸齒波時顯示 0002，生成矩形波時顯示 0003。led2 = 1。= ~BIT7： 端口輸出低電位 led1 = 0。= ~BIT2： 端口輸出低電位 P1OUT amp。 BIT3)==0 表示按鍵按下 ) P1IN amp。 BIT0)==0 表示按鍵按下 ) P2IN amp。 （ 2） 在音樂播放器模式下，通過第二個按鍵的輸入，決定播放的曲目（共有兩首，分別為：喀秋莎和天空之城）。計算需要顯示的放大倍數(shù)。=~BIT。 調(diào)用函數(shù)說明 本模塊是在 demo 程序的基礎上對中斷函數(shù)進行了改動，并沒有加入新的函數(shù)。 led1,led2,led3,led4 代表對應 led 燈的狀態(tài)。led3 = 1。led2 = 0。= ~BIT0： 端口輸出低電位 P1OUT amp。 BIT3： (P2IN amp。 BIT0： (P2IN amp。 // x記錄函數(shù)中循環(huán)次數(shù)和決定 a1,a2,a3,a4,a5,a6的值 unsigned int x=32。 // 輔助讀譜指針、持續(xù)時間計數(shù)變量 unsigned int audio_ptr=0,audio_dura=0。 增益控制程序 鍵值處理模塊 數(shù)碼管驅(qū)動模塊 增益譯碼模塊 第 18 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 // 測試用計數(shù)值十進制表示 unsigned char digi[4]={0,0,0,0}。 // 1s軟件定時器溢出標志 unsigned char clock1s_flag=0。 主要元件 — 74HC123 圖 74HC123 管腳圖 （摘自 74HC123 datasheet） 74HC123 可以通過設置好的元件參數(shù)來調(diào)制脈沖寬度，當 CEXT＞ 10000pF 時，滿足公式 Tw= REXT CEXT。右側為紅外接收管，當有信號時，紅外接收管導通，輸出電壓降低。 元件選值： C1=C2=C3=C4= F， R1=100KΩ， R2=1MΩ， R3=R4=2MΩ。 (3) 脈沖信號從單片機 口輸入 技術要求 用紅外方式，遙控對音頻輸入信號的放大倍數(shù)，輸出至音頻輸出設備。 第 14 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 紅外遙控描述 功能描述 用紅外方式，遙控調(diào)節(jié)音樂播放時的音量大小。如果超過 第 13 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 最大的電壓閾值 Vmax，則 通過單片機控制降低增大的增益倍數(shù)；當增益的倍數(shù)不在最大值 倍時，如果此時的電壓小于最小限定閾值電壓 Vmin，則通過單片機控制增大增益的倍數(shù)；若得到的檢波結果小于 Vmax 且大于 Vmin，維持增益不變。中間的 N 區(qū)（或 P 區(qū)）叫基區(qū) ，兩邊的區(qū)域叫發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極 B、發(fā)射極 E 和集電極 C，是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。由于頻率決定音調(diào)，所以曲目由單片機程序決定，電壓決定音量，所以音量大小由放大電路控制。只要在基礎部分的基礎上再增加一片 CD4066BC，從而增加兩個電阻 160kΩ和 320kΩ，這樣就會有 63 個檔，通過單片機編程來周期性的控制增益，這樣就可以產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波、方波等波形。 (5) 160 KΩ、 320 KΩ分別由單片機 、 控制。 接口定義 (1) 十針腳通信電纜：與單片機小程序板相連。 如圖 管腳圖所示，其中 11 均為輸入輸出端， 1 13 分別為四個開關的控制端， 7 為接地端， 14 接 直流電源 第 9 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 主要元件 —— TLV2372 運算放大器 TLV2373 的管腳 圖 見圖 圖 TLV2373 管腳 圖 （摘自 TLV2372 datasheet） 介紹： TLV2373 包含兩個運算放大器電路，其中 7 為輸出端， 6 為反相輸入端， 5 為正向輸入端， 4 為接地端， 8 接 直流電源。這樣選值就恰好可以達到 — 的增益。 實現(xiàn)方式 電路原理與元件選值 實現(xiàn)不同增益原理圖見圖 圖 （ 注：資料來源于 ppt） 第 7 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 實際電路圖見圖 圖 增益可控放大電路電路圖 加在 Vi 端的交流電（ 850mVPP， 400HZ）經(jīng)過反相放大器電路放大得到輸出電壓 Vo。 (4) 10 KΩ、 20 KΩ、 40 KΩ、 80 KΩ分別由單片機 、 、 、 控制。 增益可控放大電路（基礎部分） 由 TLV237模擬開關和其他電阻電容等元件組成。 (2) 音樂播放器： 通過按鍵切換播放兩首曲子，同時通過按鍵控制音量 15 級可調(diào)。 第 4 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 圖 紅外遙控音量放大電路原理圖 系統(tǒng)的功能 (1) 可變增益運算放大器： 根據(jù)用戶的需要，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的放大倍數(shù)，并且顯示增益值，從 ～ 倍，控制誤差最高在 2%之內(nèi)。 原理見圖 圖 幅度調(diào)制信號發(fā)生與電子音樂合成播放原理圖 拓展 2：本系統(tǒng)采用雙門限電壓比較，通過調(diào)節(jié)輸入的交流信號源的半波幅度，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；當再降低輸入的交流源信號時，系統(tǒng)又會自動增加增益值。選擇合適的 Ri， Rf，就可以將輸出的電壓 Vout 調(diào)整到 Vin 的 ， ， ，??， 倍率。當輸入電路過高或過低后交流波形發(fā)生改變超出控制范圍。 拓展部分 ： 拓展部分 1：函數(shù)信號發(fā)生器：通過單片機小系統(tǒng)左數(shù)第二個按鍵來選擇正弦，三角，鋸齒，方波這四種波形。 拓展部分 2： 自動增益控制 ： 拓展后功能效果：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。 CD4066BC 四路模擬開關 C ：電容 R ：電阻 DC：直流電 PCB：印刷線路板 LED：數(shù)碼管顯示模塊 LCD： 字符液晶顯示模塊 第 2 頁 上海交通大學 電子信息與電氣工程學院 2. 系統(tǒng)總體說明 課題任務規(guī)定的設計要求 基礎部分要求 ：設計制作一個增益可鍵控的線性放大器電路，并通過單片機小系統(tǒng)控制其交流增益等級的變化。 CD4066：是一個為模擬 /數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換或多路復用設計的四路雙向開關。 簡易函數(shù)信號發(fā)生器：可以輸出特定波形的機器。 名詞定義 單片機 ：在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲器、 I/O 接口電路，從而構成了單芯片微型計算機，即單片機。主要包括： 。 controllable gain。所用控制系統(tǒng)為 MSP430 單片 機 小系統(tǒng)，并以 CCS 編程軟件實現(xiàn)?；A部分系統(tǒng)通過運算放大器 TLV2372 及模擬開關 CD4066 的控制實現(xiàn) 15 個等級的增益控制。 function signal generator。即 設計制作一個增益可控的線性放大器電路，并通過單片機小系統(tǒng)控制它的交流信號增益值的改變； 任務，本小組選擇的是函數(shù)信號發(fā)生器暨電子音樂播放器 ，自動增益調(diào)節(jié)和紅外遙控這三 個拓展部分。 運算放大器 ：能夠放大電子信號的強度（電壓、電流或者功率）的一種電子儀器。 電子音樂播放器 ：通過調(diào)節(jié)蜂鳴器路端電壓頻率和有效值來發(fā)出 特定音頻的音樂的器件。它和 CD4016 的引腳相兼容，但是擁有一個更低的導通電阻。在給定的單片機小系統(tǒng)板上提供人機操作界面，使操作者能通過按鍵操作，設置放大器的增益等級，相應的增益值在數(shù)碼管上顯示。 拓展部分 3： 紅外遙控音量放大電路 ： 用紅外方式，遙控對音頻輸入信號的放大倍數(shù)，輸出至耳機和拓展 1 中的音樂播放器。波形比較令人滿意，沒有明顯失真情況， 幅度 一共 63 級可調(diào)。 拓展部分 3：可最大 5cm 距離紅外遙控調(diào)節(jié)音量， 15 級可調(diào)。 拓展 1： :新增一片 4066，將 R1 增加到 6 個電阻并聯(lián)，這樣就可以輸出 63 種不同阻值的 R1，選擇合適的 R1， Rf，就可以將輸出的電壓 Vout 調(diào)整到 Vin 的 ， ， ，??， 倍率。 本小組將上下限輸出電平設定為 和 。 (2) 增益控制： 增益控制 通過單片機和 CD4066 芯片，通過不同的信號狀態(tài)和連接電阻可以產(chǎn)生 15 種組合，以得到 15 種不同的放大倍數(shù)。 （ 3）自動增益： 通過反饋回來的輸出信號與上下限電壓的比較結果，經(jīng)過單片機分析后再次控制 CD4066 開關的開閉，不斷改變增 益值，直到輸出電壓峰值在參考范圍內(nèi)為止。 幅度調(diào)制信號發(fā)生暨電子音樂播放 （拓展 1） 增加一個模擬開關，揚聲器作為音樂輸出 自動增益調(diào)節(jié)（拓展 2） 2AP9 檢波二極管 紅外發(fā)射端（拓展 3） 由 74HC123 和電阻電容等元件以及紅外發(fā)射二級管組成 紅外接收端（拓展 3） 由紅外接收二極管和運放 UA741 等組成 增益可程序控制的放大器描述 功能描述 (1) 將輸入正弦交流信號進行增益后輸出 (2) 按鍵控制共 15 個增益倍數(shù)，誤差小于 3% (3) 數(shù)碼管顯示當前增益倍數(shù) 接口定義 (1) 十針腳通信電纜：與單片機小程序板相連。 技術要求 (1) 最 小增益須小于 倍（建議取 ），最大增益須大于 倍（建議取 ） (2) 至少 15 個增益等級：建議按等差排列，比如 ， ， ，?， (3) 所有級別的增益相對誤差 3% (4) 輸出電壓增益要求 :由于實驗要求電壓增益的誤差不大于 3%，而實驗所選取的各器件 卻 均非理想原件。上圖為用運放作為反向比例放大器的基礎電路圖，由公式 Vo = (Rf/Ri ) Vi（其中 Rf 為輸出端與