【正文】 樂譜二維數(shù)組： const unsigned int music_data[][2] 第一個數(shù)據(jù)表示頻率（轉(zhuǎn)化為音調(diào)高低），第二個數(shù)據(jù)表示節(jié)拍（轉(zhuǎn)化為音節(jié)時間長短） 放大器放大倍數(shù) fre ： 記錄放大器的增益值。 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 }。同樣通過按鍵可實現(xiàn)對歌曲音量的調(diào)節(jié)。 進入電子音樂模塊，可播放音樂《喀秋莎》、《葫蘆娃》、《天空之城》。 基礎(chǔ) 部分 +函數(shù)信號發(fā)生 +電子音樂合成 +紅外音量控制 描述 功能描述 通過單片機上的按鍵進行信號發(fā)生器和電子音樂模塊的切換 進入函數(shù)信號發(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。 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。 BIT P2IN amp。 P2IN amp。 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 void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel) 功能： 四位數(shù)碼管及四個 LED 燈驅(qū)動 void Port_Init(void) 。對鍵盤防抖進行掃描 （ 首先檢測按鍵是否被按下，同時設(shè)置一定的按鍵延時以保持按鍵的穩(wěn)定 ） ，并順序掃描驅(qū)動數(shù)碼管 顯示增益倍數(shù) 。 //將各引腳設(shè)置輸出 基礎(chǔ)部分 +自動增益 描述 功能描述 通過檢測單片機 和 讀入控制信號。= ~(BIT4+BIT5+BIT6+BIT7+BIT0+BIT1)。 單片機對外電路輸出 ： P1DIR |= BIT4+BIT5+BIT6+BIT7 。= ~BIT1 P2DIR amp。= ~(BIT3+BIT2+BIT0) 。= ~BIT3。借助中斷實現(xiàn)對模式變量的反復(fù)檢測。若 按下第一個按鍵，則第一位數(shù)碼管對應(yīng)數(shù)字 2，則進入自動增益 處理模塊。 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 揚聲器 單片機 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) +自動增益 ，結(jié)構(gòu)見圖 41。在此需說明的是，由于在實驗中發(fā)現(xiàn)單片機發(fā)出的方波可以推動揚聲器發(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。但是，單 片機輸出的方波信號的幅值是不變的，所以仍然不能合成電子音樂，所以信號的幅度此時就可以運用基礎(chǔ)部分的放大電路來實現(xiàn)了。 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輸入不再是原有的交流信號源，而是由單片機輸出的方波信號，此方波信號的頻率是隨著時間變化的，所以該方波信號在本拓展中用作電子音樂的音樂信號。所以，利用此點特性，當(dāng)增益值隨時間呈線性增大，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。 當(dāng)單片機通過控制兩片多路開關(guān)改變接入電路的電阻的大小時，輸出的增益值將會立即改變。 Vo 的輸出公式為 其中 RL 為圖示電阻， Rfk 為第 k 個并聯(lián)的輸入電阻， dk 表示第 k 個電阻是否接入電路，當(dāng) dk=0 時，第 k 個電阻沒有接入電路，當(dāng) dk=1 時，第 k 個電阻接入電路。J2 表示在本拓展項目中新增的一片 CD4066 多路開關(guān)，而 Rf2 則表示新增的三個電阻中接入電路的等效電阻。 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。此部分建議與紅外遙控部分共同使用，即可實現(xiàn)遠距離調(diào)制電子音樂的音量的大小。本系統(tǒng)默認為單曲循環(huán)，即當(dāng)放完第一首歌后，重復(fù)播放第一首歌。如果此拓展部分與紅外遙控部分一并使用，則可實現(xiàn)遠距離通過紅外方式實現(xiàn)對波形幅值的調(diào)控。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。 函數(shù)信號發(fā)生和電子音樂合成與播放 功能描述 通過單片機上的按鍵進行信號發(fā)生器和電子音樂模塊的切換 。當(dāng)單片機接收到 0， 0 的數(shù)字信號時，單片機將會控制多路開關(guān)，將基礎(chǔ)部分電路的增益值增大 。 將兩個運算放大器的輸出端接入單片機中，那么當(dāng)單片機接收到 1， 1 的數(shù)字信號時 ，單片將會控制多路開關(guān)，將基礎(chǔ)部分電路的增益值減小 。顯然，當(dāng)來自檢波電路的輸出電壓大于高閾值電壓且大于低閾值電壓時，運算放大器 U2 和運算放大器 U3 的輸出端均會輸出 ，對應(yīng)的數(shù) 第 25 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 字信號 為 1 和 1；當(dāng)檢波電路的輸出電壓低于高閾值電壓且高于低閾值電壓是，運算放大器U2 的輸出端將會輸出 0V，運算放大器 U3 的輸出端將會輸出 ，此時對應(yīng)的數(shù)字信號為0 和 1；當(dāng)檢波電路的輸出電壓既低于高閾值電壓且低于低閾值電壓時，運算放大器 U2 和運算放大器 U3 的輸出端均會輸出 0V，對應(yīng)的數(shù)字信號為 0 和 0。 D11 B H 6 2R13 M ΩC30 . 1 181。注意到這兩片運算放大器的正向輸入端均接檢波電路的輸出端，運算放 Rf3kΩC12 2 181。 并且此時應(yīng)當(dāng)注意到，當(dāng) R1 與 C3 的值越大，檢波電路所輸出的直流信號將會越穩(wěn)定，所以本小組選用阻值為 3MΩ 的大電阻與 F 的大電容組成并聯(lián) RC 電路。 實現(xiàn)方法 如圖 312 所示，在基礎(chǔ)部分電路的輸出端首先增加了有檢波二極管，一個大電阻和一個大電容所組成的檢波電路。 接口定義 這部分主要要求寫接入單片機的引腳的定義，例如，單片機上 是用來干什么的， 是用來干什么。 FV15 0 0 m V r m s 6 0 0 H z 0 176。 FU 1 ATLV 2 3 7 2 I D32481R23kΩR33kΩV23 . 3 V RL3kΩC22 2 181。電子音樂合成部分將在電子音樂合成與播放部分進行詳細的敘述，在這里就不贅述了。將運算放大器的輸出端接入單片機中，單片機根據(jù)輸入的信號確定 CD4066 的開斷。此時電壓稍大于預(yù)定的閾值電壓（ ），則在此條件下運算放大器的輸出電壓為 ，也即對應(yīng)數(shù)字信號 1。 （ 2） 紅外接收電路模塊 如圖 310 所示，當(dāng)接收部分的紅外二極管沒有接收到紅外線時，在實驗室條件下，可以發(fā)現(xiàn)，紅外二極管兩端的電壓幾乎等于直流電壓所提供的電壓，此時所串聯(lián)的電阻上的分壓幾乎為零。 FC41 0 181。 FC22 2 181。當(dāng) R6 中沒有脈沖 經(jīng)過時，三極管保持斷開狀態(tài)，此時紅外二極管的一端懸空，此時二極管兩端沒有瞬時信號，則紅外二極管不會發(fā)出光脈沖。產(chǎn)生的脈沖通過二極管 D1,D2 所組成或邏輯電路被導(dǎo)入到三極管中。在此，本小組選用 R4=3kΩ ,C3=1μ F 以及 R5=3kΩ ,C4=10μ F。 圖 38 紅外遙控模塊原理圖 [8] （ 1）紅外發(fā)射裝置 紅外發(fā)射裝置主要 通過兩個按鍵觸發(fā)不同時長的連續(xù)信號， 使得紅外二極管發(fā)出相同時長的光脈沖信號。 圖 37 74HC123 內(nèi)部結(jié)構(gòu) [7] （ 2） 74HC123 管腳定義： 第 21 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 管腳 14 和 1 6 和 7：與外部 RC 電路相連，從而產(chǎn)生不同 時長 管腳 2 和 10 和 11：均接 VCC 管腳 9：出發(fā)信號輸入端，輸入來自按鍵的脈沖 管腳 13：信號輸出端 設(shè)計 思想 與方法 紅外遙控調(diào)節(jié)音量大小裝置的總設(shè)計原理簡圖如圖 38 所示，整個紅外遙控裝置分為紅外發(fā)射裝置，紅外接收裝置，以及音樂播放與音量調(diào)整裝置三個主要部分。 （ 3） 紅外二極管 將接受的紅外 光脈沖信號 轉(zhuǎn)變?yōu)槎O管兩端跳變的電壓，運算放大器將跳變電壓與提前設(shè)定的閾值電壓做比較，并將比較的結(jié)果以數(shù)字信號的方式的 輸入至單片機，從而 單片機 控制 CD4066 數(shù)字多路開關(guān)的接斷 ，實現(xiàn)基礎(chǔ)電路上輸出電壓增益的變化 。但是在測量增益時，需使用交流電壓表進行測量。 綜合考慮后選取 R3=80 KΩ , R4=40 KΩ , R5=20 KΩ , R6=10 KΩ , Rm=8 KΩ ,（此處電阻值均為理論值，實際上由于生產(chǎn)的電阻都是有固定阻值的，故實際選取的電阻有些近似） 此時可實現(xiàn) ～ 倍的增益。下面則詳細分析，如何運用該電路實現(xiàn)交流電壓的反向放大功能的。 沒 有太多交叉，十分 簡潔 明了 人機界面友好 ， 按鍵消抖 ， 輸入電壓： V 放大器的增益至少包括 15 個標準值等級：從 至 倍，以 為間隔共 15 種； 各等級的實際增益值與標準值比較，誤差應(yīng)小于 3%，且越精確越好 CD4066 的相關(guān)技術(shù)要求 : 電源供電電壓范圍為 315V，本模塊為 抗高頻噪聲能力為 VDD (typ.) 第 16 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 工作溫度： 40℃ ~ +85℃ TLV2372 的相關(guān)技術(shù)要求為： 工作溫度為： 20℃ 75℃ 本次給運放提供的電源電壓為 V 實現(xiàn)方式 如圖 35 所示，基礎(chǔ)部分主要運用反向放大電路可鍵控增益功能，其中 R3 ,R4 ,R5 ,R6 作為反向放大電路的輸入電阻，其組合決定著電路輸出的增益的大小。 1 號引腳需 接輸出端，此引腳對地電壓即為反向放大電路的輸出電壓。 3 號引腳接 直流電壓，用以抬升輸出波形。 TLV2372 運算放大器 TLV2372 共八個引腳，其中 兩個引腳接 外接電源，另外六個引腳組成 2 個獨立的運算放大器。 第 15 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 10， 11， 12 號管腳：控制開關(guān) D，在本電路中控制電阻 R4=80KΩ。 6， 8， 9 號管腳：控制開關(guān) C，在本電路中控制電阻 R3=40KΩ。 3， 4， 5 號管腳：控制開關(guān) B，在本電路中控制電阻 R2=20KΩ。 1， 2， 13 號管腳：控制開關(guān) A，在本電路中控制電阻 R1=10KΩ。如圖 7 所示。 接口定義 CD4066 數(shù)字多路開關(guān) CD4066 共 14 個管腳。具體功能如下： （ 1） CD4066 數(shù)字開關(guān)：控制 10kΩ ,20kΩ ,40kΩ ,80kΩ ,4 檔電阻的接入。 所對應(yīng)的增益放大倍數(shù)可顯示在系統(tǒng)的七段數(shù)碼管上。并將正確的響應(yīng)經(jīng) I/O 接口輸出至外電路。 第 12 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 3. 系統(tǒng)的硬 件結(jié)構(gòu) 硬件總體結(jié)構(gòu) 圖 31 硬件總體結(jié)構(gòu)圖 硬件總體分為六部分： 1 單片機小系統(tǒng)模塊 2 基礎(chǔ)部分增益模塊 3 函數(shù)發(fā)生模塊 4音樂發(fā)生模塊 5 紅外遙控模塊 表 31 硬件總體模塊列表 單片機小系統(tǒng)模塊 用于信號接收與處理，含單片機等芯片和電路 基礎(chǔ)增益模塊 實現(xiàn)放大功能的主要模塊，由模擬開關(guān)，電阻， 運算放 大器組成 ，從單片機系統(tǒng)接受信號 。 紅外遙控： 通過按壓紅外發(fā)射板上的按鍵，可以實現(xiàn)對電子音樂合成與播放部分所播放的電子音樂 的音量大小逐級增大或減小的功能。使得 由單片機輸出頻率按 曲調(diào)變化的方波信號經(jīng)過集成放大電路后在輸出端驅(qū)動一個蜂鳴器，并產(chǎn)生電子音樂。同樣通過按鍵，可以 進行三檔不同頻率 的調(diào)制以及三種不同幅度的調(diào)制。 函數(shù)信號發(fā)生器： 通過軟件控制六路信號通過