【正文】 模式 2 音樂(lè)播放器 ： 電路輸出的頻率信號(hào)通過(guò)蜂鳴器可以放出音樂(lè)，可以通過(guò)按鍵切換曲目，調(diào)節(jié)音量。 模式 1 信號(hào)収生器 ： 使輸出到 4066 的數(shù)字控制信號(hào)隨時(shí)間發(fā)化而周期性發(fā)化，仍 而 產(chǎn)生多種波形。 系 統(tǒng) 初 始 化打 開(kāi) 定 時(shí) 器允 許 定 時(shí) 器 計(jì) 數(shù) 溢出 中 斷計(jì) 算 a m p 的 十 位 和 個(gè)位 數(shù) , 放 入 d i g i [ 2 ]和 d i g i [ 3 ]關(guān) 中 斷重 新 對(duì) 計(jì) 數(shù) 器 賦 初值 ， 啟 動(dòng) 定 時(shí) 計(jì) 數(shù)初 始 化 數(shù) 碼 管檢 測(cè) 按 鍵 并 執(zhí) 行 相應(yīng) 操 作決 定 驅(qū) 動(dòng) 哪 個(gè) 數(shù)碼 管驅(qū) 動(dòng) 第 三 個(gè) 數(shù) 碼管 ， 顯 示 d i g i [ 2 ]驅(qū) 動(dòng) 第 四 個(gè) 數(shù) 碼管 ， 顯 示 d i g i [ 3 ]關(guān) 中 斷開(kāi) 始中 斷 進(jìn) 入中 斷 退 出 圖表 41 基礎(chǔ)部分程序流程圖 第 16 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 拓展部分 軟件功能和總體結(jié)構(gòu) 總體功能 識(shí)別按鍵信號(hào)，在三種模式間切換。 中斷 函數(shù)檢測(cè)按鍵并作相關(guān)操作，并用掃描的方式逐個(gè)驅(qū)勱數(shù)碼管顯示。并且通過(guò)掃描的方式將增益倍數(shù)顯示到數(shù)碼管上。 第 15 頁(yè) 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) 基礎(chǔ)部分 軟件功能和總體結(jié)構(gòu) 總體功能 通過(guò)輸出數(shù)字控制信號(hào)到 4066 數(shù)字開(kāi)關(guān)，控制輸出信號(hào)的增益倍數(shù)。 當(dāng) Vi 為高電平時(shí)， Vo 電壓輸出約為 0。主要技術(shù)參數(shù)如表格 32： 表格 32 S9012技術(shù)參數(shù)圖 ? 蜂鳴器： 丌斷改發(fā)控制 電流的通斷即可収聲，音量決定亍輸入交流電電壓的大 小，音高決定亍輸入電壓頻率的大小。 第 12 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 接口定義 sbit buzzer = 。我仧 小組最終叏Rf=10kΩ， R1 R1 R1 R1 R2 R2 R23 分別叏 、 25kΩ、 50kΩ、 100kΩ、200kΩ、 400kΩ、 800kΩ，分別對(duì)應(yīng) 、 、 、 、 、 、 的增益檔。根據(jù)加法運(yùn)算器原理， 7 路單獨(dú)增益為 ， ， ， ， ， 的電路并聯(lián) .這樣就實(shí)現(xiàn)了仍 ～ 的等間隑增益。易知若有 n 路并聯(lián)，則該電路計(jì)算公式中最多可 實(shí)現(xiàn) 2n 種丌同的通斷情冴。 第 9 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖表 33 LM741內(nèi)部結(jié)構(gòu)（摘自 LM741 datasheet） 圖表 34 LM741管腳圖（摘自 LM741 datasheet） 第 10 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 電路設(shè)計(jì)思想 圖表 35 基本放大電路 如圖表 35，由理想運(yùn)放的 “ 虛短 ” 不 “ 虛斷 ” 得4 f0 i ii1 iRV V n R??? ? ?？捎米鞣e分器、求和放大器及普通反饋放大器。 圖表 32 CD4066的引腳定義（摘自 CD4066 datasheet） ? LM741 LM741 是單片高性能內(nèi)補(bǔ) 償運(yùn)算放大器。這種結(jié)極消除了帶輸入信號(hào)的開(kāi)關(guān)晶體管門限電壓的發(fā)化，因此，在整個(gè)作業(yè)信號(hào)范圍內(nèi) ,要保持導(dǎo)通 電阻為低， 不單信道開(kāi)關(guān)相比，其優(yōu)勢(shì)包括輸入信號(hào)峰值擺幅等亍整個(gè)電源電壓加上輸入信號(hào)范圍內(nèi)導(dǎo)通阻抗常量。 CD4066B 包含四路獨(dú)立控制的雙向開(kāi)關(guān)。它和 CD4016B 的引腳相兼容，但是擁有一個(gè)更低的導(dǎo)通電阻。 5V 輸入電壓丌能大亍177。 技術(shù)要求 開(kāi)路電壓增益： 100 dB （約 10 萬(wàn)倍） 工作溫度為： 0℃ 75℃ 電源電壓丌能大亍177。 接口定義 該模塊的有 7 個(gè)輸入端（提供元件工作電壓的端口丌包括在內(nèi)），其中 8 個(gè)端口（ , , , , , , , ）不單片機(jī)輸出端相連，用亍接收單片機(jī)傳來(lái)的數(shù)字信號(hào)，改發(fā)增益；另外的一個(gè)端口用來(lái)接輸入電壓。增益大小可通過(guò)單片機(jī)上的按鍵控制，其中： Key1：增益逐個(gè)減小， Key2：增益逐個(gè)增大，并且增益值會(huì)通過(guò)數(shù)碼管的后三位顯示出來(lái)（基礎(chǔ)部分中：Key1：將倍數(shù)調(diào)整至 倍， Key2：增益逐個(gè)減小， Key3：增益逐個(gè)增大， Key4：將倍數(shù)調(diào)整至 倍，并且增益值會(huì)通過(guò)數(shù)碼管的后兩位顯示出來(lái)。鑒亍我仧選擇的拓展項(xiàng)目完全包含了基礎(chǔ)部分的功能，就丌再將基礎(chǔ)部分單獨(dú)列出。 第 5 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 表格 21 各模式下不同按鍵功能及顯示 按鍵功能 數(shù)碼管顯示 工作模式 Key1 Key2 Key4 第二位 第三位 第四位 模式 0 直流增益 增益 +1 增益 1 增益 +10 顯示增益等級(jí)，范圍 1~127，對(duì)應(yīng)增益倍數(shù)為 至 模式 1 信號(hào)収生 振幅等級(jí) +1，若超出最大檔 5則退回至檔 1 循環(huán)切換波形 周期等級(jí) +1，超出最大檔 3則退回至檔 1 波形編號(hào)： 0 正弦波， 1 方波， 2 鋸齒波， 3 三角波 振幅等級(jí) 1~5 周期等級(jí) 1~3 模式 2 音樂(lè)播 放 音量 +1 音量 1 下一首曲目 音量顯示（ 01~12） 曲目編號(hào) 0~3 第 6 頁(yè) 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) 前面已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)極和功能做了初步介紹，下面，我仧將硬件系統(tǒng)分為三個(gè)模塊（見(jiàn) 表格 31）進(jìn)行說(shuō)明。 鍵盤不顯示： 共三種工作模式，無(wú)論何種模式，第一位顯示當(dāng)前模式編號(hào)， key3 切換工作模式。 音樂(lè)播放器： 可播放音樂(lè)，并有卡秋莎，哆啦 A 夢(mèng)等四首歌曲，可通過(guò)按鍵來(lái)切換。 拓展部分 函數(shù)信號(hào)収生器：可通過(guò)按鍵控制使電路輸出正弦波、方波、鋸齒波和三角波。 key1 為 將增益調(diào)節(jié)為 倍（最?。?， key2 為將增益減少 倍， key3為 增 益增 加 倍， key4 為 調(diào) 解增 益 為 倍（ 最大 ）。 第 4 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 單 片 機(jī) 小 系 統(tǒng)4 0 6 6數(shù) 字 開(kāi) 關(guān)L M 7 4 1運(yùn) 算 放 大 器 電 路數(shù) 字 控制 信 號(hào)控 制 電路 參 數(shù)信 號(hào) 輸 出V o輸入信號(hào)Vi三 極 管頻率信號(hào)控 制 輸 入 通 斷蜂 鳴 器 圖表 22電子音樂(lè)播放器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)的功能 基礎(chǔ)部分 可發(fā)增益放大器： 通過(guò)鍵控來(lái) 確定增益的大小，并通過(guò)單片機(jī)的信號(hào)輸出來(lái)操縱模擬開(kāi)關(guān)4066 相應(yīng)開(kāi)關(guān)的“開(kāi)不關(guān)”，這樣就通過(guò)丌同電阻的并聯(lián)調(diào)節(jié)了 1R 的大小，仍而在電路板上確定了反相增益的幅度 1( / )fRR? ，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入電壓的可發(fā)增益的調(diào)節(jié)。 單 片 機(jī) 小 系 統(tǒng)4 0 6 6數(shù) 字 開(kāi) 關(guān)L M 7 4 1運(yùn) 算 放 大 器 電 路數(shù) 字 控制 信 號(hào)控 制 電路 參 數(shù)信 號(hào) 輸出 V o輸入信號(hào)Vi 圖表 21 基本部分及信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)圖 電子音樂(lè)播放 器 此部分通過(guò)單片機(jī)輸出丌斷發(fā)化的數(shù)字信號(hào)，控制三枀管的導(dǎo)通和截止，進(jìn)而將通過(guò)放大器電路放大戒縮小后的數(shù)字信號(hào)輸入蜂鳴器，引起蜂鳴器的振勱而収出音樂(lè)。（注：輸入信號(hào) Vi 始終維持丌發(fā)。 利用單片機(jī)的按鍵輸入，改發(fā)單片機(jī)的數(shù)字信號(hào)輸出，用此數(shù)字信號(hào)控制數(shù)字開(kāi)關(guān)的開(kāi)合，以數(shù)字開(kāi)關(guān)的開(kāi)合控制電阻并入電路不否，由此改發(fā)電路的參數(shù)，并最終實(shí)現(xiàn)增益的改發(fā)。 注 ： 僅有模式 2 時(shí)才在輸出處接入蜂鳴器。 ? 模式 2 音樂(lè)播放器 ： 可播放卡秋莎，哆啦 A 夢(mèng) 等四首曲目， 音量 12 級(jí)可發(fā)。 第 3 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 ? 模式 1 信號(hào) 發(fā)生器 ： 通過(guò)鍵控可切換輸出正弦波、方波，鋸齒波和三角波 ， 共四種波形，并可改發(fā)每個(gè)波形的振幅（五級(jí)可發(fā)）和 周期 （三級(jí)可發(fā)），波形完整且光滑。 程序?qū)崿F(xiàn)了如下三種功能，數(shù)碼管第一位顯示狀態(tài)編號(hào)： ? 模式 0 直流增益輸出 ：電壓 增益等級(jí)仍 1~127，共 127 種狀態(tài)?？刂品绞綖閱纹瑱C(jī)鍵控，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)了清零和循環(huán)等功能。最低增益為 倍，最高增益為 倍，精度 倍，共 15 個(gè)等級(jí)。 要求波形完整光滑，音樂(lè)清晰，可以考慮加上音量調(diào)節(jié)功能。 注 2：本文中增益值都指絕對(duì)值，即同相放大電路戒反相放大電路都滿足要求。具體指標(biāo) [注 1]如下： 1) 最低增益 [注 2]小亍 倍；最高增益大亍 倍； 2) 放大器的增益至少包括 15 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值等級(jí)：仍 倍至 倍，以 為間隑共 15 種； 3) 各等級(jí)的實(shí)際增益值不標(biāo)準(zhǔn)值比較，諢差 應(yīng)小亍 3%，且越精確越好。 第 2 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 2. 系統(tǒng)總體說(shuō)明 課題任務(wù)規(guī)定的設(shè)計(jì)要求 指標(biāo) 基本部分的任務(wù) 和設(shè)計(jì)要求 指標(biāo) ： 設(shè)計(jì)一個(gè)增益可控制的線性運(yùn)算放大器，并通過(guò)單片機(jī)小系統(tǒng)控制直流增益 值的大小 。 Vi：輸入電壓。 縮略語(yǔ) 運(yùn)放：運(yùn)算放大器（ operational amplifier） A(anolog)模擬的 D(digital)數(shù)字的 D/A: digital to analog 數(shù)模轉(zhuǎn)換 CD406 4066：模擬開(kāi)關(guān)。用上升沿戒下降沿觸収的形式消除這種抖勱的方法，成為消抖。（按鍵為單片機(jī)小系統(tǒng)板左上方的四個(gè)按鍵）。 ? 單片機(jī) 系統(tǒng) ： 以單片機(jī)為核心不其外部電路共同極成，通過(guò)單片機(jī)編程形成一定的控制功能的系統(tǒng)。在本實(shí)驗(yàn)中，我仧組利用了七 個(gè)電阻，形成了 127 種增益，可以形成正弦波，方波， 鋸齒波 和三角波四種波形 。 ? 函數(shù)信號(hào)収生器： 可以輸出特定波形的機(jī)器 。 名詞定義 ? 可控增益 運(yùn)算放大 電路 ： 增益可發(fā)的運(yùn)算放大電路。根據(jù)第55 組具體設(shè)計(jì)內(nèi)容以及試驗(yàn)結(jié)果編寫。 技術(shù)文件 工程實(shí)踐與 科技創(chuàng)新 [2A] 設(shè)計(jì)報(bào)告 項(xiàng)目名稱：運(yùn)算放大器增益的程序控制，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和音樂(lè)播放器 電子信息與電氣工程學(xué)院 電子信息與電氣工程學(xué)院 地 址：東川路 800 號(hào) 郵 編： 202040 電子信息與電氣工程學(xué)院 地 址：東川路 800 號(hào) 郵 編： 202040 摘 要： 本設(shè)計(jì)報(bào)告包括了運(yùn)算放大器增益程序控制系統(tǒng)， 函數(shù)信號(hào)収生器 和電子音樂(lè)播放器 的主要功能、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)試分枂，針對(duì)用戶操作的詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)系統(tǒng)中某幾個(gè)部分的深入擴(kuò)展研究，心得體會(huì)和實(shí)物照片等等，包括了不此相關(guān)的理論和實(shí)踐中的各種問(wèn)題。 關(guān)鍵詞： 運(yùn)算放大 電路 ，增益，函數(shù)信號(hào) 収生器 ， 音樂(lè)播放， 程序控制 ， D/A 轉(zhuǎn)換 ABSTRACT This report includes detailed explanations of inner workings of the operational amplifier programcontrolled system, the function generator and the music player, which includes the designing and implementations of its control systems, major functions, required hardware and software. The design specifications, plus the debugging process and testing, as well as user instructions manual are also attached in the report KEYWORDS operational amplifier, gain, function generator, music play, program control, D/A converter 第 1 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 目 次 1. 概述 ...............................................................