【正文】 第 1 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 1. 概述 編寫說(shuō)明 此報(bào)告針對(duì)上海交通大學(xué)電院課程“工程科技創(chuàng)新 [2A]”編寫。 function signal generator。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；增益可控；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；紅外遙控 ； 自動(dòng)增益 ABSTRACT The present report describes in detail the implementation of the group in the production process control gain linear amplifier circuit, the production process and the final test results. The control system for the MSP430 microcontroller system and CCS programming software. The basic part of the system through the control of the operational amplifier TLV2372, and analog switches CD4066 15 levels of the gain control. Expanded project consists three parts. The first part realizes programming function signal generator and synthetize electronic music player. The second part realizes the volume control function though the infrared remote control. In the third part we pleted the extra task of autocontrollable gain system by the limits given to the system. KEYWORDS singlechip。基礎(chǔ)部分系統(tǒng)通過(guò)運(yùn)算放大器 TLV2372 及模擬開關(guān) CD4066 的控制實(shí)現(xiàn) 15 個(gè)等級(jí)的增益控制。 技術(shù)文件 完成時(shí)間： 工程實(shí)踐與科技創(chuàng)新 [2A] 設(shè)計(jì)報(bào)告 （ 2020 秋季） 項(xiàng) 目 名 稱 ： 增 益 可 程 序 控 制 的 放 大 器 電 路 設(shè) 計(jì) 小 組 編 號(hào) ： 19 設(shè) 計(jì) 小 組 名 單 ：朱 城 銳 （ 組 長(zhǎng) ）、 吳 芷 菱 、徐 熙 林 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 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) 郵 編： 202040 姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 具體負(fù)責(zé)的工作 聯(lián)系方式 朱城銳 F1203012 5120309352 總體布置，部分焊接，硬件設(shè)計(jì)，檢測(cè) 13166222027 吳芷菱 F1203012 5120309348 部分焊接，基礎(chǔ)與拓展調(diào)試，檢測(cè) 18818215315 徐熙林 F1203012 5120309351 程序設(shè)計(jì)，報(bào)告撰寫，檢測(cè) 18818271349 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) 郵 編： 202040 摘 要： 本報(bào)告 詳細(xì)介紹了本組在制作增益可過(guò)程控制的線性放大器電路中的實(shí)現(xiàn)方式、制作過(guò)程以及最后 的測(cè)試結(jié)果。所用控制系統(tǒng)為 MSP430 單片 機(jī) 小系統(tǒng)，并以 CCS 編程軟件實(shí)現(xiàn)。拓展為三部分，第一部分為實(shí)現(xiàn)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和電子音樂(lè)合成與播放；第二部分為紅外遙控實(shí)現(xiàn)對(duì)音量控制；第三部分 為自動(dòng)增益調(diào)節(jié)。 controllable gain。 infrared remote control。主要包括： 。 此報(bào)告 根據(jù)第 19 組具體設(shè)計(jì)內(nèi)容編寫，旨在為對(duì)此感興趣的同學(xué)提供一份詳細(xì)的設(shè)計(jì)介紹，同時(shí)也是我們自己對(duì)這一階段所做的工作所做的總結(jié)和鞏固。 名詞定義 單片機(jī) ：在一片集成電路芯片上集成微處理器、存儲(chǔ)器、 I/O 接口電路，從而構(gòu)成了單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單片機(jī)。 可變?cè)鲆娣糯笃麟娐?：一個(gè)增益可鍵控的線性放大器電路，并通過(guò)單片機(jī)小系統(tǒng)控制其交流增益等級(jí)的變化。 簡(jiǎn)易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：可以輸出特定波形的機(jī)器。 七段顯示數(shù)碼管 : abcdefg 七段，通過(guò)給某些段加上驅(qū)動(dòng)電壓或電流來(lái)使這些段發(fā)光 。 CD4066：是一個(gè)為模擬 /數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換或多路復(fù)用設(shè)計(jì)的四路雙向開關(guān)。 此外，在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)，導(dǎo)通電阻是一個(gè)常量。 CD4066BC 四路模擬開關(guān) 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(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 基礎(chǔ)部分要求 ：設(shè)計(jì)制作一個(gè)增益可鍵控的線性放大器電路，并通過(guò)單片機(jī)小系統(tǒng)控制其交流增益等級(jí)的變化。具體指標(biāo)如下： 1) 最低增益小于 倍；最高增益大于 倍； 2) 放大器的增益至少包括 15 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值等級(jí)：從 倍至 倍，以 15種； 3) 各等級(jí)的實(shí)際增益值與 標(biāo)準(zhǔn)值比較，誤差應(yīng)小于 3%，且越精確越好。 拓展部分 2： 自動(dòng)增益控制 ： 拓展后功能效果：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。 實(shí)際完成后的功能 基礎(chǔ)部分 ：通過(guò)單片機(jī)系統(tǒng)左邊兩個(gè)按鍵來(lái)選擇 ~~ 這十五種增益，右邊兩個(gè)鍵取最大、最小檔。 拓展部分 ： 拓展部分 1：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器：通過(guò)單片機(jī)小系統(tǒng)左數(shù)第二個(gè)按鍵來(lái)選擇正弦，三角，鋸齒，方波這四種波形。 音樂(lè)播放器：能切換播放兩首樂(lè)曲，音量 15 級(jí)可調(diào)。當(dāng)輸入電路過(guò)高或過(guò)低后交流波形發(fā)生改變超出控制范圍。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理與分析 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理和總體結(jié)構(gòu) 第 3 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 增益可控放大器（ 注：資料來(lái)源于 ppt） 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如上圖。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。接著用單片機(jī)編程周期性控制增益，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)正弦波，鋸齒，方波，三角波的模擬。 原理見圖 圖 幅度調(diào)制信號(hào)發(fā)生與電子音樂(lè)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(guò)調(diào)節(jié)輸入的交流信號(hào)源的半波幅度，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；當(dāng)再降低輸入的交流源信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)增加增益值。通過(guò)單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)當(dāng)輸出電平高于 或低于 時(shí)，輸出信號(hào)回歸到上下限之間，適用于交直流信號(hào)。 第 4 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 紅外遙控音量放大電路原理圖 系統(tǒng)的功能 (1) 可變?cè)鲆孢\(yùn)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)。 (3) 鍵盤防抖控制： 通過(guò)單片機(jī)的編程，解決鍵盤開關(guān)靈敏度太高導(dǎo)致增益倍數(shù)無(wú)法精確逐級(jí)控制的難題。 (2) 音樂(lè)播放器： 通過(guò)按鍵切換播放兩首曲子，同時(shí)通過(guò)按鍵控制音量 15 級(jí)可調(diào)。 (4)紅外遙控： 通過(guò)按鍵由紅外遙控最大 5cm 距離遙控調(diào)節(jié)音量。 增益可控放大電路（基礎(chǔ)部分） 由 TLV237模擬開關(guān)和其他電阻電容等元件組成。 (2) 信號(hào)輸入口。 (4) 10 KΩ、 20 KΩ、 40 KΩ、 80 KΩ分別由單片機(jī) 、 、 、 控制。所以，由于 CD4066 存在導(dǎo)通電阻，為幾百歐姆，所以不應(yīng)當(dāng)選取過(guò)小的電阻；由于運(yùn)放輸入電阻非無(wú)窮大，故所選電阻不能過(guò)大的電阻。 實(shí)現(xiàn)方式 電路原理與元件選值 實(shí)現(xiàn)不同增益原理圖見圖 圖 （ 注：資料來(lái)源于 ppt） 第 7 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 實(shí)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(guò)反相放大器電路放大得到輸出電壓 Vo。用單片機(jī)控制模擬開關(guān) CD4066BC，四個(gè)電阻通過(guò)開關(guān) CD4066BC 來(lái)控制是否接入反相輸入端，從而實(shí)現(xiàn)增益可控。這樣選值就恰好可以達(dá)到 — 的增益。 第 8 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 主要元件 —— CD4066BC CD4066BC 內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖 圖 CD4066BC 結(jié)構(gòu)（摘自 CD4066BC datasheet） CD4066BC 管腳圖 見圖 圖 CD4066BC 管腳圖 （摘自 CD4066BC datasheet） 介紹： CD4066BC 是一種雙向模擬開關(guān)，在集成電路內(nèi)有 4 個(gè)獨(dú)立的能控制數(shù)字及模擬信號(hào)傳送的模擬開關(guān)。 如圖 管腳圖所示，其中 11 均為輸入輸出端， 1 13 分別為四個(gè)開關(guān)的控制端， 7 為接地端， 14 接 直流電源 第 9 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 主要元件 —— TLV2372 運(yùn)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(gè)運(yùn)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。 (2) 電子音樂(lè)兩首，可控制音量，音量 15 級(jí)，液晶屏顯示當(dāng)前音量。 接口定義 (1) 十針腳通信電纜：與單片機(jī)小程序板相連。 (3) 基礎(chǔ)部分信號(hào)輸出口：作為蜂鳴器的輸入。 (5) 160 KΩ、 320 KΩ分別由單片機(jī) 、 控制。 技術(shù)要求 電路可輸出經(jīng)正弦、三角、鋸齒等波形調(diào)制的正弦波波形和播放音樂(lè) 。只要在基礎(chǔ)部分的基礎(chǔ)上再增加一片 CD4066BC，從而增加兩個(gè)電阻 160kΩ和 320kΩ，這樣就會(huì)有 63 個(gè)檔，通過(guò)單片機(jī)編程來(lái)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。 元件選值：同基礎(chǔ)部分，增加 R5=160kΩ， R6=320kΩ。由于頻率決定音調(diào)，所以曲目由單片機(jī)程序決定，電壓決定音量，所以音量大小由放大電路控制。 圖 幅度調(diào)制信號(hào)發(fā)生暨電子音樂(lè)合成和播放具體電路圖 主要元件 —— 三極管 半導(dǎo)體三極管又稱“晶體三極管”或“晶體管”。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(guān)等作用的半導(dǎo)體電子器件。 接口 E： Vcc； 接口 B：?jiǎn)纹瑱C(jī)； 接口 C：輸出； 圖 三極管三端示意圖 [4] 第 12 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 自動(dòng) 增益調(diào)節(jié)描述 功能描述 通過(guò)調(diào)節(jié)輸入的交流信號(hào)源的半波幅度，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；當(dāng)再降低輸入的交流源信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)增加增益值。如果超過(guò) 第 13 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 最大的電壓閾值 Vmax，則 通過(guò)單片機(jī)控制降低增大的增益倍數(shù)；當(dāng)增益的倍數(shù)不在最大值 倍時(shí)，如果此時(shí)的電壓小于最小限定閾值電壓 Vmin，則通過(guò)單片機(jī)控制增大增益的倍數(shù)；若得到的檢波結(jié)果小于 Vmax 且大于 Vmin，維持增益不變。 輸出信號(hào)大于上限 Vmax 時(shí)，單片機(jī)調(diào)減增益，減小輸出；當(dāng)輸出信號(hào)小于下限 Vmin時(shí)，單片機(jī)調(diào)增增益，增大輸出，從而使輸出信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)。 第 14 頁(yè) 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 紅外遙控描述 功能描述 用紅外方式，遙控調(diào)節(jié)音樂(lè)播放時(shí)的音量大小。 接口定義 (1) 杜邦線：將產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入至單片機(jī)。 (3) 脈沖信號(hào)從單片機(jī) 口輸入 技術(shù)要求 用紅外方式，遙控對(duì)音頻輸入信號(hào)的放大倍數(shù)，輸出至音頻輸出設(shè)備。 實(shí)現(xiàn)方式 整體原理 圖 紅 外遙控音量電路整體原理 （ 注：資料來(lái)源于 ppt） 紅外遙控音量電路原理如圖 所示，通過(guò)兩個(gè)按鍵產(chǎn)生兩個(gè)不同寬度的脈沖，有紅外發(fā)射端發(fā)射，然后由紅外接收端接收并傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)判斷脈沖寬度然后決定音量增減，同時(shí)將控制信號(hào)傳輸至放大電路，控制音量增減。 元件選值： C1=C2=C3=C4= F， R1=100KΩ， R2=1MΩ， R3=R4=2MΩ。實(shí)際測(cè)得脈沖