【正文】 6 輸入輸出項描述 ........................................................................................26 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ....................................................................................................27 調(diào)用函數(shù)說明 ............................................................................................27 算法 ............................................................................................................30 函數(shù)信號發(fā)生器暨音樂播放 描述 ................................................................36 功能描述 ....................................................................................................36 輸入輸出項描述 ........................................................................................36 第 3頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ....................................................................................................37 調(diào)用函數(shù)說明 ............................................................................................38 算法 ............................................................................................................38 FPGA控制線性增益 描述 .............................................................................38 功能描述 ....................................................................................................38 輸入輸出項描述 ........................................................................................40 調(diào)用模塊說明 ............................................................................................40 FPGA函數(shù)信號發(fā)生暨音樂播放 描述 .........................................................40 5. 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標(biāo)測試 ........................................................................................43 測試項目 .............................................................................................................43 基礎(chǔ)部分：增益可數(shù)字化控制的線性放大器 ........................................43 拓展部分 ....................................................................................................43 測試的資源 .........................................................................................................43 測試方法 .............................................................................................................43 基礎(chǔ)部分測試方法 ....................................................................................43 拓展部分測試方法 .......................................................................................44 測試結(jié)果及分析 .................................................................................................45 基本部分 ....................................................................................................45 拓展部分 ....................................................................................................46 6. 致謝 ............................................................................................................................47 7. 參考資料 ....................................................................................................................48 8. 附錄 ............................................................................................................................49 課程學(xué)習(xí)心得和建議意見 .................................................................................49 程序清單 .............................................................................................................49 照片 .....................................................................................................................91 第 1頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 1. 概述 編寫說明 本設(shè)計報告是介紹了這次科技創(chuàng)新的設(shè)計和實現(xiàn)過程，并對其中的設(shè)計思想和設(shè)計原理做了詳細(xì)的說明。本報告適合具有一定單片機(jī)基礎(chǔ)知識的人以及科技愛好者閱讀。 可變增益放大器電路： 本實驗中是指， 由運算放大器 （由 LM741 實現(xiàn)），模擬 開關(guān) （由CD4066 實現(xiàn)）和各個電阻 組成的可以調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的運算放大電路 。 增益可控放大器：基于單片機(jī)設(shè)計的可以 人工調(diào)節(jié)電壓增益的線性放大器集成電路。 函數(shù)信號發(fā)生器：可以輸出特定波形的機(jī)器。 液晶顯示器： 以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面 的儀器。 閉環(huán)：輸出對輸入施加反饋作用的工作方式，在此方式下，可以使系統(tǒng)輸出更穩(wěn)定。 按鍵的抖動和消抖：每一個按鍵動作會引起多個脈沖信號，稱為抖動。 按鍵 按鍵 按鍵 3：單片機(jī)小系統(tǒng)上的三個微動開關(guān) P1^0 。 縮略語 單片機(jī)： 單片機(jī)小系統(tǒng) 。在給定的單片機(jī)小系統(tǒng)板（ 80C51 以及 basys）上提供人機(jī)操作界面，使操作者能通過按鍵操作，設(shè)置放大器的增益等級，相應(yīng)的增益值在數(shù)碼管上顯示。 拓展部分 80C51 控制的液晶顯示要求顯示 16x（ 2 行）各種 ASCII 碼字符，并提供人機(jī)界面，使操作者可通過按鍵改變液晶顯示。要求編程實現(xiàn)周期性動態(tài)連續(xù)地改變放大器增益。 FPGA要求實現(xiàn)同 80C51 一樣功能的函數(shù)發(fā)生器暨電子音樂合成與播放的功能 實際完成后的功能 基礎(chǔ)部分 基礎(chǔ)部分實現(xiàn)了分別通過 80C51 以及 basys 板單片機(jī)控制 增益的線性放大器電路 。 拓展部分 拓展部分用 80C51 單片機(jī)實現(xiàn)了液晶顯示、函數(shù)信號發(fā)生器暨電子音樂合成與播放功能，同時用 Basys 板實現(xiàn)了函數(shù)信號發(fā)生器暨電子音樂合成與播放功能。 函數(shù)信號發(fā)生器部分通過單片機(jī)按鍵控制，可輸出正弦波、方波、鋸齒波、三角波四種波形，可通過按鍵一循環(huán)選擇波形種類，并可以通過按鍵二，三，四的組合來控制輸出波形的頻率及幅度，具體操作規(guī) 范請見后文詳述。最終能夠在示波器上顯示出清晰，精確，光滑的波形。 系統(tǒng)的設(shè)計原理與分析 系統(tǒng)的設(shè)計原理和總體結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)是由單片機(jī)控制的 增益可控放大器系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶的按鍵輸入，通過單片機(jī)的處理，分別輸出到數(shù)碼管與液晶顯示模塊，以顯示相應(yīng)的增益等級，并輸出信號來控制增益可控放大器電路模 塊，實現(xiàn) 倍到 倍，共１５個增益等級的電壓輸出。最后可以通過萬用表測量輸出信號。 總體結(jié)構(gòu)： 8 0 C 5 1或 B a s y s控 制 信 號數(shù) 字 開 關(guān) 運 放電 源 信 號輸 入萬 用 表 檢測 圖 21 基礎(chǔ)部分結(jié)構(gòu) 圖 第 5頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 22 增益控制原理圖 [1] 擴(kuò)展部分 液晶顯示設(shè)計原理：過單片機(jī)與液晶屏的對接實現(xiàn)的。結(jié)構(gòu)圖見圖 23。原理如圖 24 所示，在一個周期里以等時間間隔取 128 個點，單片機(jī)輸出的只是這點上的相對應(yīng)的增益倍數(shù)，如果取的點足夠密，則示波器上顯示的波形可以相當(dāng)光滑。從而實現(xiàn)了音高和音量的雙重控制。 8 0 C 5 1或 B a s y s控 制 信 號數(shù) 字 開 關(guān) 運 放分 壓 電 路輸 入操 作 開 關(guān)示 波 器 檢測揚 聲 器輸 出控 制 參 數(shù) 圖 25 函數(shù)信號發(fā)生器暨音樂播發(fā)結(jié)構(gòu)圖 間隔時間有限 第 7頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 系統(tǒng)的功能 基本部分：增益可數(shù)字化控制的線性放大器 可變增益放大器：由單片機(jī)和放大電路組成，通過按鍵控制單片機(jī)的數(shù)字信號輸出，并由該信號控制放大電路的參數(shù)變化，使電壓增益從 ~ 之間改變。按鍵 1 為增加一擋（一 擋為 倍），按鍵 2為減小一擋。按鍵 3 為清零。用 2 位的數(shù)碼管顯示增益放大倍數(shù) ,包括一位整數(shù)，一位小數(shù)和小數(shù)點。主要由單片機(jī)實現(xiàn)。 函數(shù)信號發(fā)生器暨音樂播放器：通過按鍵一對函數(shù)信號發(fā)生器及數(shù)字音樂播放器兩種功能進(jìn)行切換，正弦波、方波、鋸齒波、三角波、音樂播放五種狀態(tài)循環(huán)出現(xiàn)。在輸出波形的狀態(tài)下，按鍵二選擇控制種類，在調(diào)整幅度與調(diào)整頻率兩種狀態(tài)相互切換，按鍵三，四分別控制相應(yīng)狀態(tài)下的增減。在音樂播放狀態(tài)下，按鍵二能調(diào)整播放的音樂種類，按鍵三四控制播放的音量。在音樂播放狀態(tài)下，顯示音量檔數(shù)。 CPU： 進(jìn)行運算、控制 。 ROM：用于 程序存儲 。 接口定義 1）單片機(jī)和 4066 開關(guān)的通訊，高低電平的變化，經(jīng)過十芯插座來實現(xiàn)。 使用的接口： P1^4,P1^5,P1^6,P1^7,P3^2,P3^3,P3^4,P3^5。 KEY2P1^1。 KEY4P1^3。 實現(xiàn)方式 該模塊作為原件發(fā)放，只需由程序控制各設(shè)備。具體功能如下。 2） LM741 運算放大電路：放大輸入電壓。 2）放大電路單元的輸入接口： 4066 的管腳 1c,2c,3c,4c 其對應(yīng)關(guān)系如下： p3^5……………………1c……………………10 kΩ p3^4……………………2c……………… ……20