【正文】 至 倍，以 為間隔共 15 種； 各等級的實際增益值與標(biāo)準(zhǔn)值比較，誤差應(yīng)小于 3%，且越精確越好 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。而其組合由 MSP430單片機小系統(tǒng)板通過對 CD4066 數(shù)字多路開關(guān)的控制而實現(xiàn)的。下面則詳細(xì)分析，如何運用該電路實現(xiàn)交流電壓的反向放大功能的。 圖 35 可鍵控增益電路電路簡圖 將上述原理圖簡化為下圖 第 17 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 圖 36 可鍵控增益電路電路示意圖 此時令交流信號源為 Vi，電阻 RL 兩端電壓為 V0，直流電源為 Vs，則可列寫以下方程 利用上述方程組可變換出關(guān)于 uc 的一階微分方程 利用數(shù)學(xué)分析中一階線性微分方程求解的方法不難解得 也即是 第 18 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 其中 當(dāng) t 足夠大時，輸出電壓趨向于穩(wěn)定，也即是 其中 Rf是由 4 個電阻并聯(lián)而成的，則有 則輸出電壓 V0 即為 通過 V0 表達(dá)式我們不難發(fā)現(xiàn)， 可以通過利用單片機控制 CD4066 多路開關(guān)，從而控制R3,R4,R5,R6 電阻的輸入組合 ，從而得到不同幅度的增益值。 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。增益等級和各檔阻值如下表 32 此時需指出的是，當(dāng)用直流萬用表測量輸出端的電壓時，仍有 的讀數(shù)，其原因在于 Vo 中不僅包含有直流部分還有交流部分，通過觀察 Vo(t)的表達(dá)式不難發(fā)現(xiàn)此點。但是在測量增益時，需使用交流電壓表進(jìn)行測量。 表 32 各增益等級所需阻值與 4 個電阻組合表 增益等級 各檔的阻值（ KΩ） 電阻的組合 R1 R2 R1//R2 R3 R3//R1 R3//R2 R2//R3//R1 R4 第 19 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 R1//R4 1 R2//R4 R1//R2//R4 R3//R4 R1//R3//R4 R2//R3//R4 R1//R2//R3//R4 第 20 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 紅外遙控電路 功能描述 （ 1） 利用按鍵和ＲＣ電路產(chǎn)生兩種不同 時長 的脈沖信號 （ 2） 紅外發(fā)射二極管輸出 紅外 光 脈沖 ，與此同時紅外接收二極管接收紅外光脈沖。 （ 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 。 接口定義 紅外發(fā)射端：音量調(diào)高按鍵和音量調(diào)低按鍵 紅外接收端： 信號 經(jīng) 由 IDC10 插座送入單片機 、 接口 實現(xiàn)方式 芯片 74HC123 （ 1） 74HC123 由兩個相同單穩(wěn)觸發(fā)器組成，通過與外部 RC 電路連接，可產(chǎn)生 兩種任意不同寬度的脈沖，此兩種脈沖則作為單片機確認(rèn)執(zhí)行增大或減小功能的依據(jù)。 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。下面則分開詳盡說明實現(xiàn)的思想方法以及具體細(xì)節(jié)。 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。 如圖 39 所示，當(dāng)按鍵 J1,J2 接通時， R4， C3 或者 R5， C4 所組成的 RC 串聯(lián)電路將會導(dǎo)通，實現(xiàn) RC 充電電路，選擇不同的 R， C 的值，將會導(dǎo)致 RC 充電電路的充電時長有很大的差異。在此，本小組選用 R4=3kΩ ,C3=1μ F 以及 R5=3kΩ ,C4=10μ F。對于 R4,C3 組，最后實驗測的其產(chǎn)生的脈沖時長為 T1=12μ s，對于 R5， C4 組，最后實驗測的其產(chǎn)生的脈沖時長為 120μ s。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。當(dāng)有脈沖產(chǎn)生時，三極管 Q1 被導(dǎo)通，此時紅外二極管的一端接地，此時紅外二極管發(fā)出光脈 第 22 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 沖。當(dāng) R6 中沒有脈沖 經(jīng)過時，三極管保持?jǐn)嚅_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。 C12 2 181。 FC22 2 181。 FJ1K e y = A J2K e y = A R23kΩR33kΩR43kΩR53kΩV13 . 3 V V23 . 3 V C31 181。 FC41 0 181。 F7 4 H C 1 2 3N E T _ 1 6V33 . 3 V D11 D H 6 2D21 D H 6 2R61kΩQ12 N 1 7 1 1R7100ΩL E D 1 圖 39 紅外遙控發(fā)射端原理圖 此時 為避免按鍵抖動 而產(chǎn)生對電路的影響，則在電路中 兩個按鍵開關(guān)上并聯(lián)了兩個電容用作消抖電容 ，即圖 39 中的 C C2，此時選取 C1=22μ F,C2=22μ F。 （ 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。此 時二極管兩端的電壓大約為 。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。紅外發(fā)射裝置中的紅外二極管發(fā)射紅外光脈沖，當(dāng)接收部分的紅外二極管接收到紅外線后，二極管的阻值瞬間將會降低到 6kΩ ,此時二極管兩端的分壓將會瞬間降低，在實驗中測量大約為 ，此時二極管的分壓稍小于閾值電壓，則此時運算放大器的輸出端將會輸出暫態(tài)電壓信號 0V，也即對應(yīng)數(shù)字信號 0。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。 第 23 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 V13 . 3 V R11kΩU 1 AT L V 2 3 7 2 I D32481R21 0 .1 k ΩR31kΩL E D 1 圖 310 紅外接收電路圖 （ 3） 音樂播放及耳機驅(qū)動電路 通過使用基礎(chǔ)部分電路以及電子音樂合成部分的電路，通過增加耳機的驅(qū)動電路，則可以在耳機中獲得清晰的音樂信號。電子音樂合成部分將在電子音樂合成與播放部分進(jìn)行詳細(xì)的敘述，在這里就不贅述了。 Rf3kΩC12 2 181。 FU 1 ATLV 2 3 7 2 I D32481R23kΩR33kΩV23 . 3 V RL3kΩC22 2 181。 FR12 .7 k ΩQ12 N 1 7 1 1R4470ΩC32 2 181。 FV15 0 0 m V r m s 6 0 0 H z 0 176。 圖 311 音樂播放及耳機驅(qū)動電路 圖 接單片機 耳機 阻值由單片機控制 第 24 頁 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 自動增益 模塊電路 功能描述 自動增益主要實現(xiàn)當(dāng)輸入電壓超出閾值電壓的范圍內(nèi)，單片機根據(jù)外電路所反饋的數(shù)字信號，選 擇適當(dāng)?shù)脑鲆娌⒖刂贫嗦烽_關(guān)，將輸入電壓的值控制在閾值電壓的范圍內(nèi)。 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。 。 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。該電路主要實現(xiàn)對交流信號和直流信號的轉(zhuǎn)化，此時應(yīng)當(dāng)注意的是 R1 與 C3 值選擇的不同，該電路將交流信號轉(zhuǎn)換為直流信號的幅值比例也就會隨之改變。 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。 隨后，將檢波電路輸出的直流電壓接入兩片運算放大器中，這兩片運算放大器主要起電壓比較的功能。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。 FU 1 ATL V 2 3 7 2 I D32481R220kΩR320kΩV21 2 V RL3kΩV15 0 0 m V r m s 6 0 0 H z 0 176。 D11 B H 6 2R13 M ΩC30 . 1 181。 F U3TL V 2 2 1 1 C D B V13254U2TL V 2 2 1 1 C D B V13254R41kΩR59kΩR66kΩ單片機N E T_ 3 圖 312 自動增益電路圖 大器的負(fù)向輸入端接有預(yù)定的閾值電壓。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。此時，需要指出的是運算放大器 U2 輸出 ，運算放大器 U3 輸出 0V 的情況是不會出現(xiàn)的，也即是 1 和 0 的組合是不會在實際中出現(xiàn)的。 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 。當(dāng)單片機接收到 0， 1 的數(shù)字信號時，單片機則控制多路開關(guān)實行原有的增益值。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 。此后，通過迭代的方式，依次此減小或增到增益值，且每次變化的增益值均為 ，則最終會使輸出電壓的峰峰值落在規(guī)定的范圍內(nèi)。 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(jìn)行信號發(fā)生器和電子音樂模塊的切換 。 進(jìn)入函數(shù)信號發(fā)生