工程实践与科技创新2a_第9组_梁诗宇

工程实践与科技创新2a_第9组_梁诗宇内容摘要：

大于。 使得在示波器上输出随着输入信号的增大而连续的变化，并 在 Upp=， ， 三点处分 段连续。 红外遥控部分可实现：当对红外线发射板上的音量增大，减小键的按压，可实现耳机中音乐声音的增大和减小。 通过运用运算放大器的特性使得遥控的灵敏度不会随外界阳光，室内日光灯的光强的改变而骤然下降，也不会随发生器和接受器之间阻隔杂物而骤然下降，使得遥控装置抗干扰强，灵敏度高。 系统的设计原理与分析 系统的设计原理和总体结构 第 8 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 基础部分 本系统是由单片机控制的增益可控放大器系统，可以根据用户的按键输入，通过单片机的处理，分别输出到数码管与液晶显示模块，以显示相应的增益等级，并输出信号来控制增益放大器电路模块，实现 倍道 倍，共 15 个增益等级的电压输出。 由单片机控制增益的变化，信号源的输入信号是 ，频率为 600Hz 的交流电压源 Vi，通过 MSP430 输出控制信号控制数字开关 CD4066，控制 4 个开关的痛断，形成反响放大电路的输入电阻的 16 种不同的阻值，从而使运算放大电路的增益 分别达到 ， ， …… 倍。 最后通过万用表测量输出信号。 系统的总体结构可由 21 表示，其中控制电阻通断的电路可由图 22 简易表示。 图 21 基础部分结构图 图 22 增益控制原理图 自动增益 本拓展部分将基础部分的输出端所输出的交流电压通过检波二极管，电阻，电容所组成的检波电路，使得交流信号变为幅值较小的直流信号。 并用运算放大器将获得的直流信号与 第 9 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 预订的两个阈值电压做比较，从而在运算放大器的输出端输出 或 0V 的电压，此时所对应的数字信号即为 1 和 0。 继而，将该数字信号 返回单片机中，单片机根据外电路所反馈的 1， 0 组合实现对模拟开关即 CD4066 的合理的控制。 并通过多次循环使输出电压升高或降至合理的电压范围内。 图 23 自动增益部分结构图 函数信号发生器和电子音乐合成播放 在基础部分的基础上将两块 CD4066 并联，在运放的反向输入端在加 2 档电阻，同时增加单片机的控制线，由另一片 CD4066 四个中的两个模拟开关控制，来产生 26 1＝ 63 种阻值，再通过运放电路放大，产生近似的连续电压。 利用单片机小系统周期性动态连续地 改变放大器增益，可在输出端看到由正弦波外包络线所组成的正弦波，方波，三角波以及锯齿波。 通过对方波进行有规律的调幅以及调频，则可以合成电子音乐并通过扬声器播放。 图 24 函数信号发生器结构图 单片机 多路开关 运算放大器 检波电路 双运算放大器比较电路 控制信号 参数 交流 信号 直流 信号 数字信号 单片机 多路开关 运算放大器 示波器 交流信号源 控制信号 参数 交流信号输入 波形输出 单片机 多路开关 运算放大 器 扬声器 控制信号 参数 音乐信号 音乐信号输出 第 10 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 图 25 电子音乐合成与播放器结构图 红外遥控音量放大电路 在基础部分的可控增益放大电路和电子音乐合成和播放拓展部分的基础上， 再增加红外发射和红外接收两个部分即可实现红外遥控音量的目的。 通过红外发射部分的按键可以使得红外二极管发射两种不同宽度的光脉冲，红外接收部分的红外二极管通过接收光脉冲而改变二极管两端的电压，通过与运算放大器所设定的标准电压比较，则可将一定宽度的光脉冲转换为一定宽度的数字信号。 将该数字信号反馈回单片机，单片机接收脉冲后，通过判断脉冲延迟的时间确定增减可控增益部分的输入电阻的阻值，从而实现对音量大小的调节。 图 26 红外遥控音量调节电路结构图 系统的功能 键盘与显示： 基础部分 4 键控制， 拓展部分 4 键控制 ， 7 段数码管显示增益幅度 ，波形种类，频率，当前调节模式等多种信息。 按键 红外二极管 红外发射部分 红外二极管 运算放大器 单片机 多路开关 运算放大器 耳机 控制信号 参数 音乐信号 音乐信号输出 红 外接收 部分 电压信号 光脉冲 比较电压 数字信号 音乐播放部分 第 11 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 可控增益放大器：增益大小从 倍至 倍 ，以 为间隔共 15 档，每档增益误差均在 3%的范围内。 自动增益： 可接收外部电路反馈的数字信号，从而可确定电压改变的方向，通过自动循环可逐渐将电压改变至可接受的范围内。 函数信号发生器： 通过软件控制六路信号通过的 D/A 转换在放大器的输出端输出 外包络线为 正弦，三角，方波 ，锯齿等四种完整的数学波形。 通过按键选择所要显示的波形，连接到示波器后，示波器屏幕上会显示该波形，同时在七段数码管上显示相应的字符，如“ 1”代表方 波，“ 2”代表三角波，“ 3”代表正弦 波，“ 4”代表锯齿波。 同样通过按键，可以 进行三档不同频率 的调制以及三种不同幅度的调制。 电子音乐合成及播放： 通过增加一个多路开关 ， 使得增益档数成几何数增长。 使得 由单片机输出频率按 曲调变化的方波信号经过集成放大电路后在输出端驱动一个蜂鸣器，并产生电子音乐。 通过单片机上的按键，可以播放“喀秋莎”，“葫芦娃”，“天空之城”三首不同的歌曲，与此同时，可以通过按键对歌曲的音量大小实现三档改变。 红外遥控： 通过按压红外发射板上的按键，可以实现对电子音乐合成与播放部分所播放的电子音乐 的音量大小逐级增大或减小的功能。 并且遥控效果不随距离或中间的间隔物的影响而大幅下降。 第 12 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 3. 系统的硬 件结构 硬件总体结构 图 31 硬件总体结构图 硬件总体分为六部分： 1 单片机小系统模块 2 基础部分增益模块 3 函数发生模块 4音乐发生模块 5 红外遥控模块 表 31 硬件总体模块列表 单片机小系统模块 用于信号接收与处理，含单片机等芯片和电路 基础增益模块 实现放大功能的主要模块，由模拟开关，电阻， 运算放 大器组成 ，从单片机系统接受信号。 红外遥控模块 基础增益的拓展模块，含基础电路，红外线发生器和接受器，将信号通过红外线传给单片机系统 函数信号发生模块 基础部分， 再加两个电阻和一块 CD4066 开关组成 音乐发生模块 由函数发生模块再加一蜂鸣器组成 单片机小系统 描述 红外控制电路 MSP430 CD4066 CD4066 函数发生电路 基础放大电路 增益输出 波形输出 音乐合成电路 音乐播放 第 13 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 功能描述 可由系统本身的按键产生增益控制信号。 并将正确的响应经 I/O 接口输出至外电路。 由 I/O 接口 [注 3]接收 增益控制 信号 ， 并将正确的响应再经 I /O 接口 输出至外电路。 所对应的增益放大倍数可显示在系统的七段数码管上。 [注 3]： I/O 口：四个 8 位并行 I/O 口，既可用作输入，也可用作输出； 接口定义 P1~P2：通用 I/O 口； VCC：电源端，一般接 ； GND：电源地； XTAL1， XTAL2：外接晶体振荡器，不能超过 24M；需加微调电容，一般为 30pF； RST/VPD：复位端，平时为低电平； ALE/PROG：地址锁存允许信号端； EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端 /固化编程电压输入端； Y1C915PC810uFS1S W P BA L EWRRDR X DT X DI N T 0E A /V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E /P30T X D11R X D10V C C40GND20U18 9 S 5 2V C CP S E NP 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17T0T1I N T 1P 00P 01P 02P 03P 04P 05P 06P 07P 20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27V C CR610KR4101R510KC 1015PX1X2 图 32 单片机最小系统图 [4] 增益可控放大电路 第 14 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 功能描述 由 CD4066 数字模拟多路开关控制， TLV2372 运算放大电路控制，线性放大输入的交流电压。 具体功能如下： （ 1） CD4066 数字开关：控制 10kΩ ,20kΩ ,40kΩ ,80kΩ ,4 档电阻的接入。 （ 2） TLV2372 运算放大器：通过利用其“虚短”，“虚断”的性质，构造反响放大电路实现对输入的交流电压的放大。 接口定义 CD4066 数字多路开关 CD4066 共 14 个管脚。 2 个管脚接 电源以供电， 12 个管脚控制 4 个独立开关。 如图 7 所示。 图 33 CD4066 管脚定义和 内部电路结构 [5] 7， 14 号管脚：集成电路供电端， 14 号管脚接 电压； 7 号管脚接地。 1， 2， 13 号管脚：控制开关 A，在本电路中控制电阻 R1=10KΩ。 其中， 1 号， 2 号管脚为开关输入、输出端， 13 为控制端， 接单片机 口。 3， 4， 5 号管脚：控制开关 B，在本电路中控制电阻 R2=20KΩ。 其中， 3 号， 4 号管脚为开关输入、输出端， 5 为控制端，接单片机 口。 6， 8， 9 号管脚：控制开关 C，在本电路中控制电阻 R3=40KΩ。 其中， 8 号， 9 号管脚为开关输入、输出端， 6 为控制端，接单片机 口。 第 15 页 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 10， 11， 12 号管脚：控制开关 D，在本电路中控制电阻 R4=80KΩ。 其中， 10 号， 11号管脚为开关输入、输出端， 12 为控制端，接单片机 口。 TLV2372 运算放大器 TLV2372 共八个引脚，其中 两个引脚接 外接电源，另外六个引脚组成 2 个独立的运算放大器。 图 34 TLV 管脚定义和内部电路结构 [5] 8 号引脚接 的正电源， 4 号引脚接地，此两个引脚为运算放大器提供电源。 3 号引脚接 直流电压，用以抬升输出波形。 2 号引脚需接输出端以及反向放大电路中的输入电阻。 1 号引脚需 接输出端，此引脚对地电压即为反向放大电路的输出电压。 技术要求 模块整体的相关技术要求： 焊接良好，线路清晰， 表面走线较少，背面走线较多。 没 有太多交叉，十分 简洁 明了 人机界面友好 ， 按键消抖 ， 输入电压： V 放大器的增益至少包括 15 个标准值等级：从。