工程實踐與科技創(chuàng)新[2A]

1、班級學(xué)號具體負責的工作聯(lián)系方式戴逸飛F14030025140309033代碼代勇澤F1403002焊電路林森F14030285140219168焊電路摘 要：本次項目利用單片機 MSP430實現(xiàn)按鍵可控增益放大電路，同時完成了音樂播放、紅外遙控、自動增益可控增益放大器三個拓展模塊。此報告旨在介紹所實現(xiàn)的系統(tǒng)功 能、系統(tǒng)框圖、系統(tǒng)硬件以及軟件的設(shè)計和實現(xiàn)方法，系統(tǒng)的技術(shù)指標、調(diào)試分析、 針對用戶操作的說明等等。并對模塊設(shè)計、實現(xiàn)過程中的部分問題進行了深刻的思考 和探究。關(guān)鍵詞：單片機；增益可控；自動控制、函數(shù)發(fā)生、紅外遙控、電子音樂ABSTRACTOur project includes the

2、 basic modules implemented by the MSP430thecontrolled gain zoom device and three extra modules the music player, the gain-automatical-available device and the volume remote controlled by the infrared ray. In this report， We describe their main function, systemblock diagram, system hardware, design a

3、nd implementation method of software, technical index of system , debugging analysis, detailed operations for the users and so on. In addition , research in other parts of the system shown in this report is about operating experience gained in experiment ,problem discovering and thinking .KEYWORDSSC

4、M, controllable gain, automatic gain, function control ， electronic musicoccurs,infraredremote1. 概述 01.1 編寫說明 01.2 名詞定義 01.3 縮略語 02. 系統(tǒng)總體說明 22.1 課題任務(wù)規(guī)定的設(shè)計要求 22.1.1 增益程序可控放大器電路 3 ： 22.1.2 音樂發(fā)生3 ： 22.1.3 紅外控制增益調(diào)節(jié)： 22.1.4 自動增益調(diào)節(jié) 3 ： 22.2 實際完成后的功能 32.2.1 增益程序可控放大器電路： 32.2.2 音樂發(fā)生： 32.2.3 紅外遙控： 32.2.4 自動增

5、益控制： 32.3 系統(tǒng)的設(shè)計原理與分析 32.3.1 系統(tǒng)的設(shè)計原理和總體結(jié)構(gòu) 32.3.2 系統(tǒng)的功能 43. 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 63.1 硬件總體結(jié)構(gòu) 63.2 單片機小系統(tǒng) 描述 73.2.1 功能描述 73.2.2 接口定義 73.2.3 實現(xiàn)方式 73.3 增益可控放大電路 描述 83.3.1 功能描述 83.3.2 接口定義 83.3.3 技術(shù)要求 83.3.4 實現(xiàn)方式 83.4 音樂發(fā)生模塊 描述 93.4.1 功能描述 2 93.4.2 接口定義 93.4.3 技術(shù)要求 103.4.4 實現(xiàn)方式 103.5 自動增益電路模塊 描述 103.5.1 功能描述 2 103.5.2

6、 接口定義 103.5.3 技術(shù)要求 103.5.4 實現(xiàn)方式 103.6 紅外遙控模塊 描述 113.6.1 功能描述 113.6.2 接口定義 113.6.3 技術(shù)要求 113.6.4 實現(xiàn)方式 114. 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 134.1 軟件總體結(jié)構(gòu)和功能 134.2 重要的全局變量 144.3 鍵值處理模塊 描述 144.3.1 功能描述 144.3.2 輸入輸出項描述 144.3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 154.3.4 算法 154.4 音樂發(fā)生模塊 描述 154.4.1 功能描述 154.4.2 輸入輸出項描述 164.4.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 164.4.4 調(diào)用函數(shù)說明 164.4.5 算法 164.

7、5 紅外遙控模塊 描述 174.5.1 功能描述 174.5.2 輸入輸出項描述 174.5.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 184.5.4 調(diào)用函數(shù)說明 184.5.5 算法 184.6 自動增益模塊 描述 184.6.1 功能描述 184.6.2 輸入輸出項描述 184.6.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 194.6.4 算法 195. 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標測試 205.1 測試項目 3 . 205.1.1 基礎(chǔ)放大電路： 205.1.2 音樂發(fā)生器： 205.1.3 紅外遙控： 205.1.4 自動增益： 205.2 測試的資源 205.3 測試方法 3 . 215.3.1 基礎(chǔ)部分：增益可控制放大器電路 215.3.2 拓

8、展部分一：音樂發(fā)生 215.3.3 拓展部分二：紅外遙控 215.3.4 拓展部分三：自動增益 215.4 測試結(jié)果及分析 215.4.1 基礎(chǔ)部分：增益可控制放大器電路 215.4.2 拓展部分一：音樂發(fā)生 245.4.3 拓展部分二：紅外遙控 245.4.4 拓展部分三：自動增益 246. 致 257. 參考資料 268. 附錄 278.1 課程學(xué)習心得和建議意見 278.2 程序清單 308.2.1 基礎(chǔ)部分 308.2.2 拓展部分 411. 概述1.1 編寫說明此文主要介紹了本小組成員在工程實踐與科技創(chuàng)新 2A 課程中經(jīng)過大半個學(xué)期的努力完成的作 品，同時涵蓋了研成品的究過程和最終展

9、示成果。至第十二周為止，我們完成了基礎(chǔ)部分的增益可 程序控制放大電路，并完成了三項拓展任務(wù)，包括音樂發(fā)生模塊、紅外遙控模塊和自動增益控制模 塊。另外，此文末附有小組成員的感悟和心得。本文供老師批閱和審查，同時也為其他致力于研究 此產(chǎn)品的高校學(xué)生們參考。1.2 名詞定義單片機小系統(tǒng)1:包括CPU（進行運算、控制）、 RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、I/O設(shè) 備（串行口、并行輸出口等）的一塊集成電路。CD4066: 四雙向模擬開關(guān)，主要用作模擬或數(shù)字信號的多路傳輸。TLV2372【6】 : 本實驗項目中用到的一種運算放大器芯片。LM358【 7】 : 本實驗項目中用到的一種運算放大器芯片。

10、2AP9: 本實驗項目中用到的一種二極管。UA741CP: 本實驗項目中用到的一種運算放大器芯片。增益: 輸出信號對輸入信號的放大倍數(shù)。增益可控放大電路:通過控制信號（本項目中由單片機產(chǎn)生）與控制電路（本項目中主要由CD4066與電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成）控制輸出信號對輸入信號放大倍數(shù)的電路。自動增益: 根據(jù)輸出信號的幅值，對增益進行自動控制。設(shè)定輸出信號的上下限，當輸出信號 峰值超出最高值或低于最低值時，系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)增益值以控制輸出信號峰值。紅外遙控:分別制作紅外信號的發(fā)生電路與接收電路，使得增益控制可以通過紅外遙控來實現(xiàn)電子音樂合成與播放 : 電路輸出頻率按音樂曲調(diào)變化的方波，可通過蜂鳴器發(fā)出音樂

11、聲。 電平轉(zhuǎn)換電路: 通過運算放大器實現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路。電壓比較電路 : 自動增益模塊中，將檢波電路的輸出結(jié)果與參考電壓進行比較并返回兩個比較 結(jié)果的電路。1.3 縮略語 列出在本文檔中縮略語的英語全稱及中文說明。為后續(xù)方便述，可以自定義若干縮略語。運放：運算放大器音樂發(fā)生：電子音樂合成與播放增益：運算放大電路輸出信號與輸入信號的比值紅外控制：紅外控制增益模塊2. 系統(tǒng)總體說明2.1 課題任務(wù)規(guī)定的設(shè)計要求2.1.1 增益程序可控放大器電路 3 ： 設(shè)計制作增益可鍵控的線性放大器電路，通過單片機控制增益等級的切換，單片機提供人機操作界面，數(shù)碼管顯示增益，用戶通過按鍵設(shè)置增益。設(shè)計指標 5

12、：?（ 1）最小增益須小于 0.15 倍（建議取 0.1 ），最大增益須大于 1.45 倍（建議取 1.5 ）（2）至少15個增益等級：建議按等差排列，比如0.1 , 0.2 , 0.3，1.5（ 3）所有級別的增益相對誤差< 3%音樂發(fā)生 3 ：單片機利用程序控制產(chǎn)生一段音樂，音樂可以任選，可循環(huán)播放。 設(shè)計指標：（1）音量能夠調(diào)整（2）音調(diào)能夠調(diào)整（3）播放速度可調(diào)（4）可播放多首歌曲（5）能否用多種方案實現(xiàn)2.1.3 紅外控制增益調(diào)節(jié)： 制作紅外遙控發(fā)送與接收電路，使用紅外遙控來控制增益 設(shè)計指標：（1） 可否雙向控制增益（增加和減少） （ 2） 控制距離大于 50cm（3） 保證

13、足夠的靈敏度2.1.4 自動增益調(diào)節(jié) 3 ： 人為設(shè)置峰值上下限，系統(tǒng)自動檢測輸出信號幅值，若峰值超出該峰值區(qū)間，則系統(tǒng)自動調(diào) 節(jié)，使輸出信號達到規(guī)定圍以。設(shè)計指標：（1） 電壓比較是否有效（2） 電壓比較是否有雙門限（上限、下限）2.2 實際完成后的功能2.2.1 增益程序可控放大器電路：本小組成品達到基礎(chǔ)部分任務(wù)要求，系統(tǒng)的電壓增益總分為 15 個等級，增益在 0.11.5 之間 進行轉(zhuǎn)換。增益的控制可通過單片機上的按鍵進行控制，增益大小顯示在七位數(shù)碼管上。2.2.2 音樂發(fā)生：單片機控制蜂鳴器發(fā)出音樂，共設(shè)置了小蘋果 K 歌之王這兩首音樂，可對歌曲曲目進 行切換，同時完成了音調(diào)、音速可控

14、功能，控制通過單片機上按鍵實現(xiàn)。2.2.3 紅外遙控：項目包括了紅外信號的發(fā)射端與接收端，利用兩節(jié)干電池給發(fā)射電路供電，可通過發(fā)射電路上的兩個按鍵，分別控制增益的上調(diào)與下調(diào)，遙控距離在150cm以上并且靈敏度較高。2.2.4 自動增益控制：該成品的自動增益控制模塊，將系統(tǒng)的增益控制在 0.51.0 之間。當增益低于 0.5 時，系統(tǒng)自 動提高增益使增益達到 0.5。當系統(tǒng)增益高于 1.0 時，系統(tǒng)自動減少增益使增益為 1.0。2.3 系統(tǒng)的設(shè)計原理與分析2.3.1 系統(tǒng)的設(shè)計原理和總體結(jié)構(gòu)增益可控放大電路 4 ：此部分為該項目的基礎(chǔ)，也是項目的核心?？刂菩盘栍蓡纹瑱C發(fā)出，通過電平轉(zhuǎn)換電路，控

15、制著信號通過（ xxxxx ）運算放大器實現(xiàn)放大的功能。增益有十五個等級，通過十五路電阻并聯(lián)耗 費巨大，故放大器的輸入電阻用四路相互并聯(lián)，分別對應(yīng)的增益是0.1 、0.2 、0.4、0.8 ，十五個等級的增益可通過四路的組合實現(xiàn)。單片機發(fā)出的信號傳到CD4066 的四個模擬數(shù)字開關(guān)，模擬數(shù)字開關(guān)分別與四路并聯(lián)電阻相連以控制該路的導(dǎo)通狀態(tài)，從而達到控制增益的效果。電子音樂合成與播放3利用單片機置的定時器輸出頻率連續(xù)變化方波，即音樂信號源。方波的頻率由音樂的曲調(diào)決 定。并將音樂信號源作為放大電路初始的輸入信號，在放大電路的輸出端連接蜂鳴器，即可通過蜂 鳴器播放音樂。至此，基礎(chǔ)部分的增益倍數(shù)可通過音

16、量的高低來反映。紅外遙控：本模塊是由紅外輸出端產(chǎn)生一個小脈沖，通過接收端將脈沖傳至單片機中，單片機根據(jù)程序中 的設(shè)值識別脈沖信號代表的是增加音量還是減小音量并做出動作，再根據(jù)基礎(chǔ)部分原理改變音樂信 號的增益來實現(xiàn)音量變化。自動增益電路3:本項目自動增益控制電路模塊設(shè)置了雙門限電壓。將基本放大電路輸出的增益信號經(jīng)過檢波以后，將信號返回至單片機，單片機對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，令其與規(guī)定增益(0.51.0 )的參考電壓進行比較，從而向電平轉(zhuǎn)換電路輸入自動控制信號，控制信號接入CD4066的模擬開關(guān)，控制四路電阻的阻值，從而達到自動控制增益的效果。系統(tǒng)的功能增益可控放大電路：單片機控制信號控制系統(tǒng)增益

17、增益共有15個等級，從0.1遞增至1.5，效果是將輸入信號放大，誤差均在1%之鍵盤與顯示：通過單片機上的 8個鍵以及紅外遙控器上的兩個按鍵對所有的功能進行控制， 在七段顯示管顯示當前模式與相關(guān)信息。表鍵盤按鍵與功能對照表模式按鍵功能基礎(chǔ)部分1增益等級+0.12增益等級-0.1拓展部分1切換歌曲2是否開啟自動增益3速度降低4速度升高5音調(diào)降低6音調(diào)升高7增益等級+0.18增益等級-0.1紅外遙控器P1增益等級+0.1紅外遙控器P2增益等級-0.1音樂發(fā)生：單片機控制蜂鳴器發(fā)出音樂，共設(shè)置小蘋果 K歌之王這兩首音樂，可對歌 曲曲目進行切換，同時完成了音調(diào)、音速可控功能，控制通過單片機上按鍵實現(xiàn)。紅

18、外遙控：通過紅外遙控器上的兩個按鍵，控制增益的上調(diào)與下調(diào)。自動增益： 人為設(shè)置峰值上下限，系統(tǒng)自動檢測輸出信號幅值，若峰值超出該峰值區(qū)間，則 系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，使輸出信號達到規(guī)定圍以。3. 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)3.1硬件總體結(jié)構(gòu)圖硬件總體結(jié)構(gòu)圖硬件總體大致分為四個部分：增益可控放大電路、紅外遙控電路與自動增益電路三大模塊以及 實驗底板。四個部分具體為：底板：括鍵盤與七段顯示管增益可控放大電路：包括電平轉(zhuǎn)換電路，多路電阻排，CD4066 TLV2372自動增益電路：包括檢波電路與電壓比較電路紅外遙控電路：包括多路電阻排，紅外發(fā)射管，紅外接收管，三極管以及74HC123在實現(xiàn)任何功能時，都需用到底板與增益可

19、控放大電路模塊?；A(chǔ)功能與音樂發(fā)生功能只需要用這兩個部分就可以實現(xiàn)。表硬件模塊與組成列表模塊名稱組成大模塊底板鍵盤；七段顯示管增益可控放大電路電阻；CD4066 UA741CP紅外遙控電路電阻；74HC123;紅外發(fā)射管；紅外接收管；三極管自動增益電路電壓比較電路；檢波電路3.2 單片機小系統(tǒng) 描述功能描述(1) 讀取按鍵信號和電路信號(2) 根據(jù)程序處理信號(3) 在相應(yīng)的管腳上輸出信號(4 )在七段晶體管上顯示當前狀態(tài)接口定義VCC電源端，+5VGND接地端通用I/O端口：P1.0P1.3端口用于向增益可控放大電路輸出控制信號；P1.4P1.7端口用于向幅度調(diào)制信號電路輸出控制信號；P2.

20、0、P2.2端口用于讀取自動增益電路經(jīng)比較后得到的反饋信號P2.1端口用于向增益可控放大電路輸出音樂信號。實現(xiàn)方式主要通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)模塊控制，在第四節(jié)會有對這部分容的詳細講述。3.3 增益可控放大電路 描述功能描述可用單片機實現(xiàn)對輸出信號的增益的改變，增益等級為0.11.5。接口定義P1.0P1.3 端口。外部接口定義：電路輸入接信號源，四個控制端口接單片機單片機的輸出端口對應(yīng)控制的電阻即為P1.0 -100k Q; P1.1 -50k Q; P1.2 - 25k Q; P1.3 - 12.5k Qo技術(shù)要求(1) 最小增益絕對值小于0.15 ;(2) 最大增益絕對值大于1.45 ;(3)

21、增益等級不少于15級；(4) 所有級別的增益相對誤差 3%且盡可能小。實現(xiàn)方式(1)電路連線圖圖增益可控放大電路模塊原理圖4圖電平轉(zhuǎn)換電路模塊原理圖【5圖333增益可控放大電路運算放大器工作模擬圖電路原理由放大器工作原理可知，當放大器工作在如圖所示電路中時，放大倍數(shù)G 一R電路中的R可CD4066控制的Ri、R2、R3、R4通過不同的組合方式并聯(lián)得到。Ri1T當我們?nèi)1 2R2 4R3 8R410Rf時，由于GRf，我們可以算得Ri、R2、R3、RtRi分別對應(yīng)0.1倍增益、0.2倍增益、0.4倍增益、0.8倍增益，通過他們的不同通斷組合就能得到0.11.5倍這15種不同的增益等級。3.4

22、音樂發(fā)生模塊 描述功能描述2音樂發(fā)生模塊可通過單片機輸出不同頻率的方波，使蜂鳴器改變音調(diào)高低，達到發(fā)出音樂聲的效果。該模塊可通過按鍵可實現(xiàn)音量調(diào)節(jié)、倍速調(diào)節(jié)、歌曲切換的功能，播放曲目有K歌之王小蘋果。接口定義音樂發(fā)生模塊與增益可控放大電路模塊使用同一個電路實現(xiàn)。其P1端口接單片機 2.1端口,接收音樂信號，P2端口接蜂鳴器，P3端口空置，CTRL端口接單片機 P1.0P1.3端口接收控制信 號。技術(shù)要求1 ）額外增加曲目；2 ）增加曲速等拓展功能。實現(xiàn)方式通過寫入數(shù)組讓單片機輸出頻率按曲調(diào)變化的方波，在代碼中加入控制變量實現(xiàn)如曲速，歌曲 切換等功能。3.5 自動增益電路模塊 描述功能描述2自動

23、增益部分是將信號電壓與設(shè)定閾值比較，并在超出閾值時作出增益的改變，使得增益總在一定圍。自動增益電路由電壓比較電路和檢波電路構(gòu)成。其中檢波電路用于將輸入的交流信號轉(zhuǎn)變 為大小是其峰值的直流信號。接口定義增益可控放大電路的OUTPUT端接自動增益電路的INPUT端，控制端分別接單片機P2.0，P2.2端口。技術(shù)要求能夠把輸入信號的峰值控制在一定圍，我們組選擇的圍是0.51.0。實現(xiàn)方式（1 ）電路實現(xiàn)圖電壓比較電路原理圖圖檢波電路原理圖(2)檢波電路原理檢波電路是一個一階 RC電路。當輸入的電壓大于檢波電路的電容電壓時二極管導(dǎo)通，電容 充電，當輸入電壓小于檢波電路的電容電壓時，二極管截止，電容放電

24、。如果要能夠使檢波電路的 輸出始終為輸入信號的峰值，其時間常數(shù)應(yīng)該足夠大。假設(shè)輸入信號為頻率 f 400 Hz的正弦波R 1M ，C 0.1 F則信號周期3T 2.5*10 s，時間常數(shù) RC 0.1s，T，此時可以忽略電容的充放電過程，檢波電路的輸出即為輸入信號的峰值。3.6 紅外遙控模塊 描述功能描述紅外遙控部分是通過發(fā)射端控制兩個電鍵，分別在電路中產(chǎn)生長度不同的兩個脈沖，以紅外信 號的形式發(fā)送到接收端，再由單片機實現(xiàn)調(diào)節(jié)增益大小的功能。長度不同的兩個脈沖分別控制增益 的大小增加或減小。接口定義 紅外遙控電路的控制端口接接單片機P2.4端口。技術(shù)要求在實現(xiàn)功能的同時盡量是的遙控距離增大實現(xiàn)

25、方式(1 )電路實現(xiàn)圖紅外發(fā)射端原理圖弓懸內(nèi)MV圖3.62紅外接收端原理圖紅外遙控電路由紅外發(fā)射電路部分與紅外接收電路部分組成。其中，紅外發(fā)射部分(2)基本原理：(a)發(fā)射端電路原理圖如圖，圖中左端是兩個結(jié)構(gòu)相似的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路，上下分別對應(yīng)電鍵si、s2。電阻電容對應(yīng) R2、C2 ( R5 C4)是控制脈沖寬度的RC充放電定時元件。帶入t=K X RX C,可計算ti , t2,。二極管D2,D4實現(xiàn)了“或”邏輯，使得只要一路信號圍高電平就可以讓紅外管發(fā)紅外光。(b)接收端電路從右至左依次啥紅外接收、電壓比較和接入單片機的接口。當接收到紅外光信號時，串聯(lián)電阻急劇變小，A點升到較高電位，再由

26、比較器放大至+5V左右以被單片機識別,*L50mV如圖。*嘶號21ZLOrrii日點的怕號5La圖較長脈沖在 A, B兩點的波形示意圖4. 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)4.1 軟件總體結(jié)構(gòu)和功能 程序主要由頭文件申明與常量、變量的定義、中斷子函數(shù)以及主函數(shù)三個部分構(gòu)成。 其中，中斷子函數(shù)包含音樂發(fā)生模塊、紅外遙控模塊與自動增益模塊。 主函數(shù)包含初始化模塊與鍵值處理模塊。具體功能如下： 初始化模塊：完成系統(tǒng)的初始化。 鍵值處理模塊：讀取鍵盤輸入的鍵值并改變相應(yīng)的全局變量，控制運行狀態(tài)并向七段數(shù)碼 管輸出當前的狀態(tài)。音樂發(fā)生模塊：讀取音樂數(shù)組并播放音樂。 紅外遙控模塊：處理遙控器對于音量的控制。 自動增益模塊：

27、接受反饋的電壓信號判斷并控制系統(tǒng)處于要求的音量圍。4.2重要的全局變量un sig ned char state = 10;/增益倍數(shù)un sig ned shortl = 50;/unsigned short2 = 100;/un sig ned Iong1 = 100;/un sig ned Iong2 = 350;/int in dex_cha nge = 0;/短脈沖時間下限短脈沖時間上限長脈沖時間下限長脈沖時間上限音調(diào)控制un sig ned char in putH on gWai;/un sig ned hon gWai_adder = 0;/紅外遙控輸入紅外遙控持續(xù)時間un s

28、ig ned hon gWai_status = 0; /0:無脈沖 1;短脈沖2:長脈沖un sig ned char press_flag = 1, press_code = 0, press_state = 0;un sig ned char MODE = 0;/0基礎(chǔ)部分開）un sig ned char music = 0;/音樂選擇un sig ned char method = 0;/0 :五線1函數(shù)發(fā)生2音樂播放（程序只包含 2，1 :四線（只做了 5線）un sig ned char auto_c on trol = 0;/自動增益開關(guān)控制un sig ned char co

29、un ter=0;/音樂選擇un sig ned char coun ter_flag=0;/un sig ned int audio_freque ncy;測試用計數(shù)值十進制表示當前的音頻頻率un sig ned int audio_ptr=0,audio_dura=0;int sample;double volt;/AD轉(zhuǎn)換后的電壓值double Vmax = 3.0; /自動增益上限double Vmin = 0.4; /自動增益下限un sig ned char T_A0 = 50;/控制速度un sig ned char digit8='-','-',

30、'-','-','-','-','-','-'unsigned char led=0,0,0,0,0,0,0,0;un sig ned char NumOfMus = 2;/音樂數(shù)量讀取音頻的指針、數(shù)碼管顯示二極管顯示基礎(chǔ)拓展分4.3 鍵值處理模塊 描述功能描述用于讀取鍵盤輸入的鍵值并改變相應(yīng)的全局變量，向七段數(shù)碼管輸出當前的狀態(tài)。輸入輸出項描述表431鍵值處理模塊輸入項變量名類型有效值圍來源備注press_flagun sig nedchar01鍵盤輸入判斷是否有按鍵按下press_codeun

31、sig nedchar08鍵盤輸入判斷按下的鍵號press_stateun sig ned char01鍵盤輸入判斷按鍵狀態(tài)表432鍵值處理模塊輸出項變量名類型有效值圍備注digitun sig nedchar部分ACSII七段數(shù)碼管顯示stateun sig nedchar115增益倍數(shù)musicun sig nedchar01曲目T_A0un sig ned char1090曲速in dex_cha ngeint-99音調(diào)auto_c on trolun sig ned char01自動增益數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)press_flag , press_code, press_state:判斷當前的按鍵狀態(tài)

32、以及被按下的是哪個鍵digit:數(shù)碼管狀態(tài)T_AO,state,music,auto_co ntrol,i ndex_cha nge:程序狀態(tài)，控制數(shù)碼管輸出算法本模塊通過讀取全局變量 press_flag 與press_code來判斷哪個鍵被按下。然后，根據(jù)相應(yīng)的 鍵碼，對 state、music、TA_O、auto_control 、index_change 這五個全局變量進行操作來改變程 序的運行狀態(tài)4.4 音樂發(fā)生模塊 描述功能描述讀取包含音樂曲調(diào)的數(shù)組，并將其轉(zhuǎn)化為方波并輸出。輸入輸出項描述表441音樂發(fā)生模塊輸入項變量名類型有效值圍來源備注music_data1const un s

33、ig ned int二維數(shù)組/定義樂譜music_data2const un sig ned int二維數(shù)組/定義樂譜musicun sig ned char12全局變量曲目T_A0int1090全局變量曲速index_changeint-99全局變量音調(diào)表442幅度調(diào)制音樂發(fā)生模塊輸入項變量名類型有效值圍備注P2.2/通過P2.2引腳輸出方波數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)un sig ned char music:用于表示音樂發(fā)生時的曲目，在模塊初始時進行判斷，從而讀取不同的樂譜數(shù)組。對應(yīng)小蘋果與K歌之王。int T_AO :用于表示音樂發(fā)生時的曲速，為 1到9級可調(diào)，5為正常速度。un sig ned int

34、audio_freque ncy:用于表示當前方波的頻率，從樂譜數(shù)組中讀取后向計時器A1的寄存器輸出。un sig ned int audio_ptr:輔助讀譜指針，每次讀取樂譜之后就執(zhí)行"audio_ptr+; ”un sig ned int audio_dura=0:持續(xù)時間計數(shù)變量，即音樂中的節(jié)拍長短控制。un sig ned char NumOfMus =2:定義了樂曲的數(shù)量。調(diào)用函數(shù)說明void Play_Music(void):調(diào)用該函數(shù)一次即音樂播放一個音節(jié)。該函數(shù)打包了音樂播放的全部控制容。算法4.5 紅外遙控模塊 描述功能描述讀取調(diào)制波形的采樣數(shù)組，并由其控制電路的

35、增益等級，使得輸入信號被預(yù)設(shè)函數(shù)調(diào)制。輸入輸出項描述表紅外遙控模塊輸入項變量名類型有效值圍來源備注in putH on gWaiconst un sig nedint定義脈沖數(shù)字信號P2.4/單片機輸入遙控器脈沖輸入端口變量名類型有效值圍備注表紅外遙控模塊輸出項變量名類型有效值圍備注stateun sig ned char015音量大小P1.0/音量控制口P1.1/音量控制口P1.2/音量控制口P1.3/音量控制口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)short1,short2,long1,long2:脈沖輸入時間的上下限控制。shortl , short2 分別為短脈沖上下限，long1 , Iong2分別為長脈沖上下限

36、。hongwai_adder:記錄脈沖的持續(xù)時間。hongwai_status: 記錄系統(tǒng)狀態(tài) 0:無脈沖1;短脈沖2:長脈沖調(diào)用函數(shù)說明void gain_control(void) :用于控制 4個輸出音量控制的口。通過讀取state 的值(15個狀態(tài))來分別給出4個音量控制端口( P1.0,p1.1,p1.2,p1.3)的輸出電平。算法當 inputHongWai 為 0 時，hongwai_status的值置 0。當 inputHongWai 為 1 時，hongwai_adder 力口 1。當 hongwai_adder 處于 short1,short2控制的上下限之間時，hongw

37、ai_status 值為 1。當hongwai_adder處于Iong1,long2 控制的上下限之間時，hongwai_status 值為2。當 inputHongWai 變?yōu)?0 時，hongwai_status 的值控制 state 變化. 最后通過讀取state的值來輸出音量控制。4.6 自動增益模塊 描述功能描述讀取自動增益電路的反饋信號，并判斷和控制輸出音量是否在要求圍中輸入輸出項描述表461自動增益模塊輸入項變量名類型有效值圍來源備注P1.4/單片機輸入檢波電路的電壓輸入auto_c on trolun sig ned_char01全局變量表示自動增益是否打開表462自動增益模塊

38、輸出項變量名類型有效值圍來源備注stateun sig ned char015全局變量音量大小數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)volt:AD轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)值。Vmax Vmin：通過計算得出的控制音量大小所需的電壓上下限。算法把輸入電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換得到程序的電壓值。判斷該電壓值是否在所給出電壓之間。不是即把state恢復(fù)到要求的圍。5. 系統(tǒng)功能及技術(shù)指標測試5.1 測試項目 35.1.1 基礎(chǔ)放大電路：（1）可以產(chǎn)生 15 個不同的增益值；（2）最小增益小于 0.15 ；（3）最大增益大于 1.45 ；（4）增益的相對誤差在 3%以；（5）增益倍數(shù)可以顯示在七段顯示管上；5.1.2 音樂發(fā)生器：1）可以在 xxx

39、首歌之間切換；2）能夠改變歌曲播放速度；3）能夠改變歌曲音量；4）能夠改變歌曲音調(diào)5.1.3 紅外遙控：（1）能夠紅外遙控增益等級的上升和下降（2）遙控的距離達到 50cm 以上（3）遙控有足夠靈敏度5.1.4 自動增益：（1）檢波電路能夠?qū)⑤敵鼋涣餍盘柗逯敌畔⑻幚砗蠓祷貑纹瑱C；（2）增益超過設(shè)定增益上限時，增益等級自動下降；（3）增益低于設(shè)定增益下限時，增益等級自動上升；5.2 測試的資源 萬用表 易派信號發(fā)生器 信號源連接線USB連接線PC 杜邦線 焊錫1臺1臺1根2根1臺若干鉗子電烙鐵等焊錫若干5.3 測試方法35.3.1 基礎(chǔ)部分：增益可控制放大器電路 首先檢測電路無誤后，講程序通過

40、PC 燒入到單片機中，使其正常工作。利用易派信號發(fā)生器將頻率為400Hz,有效值0.6V的正弦信號接入增益可控放大電路輸入端。首先，利用萬用表測量實 際輸入信號有效值值，然后通過底板鍵盤上的 1 號， 2 號按鈕控制增益倍數(shù)；然后將萬用表負端接 地,正端連接增益可控放大電路輸出端,分別記錄增益值為0.11.5 時輸入、輸出電壓大小。并利用易派的示波器功能,記錄輸出與輸入端的波形。5.3.2 拓展部分一：音樂發(fā)生 在上述程序完成的基礎(chǔ)上,移去交流信號源,將單片機的控制信號接入增益可控放大電路的輸入端,將蜂鳴器接入增益可控放大電路輸出端與地之間。觀察蜂鳴器所發(fā)出的音樂,分別按下單片 機底板上對應(yīng)的

41、按鈕,觀測音樂的變化。5.3.3 拓展部分二：紅外遙控 保持上訴接線不變,利用紅外接收電路與單片機相連,并將接收到的信號反饋至單片機。同時,利用兩節(jié)干電池給紅外發(fā)射端供電,分別按下紅外發(fā)射端的按鍵,七段數(shù)碼管上的增益倍數(shù), 觀測能否起到紅外遙控作用。增加遙控距離,重復(fù)上訴實驗。5.3.4 拓展部分三：自動增益按下按鍵 2 打開自動增益模塊,將增益可控放大電路輸出信號輸入到檢波電路中,并將信號返 回至單片機。將交流信號接入信號輸入端,負端接地。通過紅外遙控改變增益等級,當增益等級低 于 0.5 時,系統(tǒng)自動提高增益至 0.5 ,增益等級無法繼續(xù)降低。當增益登記高于 1.0 時,系統(tǒng)自動 減少增益

42、至 1.0 ,增益無法繼續(xù)增大。5.4 測試結(jié)果及分析5.4.1 基礎(chǔ)部分：增益可控制放大器電路具體測試數(shù)據(jù)如下表：表 5.4.1 增益可控放大電路誤差計算表序列號輸入電壓（V）輸出電壓（V）顯示增益實測增益誤差（%10.60260.06040.10.10020.2323%20.60230.12100.20.20090.4483%30.60200.18130.30.30120.3876%40.60170.23980.40.3985-0.3656%50.60140.29990.50.4987-0.2660%60.60110.36030.60.5994-0.0998%70.60080.42030.

43、70.6996-0.0618%80.60050.48380.80.80570.7077%90.60020.54370.90.90590.6516%100.59990.60381.01.00650.6501%110.59960.66361.11.10670.6125%120.59930.72171.21.20420.3532%130.59900.78141.31.30450.3467%140.59870.84121.41.40500.3603%150.59840.90081.51.50530.3565%由上表可知，在增益可控放大電路測試中，所有誤差均被控制在1河。原因分析如下：本小組為了使誤差盡

44、量小，選用元件時盡量選取元件參數(shù)最為理想的元件，焊錫時盡量避免焊橋，每次實驗時都事先檢測電路保證電路的完好性。易派示波器觀測的輸出輸入波形如下：（chi為輸出信號，ch2為輸入信號）0 L丄昜算尉L L V9 H0 L丄¥算尉L L V9 H4fAM*fW5邏VW)*ftfwtwtruiooi ' ifW l圖541.1增益小于1.0拓展部分一：音樂發(fā)生連接好電路后，蜂鳴器正確播放了歌曲，我們共設(shè)置了兩首歌曲：南山南荷塘月色，并可通過按鍵1改變播放的歌曲。按下 3、4按鍵時，音樂音速隨之改變。按下5、6按鍵時，音樂音調(diào)。同時，操作按鍵 7、8，我們也實現(xiàn)了對增益等級的控制。拓

45、展部分二：紅外遙控發(fā)射端供電后，利用發(fā)射端上的兩個按鍵，實現(xiàn)了對增益倍數(shù)的控制作用，并且靈敏度高，每 次操作皆有現(xiàn)象產(chǎn)生。隨后我們增大遙控距離，遙控距離為1.5米時，還能穩(wěn)定的觀測到增益變化，達到測試要求。拓展部分三：自動增益改變電路連接至自動增益功能實現(xiàn)，通過紅外遙控控制增益的等級，發(fā)現(xiàn)當增益等級低至0.5時，繼續(xù)按動發(fā)射端P2號按鈕，七段數(shù)碼管上增益數(shù)值無法繼續(xù)降低，輸出信號幅度維持不變；發(fā)現(xiàn)當增益等級提高至1.0時，繼續(xù)按動發(fā)射端P1號按鈕，七段數(shù)碼管上增益數(shù)值無法繼續(xù)降低，輸出信號幅度維持不變；6. 致實驗的順利完成，離不開實驗助教和老師的大力幫助，在此對給予我們幫助的老師和同學(xué)們表

46、示由衷的感。首先要感課程負責老師的耐心指導(dǎo)與教學(xué)，為我們的項目進行奠定了基礎(chǔ)。 其次我們要感我們的助教，在實驗室里耐心指導(dǎo)了我們大量的問題，幫助我們進行調(diào)試。 當然，也要感一同完成本次課程的學(xué)生們，互幫互助，共同進步。最后還要感實驗室的助管，器材室的老師以及電院負責管理門禁的保安，我們的工作給其帶來 了不少麻煩，但是他們都熱心的為我們服務(wù)。7. 參考資料1馬忠梅等，單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計，航空航天大學(xué)，19982交大電子工程系.科技創(chuàng)新2A講座5-拓展任務(wù)推薦項目的方案提示.3交大電子工程系.工程實踐與科技創(chuàng)新2A作品檢測和課程評分方法.4袁焱.CNMO0（電子工程綜合實踐課程資料mooc

47、.org/portal/session/unitNavigation/2043.mooc5交通大學(xué)電子工程系.CD4066BC Datasheet，.交通大學(xué)電子工程系.TLV2370 datasheet.DataSheet.7儀器丄M358 DataSheet.html.alldatasheet./html-pdf/114283/TI/LM358P/23/1/LM358P.html8. 附錄8.1 課程學(xué)習心得和建議意見 過了大半學(xué)期的努力，本小組終于在規(guī)定時間完成了工程實踐與科技創(chuàng)新 2A 課程的任務(wù)要 求，自身的科學(xué)研究能力，有了充分的提升。有兩位組員曾修過工科創(chuàng)工程實踐與科技創(chuàng)新 1A

48、 的課程，最大的感觸就是 1A 真的是基礎(chǔ)的基 礎(chǔ)，不過從最開始的毫無思緒，到后面信手拈來，也是經(jīng)過了一次次的成長，工科創(chuàng) 1A 沒有給組2A 的難度肯定要大員們帶來很大的壓力，更像是一次認識實驗室及熟悉基本操作的過程。工科創(chuàng) 過1A,我們在選擇課程時早已做好的了準備迎接新的挑戰(zhàn)?？墒菦]有想到面臨的挑戰(zhàn)是如此的巨大，從最開始老師介紹課程時，就進入了一臉茫然模式， “這跟工科創(chuàng) 1 的差距也太大了吧”。要設(shè)計很多電路，要焊接大量的元器件，要利用單片機的知 識，要學(xué)會編程，同時還要調(diào)試結(jié)果?？梢哉f，最開始的時候我們還是被嚇到了，也可以說，我們 有點束手無策。于是我們組員達成了一致戰(zhàn)線，我們初期能做

49、的只有更加認真的聽課，無論聽懂與否，總會有 點印象在腦海里，這對于之后的項目執(zhí)行有很大幫助。三次課之后，我們對課程的基本容有了初步 的了解，雖然還是不清楚與實踐結(jié)合之后，會產(chǎn)生什么問題，不過不載這門課程了。接下來的兩周，是我們消化學(xué)習知識的兩周，我們上網(wǎng)搜索資料，利用好大學(xué)慕課平臺的知 識，對老師上課的容進行了鞏固與拓展。經(jīng)過兩周的學(xué)習之后，我們有信心能按照順序?qū)嶒炌?成，于是在大概第五周的時候，我們開始到實驗室進行電路焊接。開始之前，我們先咨詢了學(xué)長們的意見，選擇元件時盡量多選一，盡量使阻值能滿足要求。焊 接的時候我們也遇到了很多麻煩，設(shè)計好電路之后，沒有規(guī)劃好電路板上的排線位置，導(dǎo)致導(dǎo)線

50、錯 亂復(fù)雜，給我們的調(diào)試檢修帶來了大量的麻煩。于是我們對布線進行了一部分調(diào)整，對于那些不易 安排位置的導(dǎo)線，我們在底板上分別焊上兩個排針，然后利用杜邦線將兩個排針相連，這樣子電路 板就不會那么錯終復(fù)雜，雖然花費了一定的時間，不過給我們后期提供了很大的便利。我曾記得有一次實驗電路焊好后，調(diào)試階段，電路無論怎樣都打不到實驗效果，反復(fù)檢測也檢 測不到故障，然后一下午無功而返，最后還是一位組員在閑暇時光研究電路板時，注意到了我們連 接按鍵位置的下層地板的布局不太一樣。正常情況都是兩個口相連與其他部分斷開，可是焊按鍵的 位置可能是有某種特殊的用途，在兩個焊接口的下方還引出了一段。恰恰好在這個地方，我們滴

51、上 了一點焊錫絲，很有可能是這里短路導(dǎo)致了電路故障。果不其然，第二天排查之后，實驗方能順利 進行。這次調(diào)試的經(jīng)歷告訴我們，在實驗的過程中不得有一點馬虎，每一個焊接點，都要認真的對 待，焊接之后，要仔細觀測是否有漏焊、多焊等現(xiàn)象，切忌大量的使用焊橋，這才是一個優(yōu)秀的科 創(chuàng)學(xué)生應(yīng)具有的素質(zhì)。在組員們的努力之下，中期檢測順利通過，我們選擇了組員們較為感興趣的紅外控制模塊作為我們的拓展，因為我們很想了解紅外控制的基本原理。我們決定一鼓作氣，直接開始進行研究我們的拓展部分，經(jīng)過了基礎(chǔ)部分的歷練之后，做起拓展部分我們更加是得心應(yīng)手，實驗進程也相對提 速了不少。1000為了改進紅外遙控的距離，我們組員可真是

52、煞費苦心，實驗視頻上的指示，是將發(fā)射端串聯(lián)兩 個發(fā)射器以獲取更大的發(fā)射信號。這時我們的組長就提出了疑問，“為什么是串聯(lián)呢？”。于是我 們上網(wǎng)搜索了資料，對串聯(lián)的原理無法理解。之后我們決定在調(diào)試中進行探索，如果串聯(lián)兩個增大 了信號，那為什么不多串一點呢？于是我們嘗試將三個紅外發(fā)射器串聯(lián)，發(fā)現(xiàn)信號的強度還不如之 前的效果，我們總結(jié)了原因，電流的下降肯定起到主導(dǎo)因素。緊接著，我們又分別嘗試了兩個并 聯(lián)，兩個串聯(lián)，單個發(fā)射管這幾種接法，發(fā)現(xiàn)效果最好的竟然是只使用一個發(fā)射管，這不禁令組員 們陷入深深的沉思。最后還是一位細心的組員發(fā)現(xiàn)，串聯(lián)兩個發(fā)射管之后，實驗視頻上去掉了 歐姆的電阻，這個細節(jié)被我們忽略掉，導(dǎo)致實驗效果一直不理想，于是我們?nèi)サ袅穗娮?，順利的達 到了實驗要求，遙控距離為實驗要求的三倍。這次經(jīng)歷告訴我們，實驗過程中不能疏忽任何一個細 節(jié)，細節(jié)決定成敗。當然在實驗過程中，我們