工程实践与科技创新A

1、 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 地址：上海市华山路1954号 邮政编码：200030 上海交通大学 电子信息与电气工程学院地 址：东川路800号邮 编：200240技术文件工程实践与科技创新2A设计报告（2016秋季）项目名称：增益可程序控制的放大器电路设计小组编号：设计小组名单：戴逸飞(组长)、代勇泽、林森上海交通大学 电子信息与电气工程学院姓名班级学号具体负责的工作联系方式戴逸飞F14030025140309033代码代勇泽F1403002焊电路林森F14030285140219168焊电路摘 要：本次项目利用单片机MSP430实现按键可控增益放大电路，同时完成了音乐播放、红外遥控

2、、自动增益可控增益放大器三个拓展模块。此报告旨在介绍所实现的系统功能、系统框图、系统硬件以及软件的设计和实现方法，系统的技术指标、调试分析、针对用户操作的说明等等。并对模块设计、实现过程中的部分问题进行了深刻的思考和探究。关键词：单片机；增益可控；自动控制、函数发生、红外遥控、电子音乐ABSTRACT Our project includes the basic modules implemented by the MSP430the controlled gain zoom device and three extra modules the music player, the gain-a

3、utomatical-available device and the volume remote controlled by the infrared ray. In this report，We describe their main function, system block diagram, system hardware, design and implementation method of software, technical index of system , debugging analysis, detailed operations for the users and

4、 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 .KEYWORDS SCM, controllable gain, automatic gain, function occurs, infrared remote control ，electronic music第 PAGE 2页 共4页上海交通大学 电子信息与电气

5、工程学院第 PAGE 44页上海交通大学 电子信息与电气工程学院第 PAGE 1页 共4页上海交通大学 电子信息与电气工程学院目录 TOC o 1-3 1. 概述 PAGEREF _Toc9004 11.1 编写说明 PAGEREF _Toc20909 11.2 名词定义 PAGEREF _Toc2334 11.3 缩略语 PAGEREF _Toc352 12. 系统总体说明 PAGEREF _Toc18054 32.1 课题任务规定的设计要求 PAGEREF _Toc4162 32.1.1 增益程序可控放大器电路 3： PAGEREF _Toc16058 32.1.2 音乐发生3： PAGE

6、REF _Toc19134 32.1.3 红外控制增益调节： PAGEREF _Toc28957 32.1.4 自动增益调节 3： PAGEREF _Toc11439 32.2 实际完成后的功能 PAGEREF _Toc1051 42.2.1 增益程序可控放大器电路： PAGEREF _Toc23780 42.2.2 音乐发生： PAGEREF _Toc32013 42.2.3 红外遥控： PAGEREF _Toc1522 42.2.4 自动增益控制： PAGEREF _Toc13397 42.3 系统的设计原理与分析 PAGEREF _Toc32361 42.3.1 系统的设计原理和总体结构

7、 PAGEREF _Toc20263 42.3.2 系统的功能 PAGEREF _Toc1000 53. 系统的硬件结构 PAGEREF _Toc5347 73.1 硬件总体结构 PAGEREF _Toc10153 73.2 描述 PAGEREF _Toc25575 83.2.1 功能描述 PAGEREF _Toc16495 83.2.2 接口定义 PAGEREF _Toc27199 83.2.3 实现方式 PAGEREF _Toc5386 93.3 描述 PAGEREF _Toc10406 93.3.1 功能描述 PAGEREF _Toc19399 93.3.2 接口定义 PAGEREF _

8、Toc15024 93.3.3 技术要求 PAGEREF _Toc20100 93.3.4 实现方式 PAGEREF _Toc29969 93.4 描述 PAGEREF _Toc4159 103.4.1 功能描述2 PAGEREF _Toc13155 103.4.2 接口定义 PAGEREF _Toc18528 103.4.3 技术要求 PAGEREF _Toc14554 113.4.4 实现方式 PAGEREF _Toc6413 113.5 描述 PAGEREF _Toc25534 113.5.1 功能描述2 PAGEREF _Toc319 113.5.2 接口定义 PAGEREF _Toc

9、12718 113.5.3 技术要求 PAGEREF _Toc16509 113.5.4 实现方式 PAGEREF _Toc17137 113.6 描述 PAGEREF _Toc16735 123.6.1 功能描述 PAGEREF _Toc15718 123.6.2 接口定义 PAGEREF _Toc2382 123.6.3 技术要求 PAGEREF _Toc13262 123.6.4 实现方式 PAGEREF _Toc24346 124. 系统的软件结构 PAGEREF _Toc7297 144.1 软件总体结构和功能 PAGEREF _Toc10072 154.2 重要的全局变量 PAGE

10、REF _Toc31450 154.3 描述 PAGEREF _Toc14546 164.3.1 功能描述 PAGEREF _Toc31603 164.3.2 输入输出项描述 PAGEREF _Toc23204 164.3.3 数据结构 PAGEREF _Toc29509 174.3.4 算法 PAGEREF _Toc17526 174.4 描述 PAGEREF _Toc1685 174.4.1 功能描述 PAGEREF _Toc19029 174.4.2 输入输出项描述 PAGEREF _Toc7981 174.4.3 数据结构 PAGEREF _Toc17673 184.4.4 调用函数说

11、明 PAGEREF _Toc6202 184.4.5 算法 PAGEREF _Toc31369 184.5 描述 PAGEREF _Toc360 194.5.1 功能描述 PAGEREF _Toc24345 194.5.2 输入输出项描述 PAGEREF _Toc15369 194.5.3 数据结构 PAGEREF _Toc7261 204.5.4 调用函数说明 PAGEREF _Toc19049 204.5.5 算法 PAGEREF _Toc30171 204.6 描述 PAGEREF _Toc10932 204.6.1 功能描述 PAGEREF _Toc7881 204.6.2 输入输出项

12、描述 PAGEREF _Toc8731 204.6.3 数据结构 PAGEREF _Toc29469 214.6.4 算法 PAGEREF _Toc16928 215. 系统功能及技术指标测试 PAGEREF _Toc22065 215.1 测试项目3 PAGEREF _Toc294 225.1.1 基础放大电路： PAGEREF _Toc19324 225.1.2 音乐发生器： PAGEREF _Toc18630 225.1.3 红外遥控： PAGEREF _Toc16950 225.1.4 自动增益： PAGEREF _Toc12143 225.2 测试的资源 PAGEREF _Toc48

13、23 225.3 测试方法3 PAGEREF _Toc89 235.3.1 基础部分：增益可控制放大器电路 PAGEREF _Toc26066 235.3.2 拓展部分一：音乐发生 PAGEREF _Toc3037 235.3.3 拓展部分二：红外遥控 PAGEREF _Toc13572 235.3.4 拓展部分三：自动增益 PAGEREF _Toc19368 235.4 测试结果及分析 PAGEREF _Toc26020 235.4.1 基础部分：增益可控制放大器电路 PAGEREF _Toc355 235.4.2 拓展部分一：音乐发生 PAGEREF _Toc9921 265.4.3 拓展

14、部分二：红外遥控 PAGEREF _Toc27591 265.4.4 拓展部分三：自动增益 PAGEREF _Toc24712 266. 致谢 PAGEREF _Toc19771 267. 参考资料 PAGEREF _Toc8941 278. 附录 PAGEREF _Toc6249 288.1 课程学习心得和建议意见 PAGEREF _Toc13931 298.2 程序清单 PAGEREF _Toc31343 318.2.1 基础部分 PAGEREF _Toc18424 328.2.2 拓展部分 PAGEREF _Toc30609 42第 PAGE 2页共10页信息产业部电信科学技术第一研究所

15、概述编写说明此文主要介绍了本小组成员在工程实践与科技创新2A课程中经过大半个学期的努力完成的作品，同时涵盖了研成品的究过程和最终展示成果。至第十二周为止，我们完成了基础部分的增益可程序控制放大电路，并完成了三项拓展任务，包括音乐发生模块、红外遥控模块和自动增益控制模块。另外，此文末附有小组成员的感悟和心得。本文供老师批阅和审查，同时也为其他致力于研究此产品的高校学生们参考。名词定义单片机小系统1：包括CPU（进行运算、控制）、RAM（数据存储）、ROM（程序存储）、I/O设备（串行口、并行输出口等）的一块集成电路。CD4066：四双向模拟开关，主要用作模拟或数字信号的多路传输。TLV2372【

16、6】：本实验项目中用到的一种运算放大器芯片。LM358【7】：本实验项目中用到的一种运算放大器芯片。2AP9：本实验项目中用到的一种二极管。UA741CP：本实验项目中用到的一种运算放大器芯片。增益：输出信号对输入信号的放大倍数。增益可控放大电路：通过控制信号（本项目中由单片机产生）与控制电路（本项目中主要由CD4066与电平转换电路构成）控制输出信号对输入信号放大倍数的电路。自动增益：根据输出信号的幅值，对增益进行自动控制。设定输出信号的上下限，当输出信号峰值超出最高值或低于最低值时，系统自动调节增益值以控制输出信号峰值。红外遥控： 分别制作红外信号的发生电路与接收电路，使得增益控制可以通过

17、红外遥控来实现电子音乐合成与播放2：电路输出频率按音乐曲调变化的方波，可通过蜂鸣器发出音乐声。电平转换电路：通过运算放大器实现逻辑电平转换的电路。电压比较电路: 自动增益模块中，将检波电路的输出结果与参考电压进行比较并返回两个比较结果的电路。缩略语列出在本文档中缩略语的英语全称及中文说明。为后续方便陈述，可以自定义若干缩略语。运放：运算放大器音乐发生：电子音乐合成与播放增益： 运算放大电路输出信号与输入信号的比值红外控制：红外控制增益模块系统总体说明课题任务规定的设计要求增益程序可控放大器电路 3：设计制作增益可键控的线性放大器电路，通过单片机控制增益等级的切换，单片机提供人机操作界面，数码管

18、显示增益，用户通过按键设置增益。设计指标5：（1）最小增益须小于0.15倍（建议取0.1），最大增益须大于1.45倍（建议取1.5）（2）至少15个增益等级：建议按等差排列，比如 0.1，0.2，0.3，1.5（3）所有级别的增益相对误差 3%音乐发生3：单片机利用程序控制产生一段音乐，音乐可以任选，可循环播放。设计指标：音量能够调整音调能够调整播放速度可调可播放多首歌曲能否用多种方案实现红外控制增益调节：制作红外遥控发送与接收电路，使用红外遥控来控制增益设计指标：可否双向控制增益（增加和减少）控制距离大于50cm保证足够的灵敏度自动增益调节 3：人为设置峰值上下限，系统自动检测输出信号幅值，

19、若峰值超出该峰值区间，则系统自动调节，使输出信号达到规定范围以内。设计指标：电压比较是否有效电压比较是否有双门限（上限、下限）实际完成后的功能增益程序可控放大器电路：本小组成品达到基础部分任务要求，系统的电压增益总分为15个等级，增益在0.11.5之间进行转换。增益的控制可通过单片机上的按键进行控制，增益大小显示在七位数码管上。音乐发生：单片机控制蜂鸣器发出音乐，共设置了小苹果K歌之王这两首音乐，可对歌曲曲目进行切换，同时完成了音调、音速可控功能，控制通过单片机上按键实现。红外遥控：项目包括了红外信号的发射端与接收端，利用两节干电池给发射电路供电，可通过发射电路上的两个按键，分别控制增益的上调

20、与下调，遥控距离在150cm以上并且灵敏度较高。自动增益控制：该成品的自动增益控制模块，将系统的增益控制在0.51.0之间。当增益低于0.5时，系统自动提高增益使增益达到0.5。当系统增益高于1.0时，系统自动减少增益使增益为1.0。系统的设计原理与分析系统的设计原理和总体结构增益可控放大电路 4：此部分为该项目的基础，也是项目的核心。控制信号由单片机发出，通过电平转换电路，控制着信号通过（xxxxx）运算放大器实现放大的功能。增益有十五个等级，通过十五路电阻并联耗费巨大，故放大器的输入电阻用四路相互并联，分别对应的增益是0.1、0.2、0.4、0.8，十五个等级的增益可通过四路的组合实现。单

21、片机发出的信号传到CD4066内的四个模拟数字开关，模拟数字开关分别与四路并联电阻相连以控制该路的导通状态，从而达到控制增益的效果。电子音乐合成与播放3：利用单片机内置的定时器输出频率连续变化方波，即音乐信号源。方波的频率由音乐的曲调决定。并将音乐信号源作为放大电路初始的输入信号，在放大电路的输出端连接蜂鸣器，即可通过蜂鸣器播放音乐。至此，基础部分的增益倍数可通过音量的高低来反映。红外遥控：本模块是由红外输出端产生一个小脉冲，通过接收端将脉冲传至单片机中，单片机根据程序中的内设值识别脉冲信号代表的是增加音量还是减小音量并做出动作，再根据基础部分原理改变音乐信号的增益来实现音量变化。自动增益电路

22、3：本项目自动增益控制电路模块设置了双门限电压。将基本放大电路输出的增益信号经过检波以后，将信号返回至单片机，单片机对接收到的数据进行处理，令其与规定增益（0.51.0）的参考电压进行比较，从而向电平转换电路输入自动控制信号，控制信号接入CD4066的模拟开关，控制四路电阻的阻值，从而达到自动控制增益的效果。系统的功能增益可控放大电路：单片机控制信号控制系统增益增益共有15个等级，从0.1递增至1.5，效果是将输入信号放大，误差均在1%之内键盘与显示：通过单片机上的8个键以及红外遥控器上的两个按键对所有的功能进行控制，在七段显示管显示当前模式与相关信息。表2.3.1 键盘按键与功能对照表模式按

23、键功能基础部分1增益等级+0.12增益等级-0.1拓展部分1切换歌曲2是否开启自动增益3速度降低4速度升高5音调降低6音调升高7增益等级+0.18增益等级-0.1红外遥控器P1增益等级+0.1红外遥控器P2增益等级-0.1音乐发生：单片机控制蜂鸣器发出音乐，共设置小苹果K歌之王这两首音乐，可对歌曲曲目进行切换，同时完成了音调、音速可控功能，控制通过单片机上按键实现。红外遥控：通过红外遥控器上的两个按键，控制增益的上调与下调。自动增益： 人为设置峰值上下限，系统自动检测输出信号幅值，若峰值超出该峰值区间，则系统自动调节，使输出信号达到规定范围以内。系统的硬件结构硬件总体结构图3.1.1 硬件总体

24、结构图硬件总体大致分为四个部分：增益可控放大电路、红外遥控电路与自动增益电路三大模块以及实验底板。四个部分具体为：底板：括键盘与七段显示管增益可控放大电路：包括电平转换电路，多路电阻排，CD4066，TLV2372自动增益电路：包括检波电路与电压比较电路红外遥控电路：包括多路电阻排，红外发射管，红外接收管，三极管以及74HC123。在实现任何功能时，都需用到底板与增益可控放大电路模块。基础功能与音乐发生功能只需要用这两个部分就可以实现。表3.1.1 硬件模块与组成列表模块名称组成大模块底板键盘；七段显示管增益可控放大电路电阻；CD4066；UA741CP红外遥控电路电阻；74HC123；红外发

25、射管；红外接收管；三极管自动增益电路电压比较电路；检波电路描述功能描述（1）读取按键信号和电路信号（2）根据程序处理信号（3）在相应的管脚上输出信号（4）在七段晶体管上显示当前状态接口定义VCC：电源端，+5VGND：接地端通用I/O端口：P1.0P1.3端口用于向增益可控放大电路输出控制信号；P1.4P1.7端口用于向幅度调制信号电路输出控制信号；P2.0、P2.2端口用于读取自动增益电路经比较后得到的反馈信号P2.1端口用于向增益可控放大电路输出音乐信号。实现方式主要通过编写程序实现模块控制，在第四节会有对这部分内容的详细讲述。描述功能描述可用单片机实现对输出信号的增益的改变，增益等级为0

26、.11.5。接口定义外部接口定义：电路输入接信号源，四个控制端口接单片机P1.0P1.3端口。单片机的输出端口对应控制的电阻即为P1.0 - 100k； P1.1 -50k； P1.2 - 25k； P1.3 - 12.5k。技术要求(1) 最小增益绝对值小于0.15；(2) 最大增益绝对值大于1.45；(3) 增益等级不少于15级；(4) 所有级别的增益相对误差 3%且尽可能小。实现方式(1)电路连线图图3.3.1增益可控放大电路模块原理图4图3.3.2电平转换电路模块原理图5图3.3.3增益可控放大电路运算放大器工作模拟图(2)电路原理由放大器工作原理可知，当放大器工作在如图3.3.3所示

27、电路中时，放大倍数。电路中的可CD4066控制的、通过不同的组合方式并联得到。当我们取 QUOTE G=i=i QUOTE G=V=R 时，由于，我们可以算得、分别对应0.1倍增益、0.2倍增益、0.4倍增益、0.8倍增益，通过他们的不同通断组合就能得到0.11.5倍这15种不同的增益等级。描述功能描述2音乐发生模块可通过单片机输出不同频率的方波，使蜂鸣器改变音调高低，达到发出音乐声的效果。该模块可通过按键可实现音量调节、倍速调节、歌曲切换的功能，播放曲目有K歌之王小苹果。接口定义音乐发生模块与增益可控放大电路模块使用同一个电路实现。其P1端口接单片机2.1端口，接收音乐信号，P2端口接蜂鸣器

28、，P3端口空置，CTRL端口接单片机P1.0P1.3端口接收控制信号。技术要求1）额外增加曲目；2）增加曲速等拓展功能。实现方式通过写入数组让单片机输出频率按曲调变化的方波，在代码中加入控制变量实现如曲速，歌曲切换等功能。描述功能描述2自动增益部分是将信号电压与设定阈值比较，并在超出阈值时作出增益的改变，使得增益总在一定范围内。自动增益电路由电压比较电路和检波电路构成。其中检波电路用于将输入的交流信号转变为大小是其峰值的直流信号。接口定义增益可控放大电路的OUTPUT端接自动增益电路的INPUT端，控制端分别接单片机P2.0，P2.2端口。技术要求能够把输入信号的峰值控制在一定范围内，我们组选

29、择的范围是0.51.0。实现方式（1）电路实现图3.5.1电压比较电路原理图 图3.5.2检波电路原理图（2）检波电路原理检波电路是一个一阶RC电路。当输入的电压大于检波电路的电容电压时二极管导通，电容充电，当输入电压小于检波电路的电容电压时，二极管截止，电容放电。如果要能够使检波电路的输出始终为输入信号的峰值，其时间常数应该足够大。假设输入信号为频率的正弦波，则信号周期，时间常数 ，此时可以忽略电容的充放电过程，检波电路的输出即为输入信号的峰值。描述功能描述红外遥控部分是通过发射端控制两个电键，分别在电路中产生长度不同的两个脉冲，以红外信号的形式发送到接收端，再由单片机实现调节增益大小的功能

30、。长度不同的两个脉冲分别控制增益的大小增加或减小。接口定义红外遥控电路的控制端口接接单片机P2.4端口。技术要求在实现功能的同时尽量是的遥控距离增大实现方式（1）电路实现图3.6.1红外发射端原理图图3.62红外接收端原理图红外遥控电路由红外发射电路部分与红外接收电路部分组成。其中，红外发射部分基本原理：发射端电路原理图如图3.6.1，图中左端是两个结构相似的单稳态触发器电路，上下分别对应电键s1、s2。电阻电容对应R2、C2（R5、C4）是控制脉冲宽度的RC充放电定时元件。带入t=KRC，可计算t1，t2,。二极管D2,D4实现了“或”逻辑，使得只要一路信号围高电平就可以让红外管发红外光。接

31、收端电路从右至左依次啥红外接收、电压比较和接入单片机的接口。当接收到红外光信号时，串联电阻急剧变小，A点升到较高电位，再由比较器放大至+5V左右以被单片机识别，如图3.6.3。图3.6.3较长脉冲在A，B两点的波形示意图系统的软件结构软件总体结构和功能程序主要由头文件申明与常量、变量的定义、中断子函数以及主函数三个部分构成。其中，中断子函数包含音乐发生模块、红外遥控模块与自动增益模块。主函数包含初始化模块与键值处理模块。具体功能如下：初始化模块：完成系统的初始化。键值处理模块：读取键盘输入的键值并改变相应的全局变量，控制运行状态并向七段数码管输出当前的状态。音乐发生模块：读取音乐数组并播放音乐

32、。红外遥控模块：处理遥控器对于音量的控制。自动增益模块：接受反馈的电压信号判断并控制系统处于要求的音量范围内。重要的全局变量unsigned char state = 10;/增益倍数unsigned short1 = 50;/短脉冲时间下限unsigned short2 = 100;/短脉冲时间上限unsigned long1 = 100;/长脉冲时间下限unsigned long2 = 350;/长脉冲时间上限int index_change = 0;/音调控制unsigned char inputHongWai;/红外遥控输入unsigned hongWai_adder = 0;/红外遥

33、控持续时间unsigned hongWai_status = 0;/0:无脉冲1;短脉冲2:长脉冲unsigned char press_flag = 1, press_code = 0, press_state = 0;unsigned char MODE = 0;/0基础部分 1函数发生 2音乐播放（程序只包含2，基础拓展分开）unsigned char music = 0;/音乐选择unsigned char method = 0;/0：五线 1：四线（只做了5线）unsigned char auto_control = 0;/自动增益开关控制unsigned char counter=

34、0;/音乐选择unsigned char counter_flag=0;/ 测试用计数值十进制表示unsigned int audio_frequency;/ 当前的音频频率unsigned int audio_ptr=0,audio_dura=0;/读取音频的指针int sample;double volt;/AD转换后的电压值double Vmax = 3.0; /自动增益上限double Vmin = 0.4; /自动增益下限unsigned char T_A0 = 50;/控制速度unsigned char digit8=-,-,-,-,-,-,-,-;、数码管显示unsigned c

35、har led=0,0,0,0,0,0,0,0;/二极管显示unsigned char NumOfMus = 2;/音乐数量描述功能描述用于读取键盘输入的键值并改变相应的全局变量，向七段数码管输出当前的状态。输入输出项描述表4.3.1 键值处理模块输入项变量名 类型有效值范围 来源备注press_flag unsigned char01键盘输入判断是否有按键按下press_code unsigned char08键盘输入判断按下的键号press_stateunsigned char01键盘输入判断按键状态表4.3.2 键值处理模块输出项变量名 类型 有效值范围备注digit unsigned

36、char 部分ACSII七段数码管显示state unsigned char115增益倍数music unsigned char01曲目T_A0unsigned char1090曲速index_changeint-99音调auto_controlunsigned char01自动增益数据结构press_flag , press_code, press_state：判断当前的按键状态以及被按下的是哪个键digit:数码管状态T_A0,state,music,auto_control,index_change:程序状态，控制数码管输出算法本模块通过读取全局变量press_flag与press_co

37、de来判断哪个键被按下。然后，根据相应的键码，对state、music、TA_0、auto_control、index_change这五个全局变量进行操作来改变程序的运行状态描述功能描述读取包含音乐曲调的数组，并将其转化为方波并输出。输入输出项描述表4.4.1 音乐发生模块输入项变量名 类型有效值范围 来源备注music_data1 const unsigned int二维数组/定义乐谱music_data2 const unsigned int二维数组/定义乐谱musicunsigned char12全局变量曲目T_A0int1090全局变量曲速index_changeint-99全局变量音

38、调幅度调制音乐发生模块输入项变量名 类型 有效值范围备注P2.2/ /通过P2.2引脚输出方波数据结构unsigned char music：用于表示音乐发生时的曲目，在模块初始时进行判断，从而读取不同的乐谱数组。对应小苹果与K歌之王。int T_A0：用于表示音乐发生时的曲速，为1到9级可调，5为正常速度。 unsigned int audio_frequency：用于表示当前方波的频率，从乐谱数组中读取后向计时器A1的寄存器输出。unsigned int audio_ptr：辅助读谱指针，每次读取乐谱之后就执行“audio_ptr+;”unsigned int audio_dura=0：持

39、续时间计数变量，即音乐中的节拍长短控制。unsigned char NumOfMus = 2：定义了乐曲的数量。调用函数说明void Play_Music(void)：调用该函数一次即音乐播放一个音节。该函数打包了音乐播放的全部控制内容。算法图4.4.1 音乐发生算法流程图2描述功能描述读取调制波形的采样数组，并由其控制电路的增益等级，使得输入信号被预设函数调制。输入输出项描述红外遥控模块输入项变量名 类型有效值范围 来源备注inputHongWaiconst unsigned int定义脉冲数字信号P2.4/单片机输入遥控器脉冲输入端口红外遥控模块输出项变量名 类型有效值范围备注stateu

40、nsigned 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/音量控制口数据结构short1,short2,long1,long2：脉冲输入时间的上下限控制。short1，short2分别为短脉冲上下限，long1，long2分别为长脉冲上下限。hongwai_adder:记录脉冲的持续时间。hongwai_status:记录系统状态0:无脉冲1;短脉冲2:长脉冲调用函数说明void gain_control(void)：用于控制4个输出音量控制的口。通过读取state的值（15个状态）来分别给出4个音量控制端口（P1.0,p1.1,p1.2,p1

41、.3）的输出电平。算法当inputHongWai为0时，hongwai_status的值置0。当inputHongWai为1时，hongwai_adder加1。当hongwai_adder处于short1,short2控制的上下限之间时，hongwai_status值为1。当hongwai_adder处于long1,long2控制的上下限之间时，hongwai_status值为2。当inputHongWai变为0时，hongwai_status的值控制state变化.最后通过读取state的值来输出音量控制。描述功能描述读取自动增益电路的反馈信号，并判断和控制输出音量是否在要求范围中输入输出项

42、描述自动增益模块输入项变量名 类型有效值范围 来源备注P1.4/单片机输入检波电路的电压输入auto_controlunsigned_char01全局变量表示自动增益是否打开表4.6.2自动增益模块输出项变量名 类型有效值范围 来源备注stateunsigned char015全局变量音量大小数据结构volt:AD转换后的电压数值。Vmax，Vmin：通过计算得出的控制音量大小所需的电压上下限。算法把输入电压通过模数转换得到程序内的电压值。判断该电压值是否在所给出电压之间。不是即把state恢复到要求的范围内。系统功能及技术指标测试测试项目3基础放大电路：可以产生15个不同的增益值；最小增益小

43、于0.15；最大增益大于1.45；增益的相对误差在3%以内；增益倍数可以显示在七段显示管上；音乐发生器：可以在xxx首歌之间切换；能够改变歌曲播放速度；能够改变歌曲音量；能够改变歌曲音调红外遥控：能够红外遥控增益等级的上升和下降遥控的距离达到50cm以上遥控有足够灵敏度自动增益：检波电路能够将输出交流信号峰值信息处理后返回单片机；增益超过设定增益上限时，增益等级自动下降；增益低于设定增益下限时，增益等级自动上升；测试的资源万用表1台易派信号发生器1台信号源连接线1根USB连接线2根PC1台杜邦线若干焊锡、钳子、电烙铁等焊锡工具 若干测试方法3基础部分：增益可控制放大器电路首先检测电路无误后，讲

44、程序通过PC烧入到单片机中，使其正常工作。利用易派信号发生器将频率为400Hz，有效值0.6V的正弦信号接入增益可控放大电路输入端。首先，利用万用表测量实际输入信号有效值值，然后通过底板键盘上的1号，2号按钮控制增益倍数；然后将万用表负端接地，正端连接增益可控放大电路输出端，分别记录增益值为0.11.5时输入、输出电压大小。并利用易派的示波器功能，记录输出与输入端的波形。拓展部分一：音乐发生在上述程序完成的基础上，移去交流信号源，将单片机的控制信号接入增益可控放大电路的输入端，将蜂鸣器接入增益可控放大电路输出端与地之间。观察蜂鸣器所发出的音乐，分别按下单片机底板上对应的按钮，观测音乐的变化。拓

45、展部分二：红外遥控保持上诉接线不变，利用红外接收电路与单片机相连，并将接收到的信号反馈至单片机。同时，利用两节干电池给红外发射端供电，分别按下红外发射端的按键，七段数码管上的增益倍数，观测能否起到红外遥控作用。增加遥控距离，重复上诉实验。拓展部分三：自动增益按下按键2打开自动增益模块，将增益可控放大电路输出信号输入到检波电路中，并将信号返回至单片机。将交流信号接入信号输入端，负端接地。通过红外遥控改变增益等级，当增益等级低于0.5时，系统自动提高增益至0.5，增益等级无法继续降低。当增益登记高于1.0时，系统自动减少增益至1.0，增益无法继续增大。测试结果及分析基础部分：增益可控制放大器电路具

46、体测试数据如下表：表5.4.1 增益可控放大电路误差计算表序列号输入电压（V）输出电压（V）显示增益实测增益误差（%）10.6026 0.0604 0.1 0.1002 0.2323%20.6023 0.1210 0.2 0.2009 0.4483%30.6020 0.1813 0.3 0.3012 0.3876%40.6017 0.2398 0.4 0.3985 -0.3656%50.6014 0.2999 0.5 0.4987 -0.2660%60.6011 0.3603 0.6 0.5994 -0.0998%70.6008 0.4203 0.7 0.6996 -0.0618%80.600

47、5 0.4838 0.8 0.8057 0.7077%90.6002 0.5437 0.9 0.9059 0.6516%100.5999 0.6038 1.0 1.0065 0.6501%110.5996 0.6636 1.1 1.1067 0.6125%120.5993 0.7217 1.2 1.2042 0.3532%130.5990 0.7814 1.3 1.3045 0.3467%140.5987 0.8412 1.4 1.4050 0.3603%150.5984 0.9008 1.5 1.5053 0.3565%由上表可知，在增益可控放大电路测试中，所有误差均被控制在1%以内。原因分

48、析如下：本小组为了使误差尽量小，选用元件时尽量选取元件参数最为理想的元件，焊锡时尽量避免焊桥，每次实验时都事先检测电路保证电路的完好性。易派示波器观测的输出输入波形如下：（ch1为输出信号，ch2为输入信号）图增益大于1.0图增益等于1.0图增益小于1.0拓展部分一：音乐发生连接好电路后，蜂鸣器正确播放了歌曲，我们共设置了两首歌曲：南山南荷塘月色，并可通过按键1改变播放的歌曲。按下3、4按键时，音乐音速随之改变。按下5、6按键时，音乐音调。同时，操作按键7、8，我们也实现了对增益等级的控制。拓展部分二：红外遥控发射端供电后，利用发射端上的两个按键，实现了对增益倍数的控制作用，并且灵敏度高，每次

49、操作皆有现象产生。随后我们增大遥控距离，遥控距离为1.5米时，还能稳定的观测到增益变化，达到测试要求。拓展部分三：自动增益改变电路连接至自动增益功能实现，通过红外遥控控制增益的等级，发现当增益等级低至0.5时，继续按动发射端P2号按钮，七段数码管上增益数值无法继续降低，输出信号幅度维持不变；发现当增益等级提高至1.0时，继续按动发射端P1号按钮，七段数码管上增益数值无法继续降低，输出信号幅度维持不变；致谢实验的顺利完成，离不开实验助教和老师的大力帮助，在此对给予我们帮助的老师和同学们表示由衷的感谢。首先要感谢课程负责老师的耐心指导与教学，为我们的项目进行奠定了基础。其次我们要感谢我们的助教，在

50、实验室里耐心指导了我们大量的问题，帮助我们进行调试。当然，也要感谢一同完成本次课程的学生们，互帮互助，共同进步。最后还要感谢实验室的助管，器材室的老师以及电院负责管理门禁的保安，我们的工作给其带来了不少麻烦，但是他们都热心的为我们服务。参考资料1 马忠梅等，单片机的C语言应用程序设计，北京航空航天大学出版社，19982 上海交大电子工程系. 科技创新2A讲座5-拓展任务推荐项目的方案提示.48.3上海交大电子工程系. 工程实践与科技创新2A作品检测和课程评分方法.48.5 上海交通大学电子工程系.CD4066BC DataSheet，.6上海交通大学电子工程系.TLV2370 datashee

51、t.DataSheet.48.7德州仪器.LM358 DataSheet.附录课程学习心得和建议意见过了大半学期的努力，本小组终于在规定时间内完成了工程实践与科技创新2A课程的任务要求，自身的科学研究能力，有了充分的提升。有两位组员曾修过工科创工程实践与科技创新1A的课程，最大的感触就是1A真的是基础的基础，不过从最开始的毫无思绪，到后面信手拈来，也是经过了一次次的成长，工科创1A没有给组员们带来很大的压力，更像是一次认识实验室及熟悉基本操作的过程。工科创2A的难度肯定要大过1A，我们在选择课程时早已做好的了准备迎接新的挑战。可是没有想到面临的挑战是如此的巨大，从最开始老师介绍课程时，就进入了

52、一脸茫然模式，“这跟工科创1的差距也太大了吧”。要设计很多电路，要焊接大量的元器件，要利用单片机的知识，要学会编程，同时还要调试结果。可以说，最开始的时候我们还是被吓到了，也可以说，我们有点束手无策。于是我们组员达成了一致战线，我们初期能做的只有更加认真的听课，无论听懂与否，总会有点印象在脑海里，这对于之后的项目执行有很大帮助。三次课之后，我们对课程的基本内容有了初步的了解，虽然还是不清楚与实践结合之后，会产生什么问题，不过不载这门课程了。接下来的两周，是我们消化学习知识的两周，我们上网搜索资料，利用好大学慕课平台的知识，对老师上课的内容进行了巩固与拓展。经过两周的学习之后，我们有信心能按照顺

53、序将实验完成，于是在大概第五周的时候，我们开始到实验室进行电路焊接。开始之前，我们先咨询了学长们的意见，选择元件时尽量多选一，尽量使阻值能满足要求。焊接的时候我们也遇到了很多麻烦，设计好电路之后，没有规划好电路板上的排线位置，导致导线错乱复杂，给我们的调试检修带来了大量的麻烦。于是我们对布线进行了一部分调整，对于那些不易安排位置的导线，我们在底板上分别焊上两个排针，然后利用杜邦线将两个排针相连，这样子电路板就不会那么错终复杂，虽然花费了一定的时间，不过给我们后期提供了很大的便利。我曾记得有一次实验电路焊好后，调试阶段，电路无论怎样都打不到实验效果，反复检测也检测不到故障，然后一下午无功而返，最

54、后还是一位组员在闲暇时光研究电路板时，注意到了我们连接按键位置的下层地板的布局不太一样。正常情况都是两个口相连与其他部分断开，可是焊按键的位置可能是有某种特殊的用途，在两个焊接口的下方还引出了一段。恰恰好在这个地方，我们滴上了一点焊锡丝，很有可能是这里短路导致了电路故障。果不其然，第二天排查之后，实验方能顺利进行。这次调试的经历告诉我们，在实验的过程中不得有一点马虎，每一个焊接点，都要认真的对待，焊接之后，要仔细观测是否有漏焊、多焊等现象，切忌大量的使用焊桥，这才是一个优秀的科创学生应具有的素质。在组员们的努力之下，中期检测顺利通过，我们选择了组员们较为感兴趣的红外控制模块作为我们的拓展，因为

55、我们很想了解红外控制的基本原理。我们决定一鼓作气，直接开始进行研究我们的拓展部分，经过了基础部分的历练之后，做起拓展部分我们更加是得心应手，实验进程也相对提速了不少。为了改进红外遥控的距离，我们组员可真是煞费苦心，实验视频上的指示，是将发射端串联两个发射器以获取更大的发射信号。这时我们的组长就提出了疑问，“为什么是串联呢？”。于是我们上网搜索了资料，对串联的原理无法理解。之后我们决定在调试中进行探索，如果串联两个增大了信号，那为什么不多串一点呢？于是我们尝试将三个红外发射器串联，发现信号的强度还不如之前的效果，我们总结了原因，电流的下降肯定起到主导因素。紧接着，我们又分别尝试了两个并联，两个串

56、联，单个发射管这几种接法，发现效果最好的竟然是只使用一个发射管，这不禁令组员们陷入深深的沉思。最后还是一位细心的组员发现，串联两个发射管之后，实验视频上去掉了1000欧姆的电阻，这个细节被我们忽略掉，导致实验效果一直不理想，于是我们去掉了电阻，顺利的达到了实验要求，遥控距离为实验要求的三倍。这次经历告诉我们，实验过程中不能疏忽任何一个细节，细节决定成败。当然在实验过程中，我们也犯过一些啼笑皆非的错误，比如用电压表交流档测直流电压，运放插反了，接地线焊错位置等等，这其实给我们的实验过程带来些许欢乐，不过类似的情况还是要避免，日后的工程项目中，一些小小的失误可能带在无法弥补的重大事故，在接电之前认

57、真的检测电路，做好仿才是解决这个的根本方法。再谈谈代码部分，这是我们组员最不担心的地方，编程恰好是我们的强项，经过了上学期嵌入式的磨练，这次课程的代码部分对我们来说并不是最大的障碍，虽然在调试过程中还是遇到了一定的困难，但是在细心的排查之后都能够顺利解决，在人机界面的布局中我们也是煞费苦心，最终达到了很好的效果，得到了助教的表扬。现在，工科创2A的课程即将随着这篇实验报告圆满结束，可是它带给我们的收获却是终生受益的，现在回过头来看待这门课程，已经不是像几个月前的那么恐怖了，它给我们带来了巨大的收获。首先，当然是知识上的进步，从最开始的一无所知，到后面设计电路，焊接电路，调试电路，现在对于这项工

58、程的了解已经较为深入，这次的课程是对我们之前学习的知识一次具体的运用，理论归理论，投入实践运用才能使我们更好的理解这一部分内容，这是工科创2A给予我们的礼物。其次，我们更加了解了合作精神的重要性，大家共同努力，从不懂到懂，大家共同进步，在这个过程中，我们互利双赢，成功做到了1+1+1大于3，这也是我们最骄傲的一点。同时，科创2A给我们带来了大大学少有的热血，最开始的时候我们有所畏惧，最后我们一鼓作气完成整个项目，我们不再拖拉，对项目充满了激情，可以说是给压力巨大的大学生活一丝变化，这种热血给我们带来的快乐是大学至今还没有体验过的，这次难忘的经历相信也会伴随我们一生。最后，工科创2A教会了我们如

59、何思考，我们的自学能力得到了很大的提升，上网搜索资料，请教老师助教，和同学探讨，我们学会了很多，掌握了如何自学一样新的知识。俗话说得好，学到老活到老，相信自学能力的加强，一定会是我们人生道路中一笔无法估价的财富。工科创2A即将结束，但是我们科研的脚步才刚刚开始，希望我们都能铭记这次项目的研究经历，在人生的旅途上越走越远。最后再次由衷感谢老师给予的指导和帮助。程序清单基础部分/本程序时钟采用内部RC振荡器。 DCO：8MHz,供CPU时钟; SMCLK：1MHz,供定时器时钟#include #include /与TM1638有关的变量及函数定义均在该H文件中/ 常量定义 /#define CT

60、L0_L P1OUT &= BIT0#define CTL0_H P1OUT |= BIT0#define CTL1_L P1OUT &= BIT1#define CTL1_H P1OUT |= BIT1#define CTL2_L P1OUT &= BIT2#define CTL2_H P1OUT |= BIT2#define CTL3_L P1OUT &= BIT3#define CTL3_H P1OUT |= BIT3/ 0.1s软件定时器溢出值，5个20ms#define V_T100ms5/ 0.5s软件定时器溢出值，25个20ms#define V_T500ms25#define