工程实践与科技创新[2A]-第015组设计报告-陈家明

1、 姓名班级学号具体负责的工作联系方式陈家明F12030175120309472硬件设计、制作、调试以及实验报告撰冬F12030195120309533电路制作、程序调试以及实验报告撰智峰F12030195120309535程序设计、硬件调试以及实验报告撰 要：本次设计实验通过对MSP430单片机进行编程，并自行焊接电路实现了单片机小系统板控制的可控增益放大器以及自动增益调节、函数波形幅频调制、电子音乐合成播放器、红外遥控四个拓展模块。使用CCS编程软件，以C语言进行程序编写。本报告主要从实验系统的理论分析、设计思路、

2、软硬件构建以及最终成果几方面展开加之本组成员的心得体会与参考文献说明，并附有程序源代码。关键词：单片机；可控增益；自动增益；电子音乐；红外遥控ABSTRACT ：Through the programming proceed to the SCMMSP430 and the welding to the circuits, this designing experiment has accomplished following function: Controllable gain amplifier, Automatic gain control, Function waveform amp

3、litude and frequency modulation, Electronic music synthesizer and Infrared remote control. The system is based on a coding software called CCS, using high-level programming language C. This lab report is mainly including the experimental theory analysis, design thought, software and hardware structu

4、re, final result and references. The appendix is our feelings and experiences and programming code.KEYWORDS: SCM; controllable gain; automatic gain; electronic music; infrared remote control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目录1. 概述51.1 编写说明51.2 名词定义51.3 缩略语52. 系统总体说明72.1 课题任务规定的设计要求72.1.1 拓展部分的

5、任务72.2 实际完成后的功能72.2.1 基础部分72.2.2 拓展部分82.3 系统的设计原理与分析92.3.2 系统的功能123. 系统的硬件结构143.1 硬件总体结构143.2 单片机小系统模块描述153.2.1 功能描述153.2.2 接口定义153.3 描述153.3.1 功能描述153.3.2 接口定义163.3.3 技术要求173.3.4 实现方式183.4 描述193.4.1 功能描述193.4.2 接口定义203.4.3 实现方式203.4.4 技术要求203.5 描述213.5.1 功能描述213.5.2 接口定义213.5.3 实现方式213.6 描述213.6.1

6、功能描述213.6.2 接口定义223.6.3 实现方式234. 系统的软件结构264.1 软件总体结构和功能264.2 重要的全局变量274.3 流程逻辑284.4 描述294.4.1 功能描述294.4.2 数据结构294.4.3 调用函数说明304.4.4 算法304.5 描述314.5.1 功能描述314.5.2 数据结构314.5.3 调用函数说明与算法324.6 描述324.6.1 功能描述324.6.2 数据结构324.6.3 调用函数说明与算法325. 系统功能及技术指标测试345.1 测试项目345.1.1 基础部分345.1.2 拓展部分幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放

7、345.1.3 拓展部分自动增益调节345.1.4 拓展部分红外音量调控355.2 测试的资源355.3 测试方法2355.3.1 基础部分355.3.2 拓展部分355.4 测试结果及分析365.4.1 基础部分365.4.2 幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放375.4.3 自动增益调节385.4.4 红外遥控386. 致谢397. 参考资料408. 附录418.1 课程学习心得和建议意见458.2 程序清单461. 概述1.1 编写说明本实验报告的撰写主要记录了我们小组在工程实践与科技创新2A课程实验中的工作过程以及成果。详述了基础实验部分与三个拓展内容的设计思路与具体实现过程，并附有

8、感想与源代码可供参阅。目的主要是将我们的工作加以记录并且反思总结在实验中的心得与不足，收获与体会，吸取教训好在未来的实验工作中有所注意。本文的适读对象主要为电子设计与制作爱好者，并供他人参考与指导老师审阅。1.2 名词定义单片机小系统：将单片机作为系统的核心，辅以RAM（数据存储器）、ROM（程序存储器）、I/O设备（输入输出，串、并行输出口）。通过对单片机的编程实现特定控制功能的系统。单片机：单片机，全称单片微型计算机（英语：single-chip microcomputer），又称微控制器（microcontroller），是把中央处理器、存储器、定时/计数器（timer/counter）

9、、各种输入输出接口等都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更强调自供应（不用外接硬件）和节约成本。它的最大优点是体积小，可放在仪表内部，但存储量小，输入输出接口简单，功能较低。1可变增益放大电路：在本实验中，指由单片机控制下，通过运算放大器（TLV2372）与模拟开关（CD4066）控制选择的不同阻值的电阻实现对放大倍数进行调节的放大电路。2自动增益：在本实验中，指在单片机控制下，通过检波电路实现当输出信号峰值超限时，系统自动降低增益值，限制输出信号峰值。2红外遥控：红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接

10、收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。31.3 缩略语在本设计报告中使用到的缩略语如表1.1所示表1.1 缩略语使用SCM:：Single Chip Micyoco单片机运放运算放大器SW开关Vi输入电压信号Vo输出电压信号ADC模拟信号至数字信号的转换2. 系统总体说明2.1 课题任务规定的设计要求设计制作增益可键控的线性放大器电路，通过单片机小系统控制增益等级的切换。在 单片机小系统提供人机操作界面，数码管提供显示增益，使得能够用户通过按键设置增益，并且在数码管上显示相应的增益。2任务定量指标：a) 最小增益须小于0.15倍，最大增

11、益须大于1.45倍b) 包括15个增益等级，本设计中，从0.1到1.5，共15个等级，按等差排列。c) 所有级别的增益相对误差 0.45V，增益系数自动减小，使得Vo控制在0.45V以下。若Vi0.45V，增益系数自动减小，使得Vo控制在0.45V以下.若Vi0.25V，增益系数自动增大，使得Vo控制在0.25V以上。若Vi过小，当增益系数为最大（1.575）时，也无法将Vi提高至0.25V，则增益系数会保持在最大值（1.575）不变。总体结构如图2.3所示图2.3 自动增益结构图2.3.1.2.3 红外遥控音量放大电路通过红外发射电路板，可以通过两个按键的不同产生不同宽度的脉冲，在接收电路板

12、的红外接收器接收到这一微弱脉冲后，经过一个运放比较器电路，将微弱脉冲放大，把放大后的脉冲信号输入到单片机进行A/D转换，通过对不同脉冲宽度的识别来两个不同按键。总体结构如图2.4所示图2.4 红外遥控电路结构图2.3.2 系统的功能(1) 可变增益放大器：增益等级从0.1至1.5倍，以0.1为级差共15个增益等级，每个增益等级的误差都在1%的范围内。(2) 键盘与显示：所有功能都可以通过小系统板上的四个按键SW1，SW2，SW3，SW4设置并控制，四个数码管显示工作模式，增益值、曲目、波形周期，波形振幅，音乐音量等等信息（会根据选择模式的不同而不同，详见下面解释）。最左侧数码管1显示当前工作模

13、式（“A”为基础部分模式、“B”为幅度调制模式、“C”为音乐播放模式、“D”为自动增益模式。除自动增益模式外，红外遥控功能有效。）(3) 按键与操作说明：a) 基础部分：通过小系统板上左数第一个按键SW1（以下一律表述为SW1。SW2、SW3、SW4也类似）可以切换工作模式，在系统进入基础部分模式（即模式A，左数第一个数码管会显示字符“A”。）后，可以通过SW4、SW3键改变增益系数的加减。b)幅度调制与电子音乐播放：通过SW1键选择进入幅度调制模式（模式B） 、或音乐播放模式（模式C）。在幅度调制模式中，SW2键改变调幅波形的种类，SW3键实现波形幅度的9级调节，SW4键实现波形周期的9级调

14、节。 在音乐播放模式中，SW2键改变播放曲目，SW4、SW3调节音量的增减，从音量为0开始，十级可调。可以通过接跳线帽的方式选择从蜂鸣器播放，也可以插入耳机从耳机播放。c)自动增益调节：通过SW1键选择进入自动增益模式（模式D）即可。d)红外遥控：红外发射板上SW5，SW6两个按键可以代替小系统板上的SW3，SW4。3. 系统的硬件结构3.1 硬件总体结构图 3.1 硬件总体结构在整体系统之中，主要分为下述几个模块：(1) 单片机小系统模块；(2) 4/6路可控增益放大器模块；(3) 自动增益检波模块；(4) 红外发射模块；(5) 红外接收模块；(6) 耳机驱动模块；(7) 音乐播放模块。各模

15、块及其之间数据信号传输方向如图3.1所示。其中在基础部分应用的是单片机小系统模块、4路可控增益放大器模块；在自动增益调节拓展中，需要加入自动增益检波模块；在幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放拓展中，需要加入6路可控增益放大器模块、音乐播放模块；在音量遥控拓展中，需要加入红外发射模块、红外接收模块、耳机驱动模块。下面根据各模块作相应描述。3.2 单片机小系统模块描述3.2.1 功能描述单片机小系统在通过MSP430单片机将电脑中编写好的程序烧写入芯片之后，可以根据程序对输入信号进行相应的处理。系统板上有四个自带按键与一个四位数码管、3个10针排线接口。其中四个按键可分别产生相应的信号在芯片捕捉

16、到这些信号时根据程序产生应答；四位数码管可用于显示如模式型号、增益倍数、频率与幅度、信号波形种类等等信息；10针排线接口中P1与P2为数据传输I/O接口，可与其他电路板相连接，进行对应输入输出针的数据交流，另一个排线接口为与MSP430相连接进行数据烧写的接口。3.2.2 接口定义单片机系统与各模块详细接口定义如表3.1所示表 3.1单片机系统接口定义接口编号功能及用途VCC电源供电时接电源端，输入为3.3V电压GND接地P1.1ADC10的输入口用于自动增益与红外遥控模式P1.3、P2.0、P2.2、P2.3分别为四个按键SW1、SW2、SW3、SW4输入P2.5、P2.6、P2.7显示部分

17、输出端P1.0、P1.2、P1.4、P1.6、P2.4、P1.56路选择模块中的6个CD4066开关控制信号，其中前4个接口为4路选择模块中的控制信号P2.1音乐发生模块中音乐信号输出引脚3.3 描述3.3.1 功能描述使用运算放大器的“虚短”、“虚断”的特性，选用合理的电阻搭建反相放大电路，通过对单片机编程控制多路开关闭合状态来选择合适的电阻Rf实现对输入交流电信号的电压进行固定倍数的可控线性放大。反相放大电路如图3.2所示，输入电压与输出电压关系如式(3.1)所示。图3.2 反相放大电路 (3.1)3.3.2 接口定义3.3.2.1 CD4066四双向模拟开关图3.3 CD4066四双向模

18、拟开关内部结构及引脚定义4试验中使用CD4066来模拟开关以选择合适的电阻阻值，其芯片内部结构与引脚标注见图3.3。各引脚连接情况见表3.2。表 3.2 CD4066引脚连接5引脚编号连接情况7、14供电管脚，7接地，14接+3.3V电源5、6、12、13控制引脚，对别对应单片机1.2、1.4、1.6、1.0接口1、2A口连接线，接10K电阻3、4B口连接线，接20K电阻8、9C口连接线，接40K电阻10、11D口连接线，接80K电阻3.3.2.2 TLV2372运算放大器图 3.4 TLV2372运算放大器内部结构及引脚定义2实验中使用TLV2372芯片内含有的运算放大器来实现放大电路，TL

19、V2372的内部结构及引脚定义如图3.4所示。在TLV2372中包含两个运放，引脚接线时，8号引脚接+3.3V直流电源，4好引脚接地。1、2、3号引脚与5、6、7号引脚分别为两个运算放大器。63.3.3 技术要求在基础部分主要的技术要求为：（1） 焊点干净，没有虚焊与焊点交叠；（2） 避免走线交叠过多，保证没有断线；（3） 电阻选用要多次测量，如没有办法保证电阻准确。可使用可变电阻。（4） 最低增益（绝对值）小于0.15倍；最高增益（绝对值）大于1.45倍。至少15个增益等级，按等差排列从0.1倍1.5倍。其中增益倍数计算式为式(3.2) ；2 (3.2)（5） 所有级别的增益相对误差均要求小

20、于3%，其中相对误差Ej计算式为式(3.3.3.2) ；2 (3.3)（6） 人机界面友好能准确反映出信息。3.3.4 实现方式图3.5 可控增益放大器电路2基础部分暨可控增益放大器电路具体设计如图3.5所示，通过CD4066选择对应增益倍数的输入电阻R1，Rf为反馈电阻。通过对CD4066中四个控制开关的置位与复位通过电阻值的串并联组合出合理的R1值，满足0.11.5的放大倍数。由于有15个等差等级，所以至少需要比例为1:2:4:8的四个电阻来实现。具体的阻值选取需要根据TLV2372与CD4066的工作特性决定。查阅两芯片的Datasheet，可以知道TLV2372的输入阻抗实际值为2M，

21、而CD4066的导通电阻典型值约为470，故为了满足既要让运算放大器的输入阻抗区域无限大，且尽量远大于470，取四个电阻的理论值分别为R1=10 K，R2=20 K， R3=40 K， R4=80 K。而Rf=8K。表3.3为电阻取值与在各个等级所要使用的电阻情况。其中电阻阻值由于电阻本身存在差异而有一定误差。在初期实验中0.8倍以后的误差明显增大，此时R1加入并联电阻，故使用可变电阻来实现10K。表3.3 各增益等级所需理论阻值实际选取四个电阻阻值与电阻并联组合情况增益等级各档并联后理论阻值(K)实际实现阻值(K)电阻的并联0.180.00080.024R40.240.00040.082R3

22、0.326.667/R3/R40.420.00020.107R20.516.000/R2/R40.613.333/R2/R30.711.429/R2/R3/R40.810.0009.985R10.98.889/R1/R41.08.000/R1/R31.17.273/R1/R3/R41.26.667/R1/R21.36.154/R1/R2/R41.45.714/R1/R2/R31.55.333/R1/R2/R3/R43.4 描述3.4.1 功能描述通过编程实现一个周期性动态连续的改变放大器增益，或者根据音乐信号进行连续的改变增益倍数，使电路可以输出经正弦、三角、方波、锯齿等波形调制的正弦波波形和

23、播放音乐的功能。2由于原本的4电阻16等级的增益控制不足以满足在此处的精度，故增加两个电阻成为64等级的放大电路，使得信号幅度调制输出波形更加平滑。在音乐播放中，除了示例中给出的荷塘月色7，通过音乐转换器自行增加了三首歌曲。音乐可以通过蜂鸣器或者耳机驱动电路通过耳机口来实现耳机双声道输出。3.4.2 接口定义增加的两个输入电阻选择中，160K电阻接P2.4口，320K的电阻接入P1.5口。音乐信号由单片机P2.1口直接输出，输入到原本正弦信号输入口，此时不再有正弦信号输入，否则会使音乐存在大量的颤音。3.4.3 实现方式图3.6幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放部分实现电路2在实现幅度调制信

24、号时，为了实现更为平滑的函数曲线，所以加入一个CD4066增加两个电阻的选择分别为160K与320K的电阻，这样便可以实现个等级的增益控制，在输出时可以接入蜂鸣器或者耳机驱动模块通过耳机输出，其中耳机驱动模块将在红外遥控拓展中统一介绍，在这里不再赘述。3.4.4 技术要求由于要实现各个模块电路板之间要进行数据传输，使用杜邦线与引针进行传输。在输出端应当注意不要将蜂鸣器直接接入到输出端，否则在其他模块中由于蜂鸣器的内阻和容抗存在会造成其他模块的信号失真，应当使用杜邦线进行选择性接出。3.5 描述3.5.1 功能描述通过检波电路监控获得交流信号的幅度包络，将幅度值送入单片机，之后转化为数字信号，与

25、程序中预先设定的电压阈值进行比较来确定是否限制输入信号峰值。当输出信号峰值超出上限或下限时，系统自动降低增益值，限制输出信号峰值。23.5.2 接口定义自动增益模块信号输入来自基础部分运放的输出。输出的信号，即电压的幅度值送回单片机输入到P1.1口。3.5.3 实现方式图3.7 自动增益调节模块检波2检测电路主要作用是将运放输出的信号转化为直流，也即求出其幅度包络。所用到的电路图如图3.7所示，二极管在输入信号电压值大于电容电压值时导通，否则关闭。在导通时，对电容进行充电；在关闭时，电容通过与之并联的电阻进行放电。由于输入为交流信号，所以电路会在二极管导通与关闭两种情况之间不断变化，近似认为输

26、出为直流，信号送回单片机经过单片机中模数转换器ADC10模块进行操作，得到的数值与程序中预先设定的阈值比较，将对增益产生相应调节。3.6 描述3.6.1 功能描述通过设计红外发射、红外接收模块产生信号输入来代替单片机小系统上按键的功能。可用于遥控基础部分的增益倍数增大与减小；幅度调制时的幅度与频率的变化；音乐播放时音量大小的增减。在音乐输出端加入耳机驱动模块以实现对耳机音量的调控，耳机驱动模块使用射级跟随器实现。在编程中，我们使得红外模块可以替代所有模式的按键控制效果。3.6.2 接口定义3.6.2.1 74HC123 (a) (b)图 3.8 74HC123芯片引脚结构及逻辑符号8为了实现按

27、键的控制效果，使用74HC123芯片内涵的单稳态触发器。图3.8为74HC123的引脚结构及其逻辑符号。引脚的具体功能如表3.4所示。表 3.4 74HC123的引脚及其对应功能8引脚编号功能及电路连接1、9与按键相连，接收脉冲信号进行触发2、10接+3.3V电源电压，正触发输入端，不使用3、11直接清除信号，不使用，接+3.3V电源电压4、12输出口，低电平有效5、13输出口，高电平有效6、7、14、15接RC电路，根据所接确定时间常数8、16供电端，16号接+3.3V电源，8号口接地3.6.2.2 电路部分接口定义红外发射模块可以独立运行，输出为由红外发射二极管产生的红外光。红外接收模块通

28、过红外接收二极管接收发射模块输出的红外光，经过电压比较电路之后输入到单片机P1.1口，其余音乐部分与音乐播放模块相同。3.6.3 实现方式3.6.3.1 红外发射模块图3.9 红外发射模块实现电路2红外发射模块实现电路如图3.9所示。通过74HC123内置的单稳态触发器，设置两个开关触发模式，通过不同的RC取值来设定两种时间常数，进行判断两个开关的不同功能。在开关按下之后，RC电路开始充电，经过触发器后输出一个相应时长的脉冲进入到三级管的基极，从而使得红外发射管发射出一个相应时长的红外光。在具体实现中我们选择短时长RC电路中，R=30K，C=0.1F；长时长电路中，R=1M，C=0.1F。通过

29、相差较大的电阻取值来实现有较大差别的时间常数也即脉冲宽度，经过实际测量得知短时长脉冲宽度为8ms而长时长脉冲宽度为244ms可以有效区分。在单片机判断时能够不会出现误读。3.6.3.2 红外接收模块图3.10 红外接收模块实现电路2红外接收模块实现电路如图3.10所示。为了能够实现远距离的遥控，按照课程讲义2中推荐，在接收端加电压比较电路（使用运放，合理设置参考电压），对光强要求降低，增加有效接收距离。经过最终测量，在未加入电压比较电路时，直接使用接收到的信号进行输入到单片机，有效距离只有5mm，在加入过后有效距离可以提升至13cm，十分有效的达到了增加距离的要求。3.6.3.3 耳机驱动模块

30、图3.11 耳机驱动模块实现电路2耳机驱动模块具体实现电路如图3.11所示，为了实现耳机输出，在电路中增加射级跟随器，在音乐信号输入时可以从射级进行输出，其中信号要同时连接到左声道于右声道，这样可以实现双声道输出。4. 系统的软件结构4.1 软件总体结构和功能基础部分以及拓展功能我们在同一个程序中实现，系统的软件总体结构如图4.1。首先进行各项初始化工作，包括变量初始化、时钟初始化以及ADC初始化三个部分。然后程序进入空循环，等待中断发生。一旦产生中断，则根据中断类型进入不同的中断服务程序，包括Timer0中断、Timer1中断以及ADC中断三种中断类型。中断结束后再次进入主程序等待下次中断发

31、生。图4.1 软件总体结构下面列出各个软件模块的功能。表4.1 初始化模块函数初始化程序函数名功能变量初始化void init10()基础部分各变量初始化void init11()幅度调制各变量初始化void init12()音乐播放各变量初始化void init13()自动增益各变量初始化void Port_Initial(void)I/O端口初始化void Var_Initial(void)工作模式、按键开关等变量初始化时钟初始化void Timer0_Initial(void)Timer0初始化void Timer1_Initial(void)Timer1初始化ADC初始化void AD

32、C_Initial (void)ADC模数转换初始化表4.2 中断模块函数中断服务程序函数名功能Timer0中断服务程序void disp10（）基础部分数码管显示void disp11（）幅度调制数码管显示void disp12（）音乐播放数码管显示void disp13（）自动增益数码管显示void Work_Wave(void)幅度调制模式下，计算当前幅值void Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel)四位数码管及四个LED灯驱动ADC中断服务程序_interrupt void ADC10_Interrupt(void)在自动增益

33、及红外遥控模式下，提供模数装换功能4.2 重要的全局变量下面列出重要的全局变量及其功能含义和类型结构定义：表4.3 重要的全局变量类型结构定义变量名功能含义const unsigned charsinfunction_table360用于查正弦值，幅度调制正弦波const unsigned intmusic_dataSongs1562乐谱表，用于音乐播放unsigned charoutput_sel数码管位和指示灯显示数据变量unsigned charoutput_8seg数码管段显示数据变量unsigned charclock1s1s软件定时器计数unsigned charclock1s_f

34、lag1s软件定时器溢出标志unsigned chardigi4测试用计数值十进制表示unsigned intgain用于记录增益倍数*1000unsigned chardisplay_mode工作模式unsigned charwave_mode幅度调制的波形unsigned charsong_mode歌曲模式unsigned intADC_voltageADC模数转换的电压值unsigned intduration红外遥控信号持续时间4.3 流程逻辑系统程序的总体结构在图4.1 中已经给出，在初始化之后进入空循环阶段，等待中断发生，所以中断服务程序是程序最主要的部分，而其中的核心环节Time

35、r0中断服务程序。该中断每隔5ms发生一次，在不同的工作模式（基础部分、幅度调制、音乐播放、自动增益）下，按下按键或者改变输入，该程序会做出不同的应答反应。总体流程相同，详见图4.2 。图4.2 Timer0流程逻辑图4.4 描述4.4.1 功能描述利用Timer0中断服务程序，每隔5ms的时长对按键是否按下进行判定。四个按键分别对应于单片机的P2.0、P1.2、P2.3、P1.3接口。若P1.3对应按键被按下，则增益系数增大0.1（即变量gain增大100）；若P2.3对应按键被按下，则增益系数减小0.1（即变量gain减小100）。更新增益系数后，调用judge_switch_status

36、（gain）函数，控制开关的通断来实现接入不同的电阻，进而达到改变增益大小的目的。4.4.2 数据结构表4.4 基础部分的一些全局变量及记录状态变量类型结构定义变量名功能Unsigned char led1,led2,led3,led4指示灯驱动信号输出缓存Unsigned chargain用于记录增益倍数*1000Unsigned chardigi4测试用计数值十进制表示表4.5 基础部分各寄存器的使用说明寄存器名称使用说明P1.0、P1.2、P1.4、P1.6设置为输出，用于控制开关P2.6、P2.7设置为通用I/O端口P2.5、P2.6、P2.7设置为输出，用于显示部分P2.0、P2.2

37、、P2.3接上拉电阻，设置为输入4.4.3 调用函数说明表4.6 基础部分的调用函数说明函数名功能init10()初始化Display_Led(unsigned char seg,unsigned char sel)四位数码管及LED灯驱动void judge_switch_status ( unsigned int increaseA )发出控制信号控制开关通断_interrupt void Timer0_A0 (void)改变增益倍数及数码管显示在初始化之后，一旦发生中断，检测到按键按下，改变增益倍数的值，调用judge_switch_status()函数，控制开关通断来改变接入电阻，从而

38、实现基础部分改变增益大小的目的。4.4.4 算法基础部分的算法较为简单，即进入中断后检测按键是否按下，从而改变增益大小gain的值，并通过调用judge_switch_status(gain)函数，控制开关通断来改变接入电阻，从而达到基础部分改变增益大小的目的。另外，值得一提的是，为了防按键抖动，我们加入了特殊的算法函数来消除抖动。我们设置了removeshake_10，removeshake_20两个变量，当按键被按下时，removeshake_10 +；若removeshake_20 2，则认为是非抖动现象，从而消除了由于抖动所引起的不便。4.5 描述4.5.1 功能描述在幅度调制模式（模

39、式B）下，我们可以控制输出四种波形（SW2控制），包括正弦波、三角波、方波和锯齿波，并且每种波形都可以调幅（SW3控制）和调频（SW4控制），均为9级调节。在音乐播放模式下（模式C），我们可以控制播放四首歌曲（SW2控制），并且可以控制音量的增减（SW3、SW4控制），音量从0开始，有10级调节级别。4.5.2 数据结构表4.7 幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放部分的一些全局变量及记录状态变量类型结构定义变量名功能const unsigned charsinfunction_table360正弦函数表，用于查正弦值，幅度调制正弦波const unsigned intmusic_dataSo

40、ngs1562乐谱表，用于音乐播放unsigned chardigi4测试用计数值十进制表示unsigned intgain用于记录增益倍数（*1000）unsigned charswitch_status 8记录每一个电子开关是否打开unsigned intaudio_frequency播放中，当前的音频频率unsigned intaudio_ptr、audio_dura辅助读谱指针、持续时间计数变量unsigned intperiod_time幅度调制的周期unsigned intamplitude幅度调制的幅值4.5.3 调用函数说明与算法在幅度调制的模式下，我们调用了void Work

41、_Wave(void) 函数，基本算法是实现了根据幅度模式选择的不同，以及各种波形自身的不同特点，从而调制出不同的波形。以方波为例来说明，如果当前模式是方波，则进行判断period_wave 是否大于 period_time / 2，若大于增益倍数gain设置为0，否则设置为amplitude。即在一般周期内幅度为0，另一半周期内设定为一定的增益峰值，从而实现了调制出方波波形。类似的，根据其他几种波形的不同的特点，我们可以分别实现波形的调制。4.6 描述4.6.1 功能描述在自动增益模式下，我们可以有效的将输出信号控制在一定上下限范围内。4.6.2 数据结构在基础部分下，增加的变量为：unsi

42、gned int ADC_voltage。该变量是用于记录ADC模数转换后的电压值。4.6.3 调用函数说明与算法在自动增益的模式下，初始化后增益倍数为1.00。首先利用模数转换采集输出信号，若有效值在设定范围之内，保持增益倍数为1.00不变。否则，若高于上限值，增益倍数相应的减小，控制输出信号在上限值以下；若低于下限值，则相应的增大增益倍数，控制输出信号在下限值以上。这样，就实现了自动增益的功能。下面，进一步用算法流程图来说明：图4.3 自动增益算法流程图5. 系统功能及技术指标测试5.1 测试项目5.1.1 基础部分(1) 连接好待测电路，接入+3.3V供电电源，400Hz、850mV正弦

43、输入信号。(2) 测试按键和四位数码管是否正常工作。(3) 根据各等级增益通过数字万用表交流电压(AC)档进行测量，对每一等级的输入与输出进行记录，通过式(3.3)进行增益误差的计算。(4) 将结果记入“检查和评分记录表”中。5.1.2 拓展部分幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放(1) 连接好电路，将加入的模块部分通过杜邦线进行连接。(2) 将输出通过探头接到示波器。(3) 通过按键选择幅度调制模式，观察示波器的输出波形，通过按键调整幅度与频率，观察输出波形变化。(4) 换成音乐播放模式，撤去正弦信号源，改为音乐信号输入，通过使用杜邦线将输出接入到蜂鸣器。(5) 听音乐效果，通过按键改变音量

44、大小，听声音变化。(6) 改变音乐，重复(5)5.1.3 拓展部分自动增益调节(1) 连接好电路，将基础部分的输出接入到检波模块的输入，再将检波模块的输出接回单片机。(2) 调节信号发生器输出波形幅值大小，转动旋钮使之从初始850mVpp下降，观察单片机4位数码管的数字。此时4位数码管中显示数字的大小随输入信号幅值的下降不断上升。(3) 当4位数码管中数字刚刚变为1575时，表示已到最大增益范围。记下这时的输入幅值，测试正式开始。(4) 转动旋钮，增加输入信号的幅值，此时4位数码管上的数字会随着信号幅值的增加不断减小。最小增益等级为0.025，故最大输入电压需保证单片机4位数码管大于或刚刚等于

45、0.025。(5) 输出信号接口接万用表交流电压档，在电压值落于最小和最大输入电压时，采取(4)，观察万用表示数，可以发现电压值在0.25V0.45V浮动，而不会超过这个范围。5.1.4 拓展部分红外音量调控(1) 连接好电路，通过杜邦线将红外发射模块、红外接收模块与原有电路相连接。(2) 检测按键是否能够有效地产生与接收信号。(3) 调整到基础模式看是否能够通过红外部分的按键控制增益倍数增减；调整到音乐播放部分看能否有效控制音量的调节；调整到幅度调制模式看能否进行幅频调整。(4) 测量最大有效红外发射接收距离并记录，5.2 测试的资源测试工具：数字万用表、示波器、稳压电源、信号发生器、开路线、引线、耳机。测试环境：电信群楼4-105实验室，室温20C。5.3 测试方法25.3.1 基础部分(1) 按要求连接电路，接入+3.3V电源电压，将程序通过MSP430单片机烧写入单片机小系统。(2) 用万用电表交流电压档测量输入与输出端电压值并记录。(3) 通过按键改变增益倍数，使之从0.1倍逐步增加到1.5倍，重复(2)过程，至15个等级的数据全部被记录。(4) 计算增益误差并记录。5.3.2 拓展部分5.3.2.1 幅度调制信号发生暨电子音乐合成和播放(1) 按要求接线，接入示波器。(2) 调整幅度调制模式，观察输出信号是否被分别调制为正弦波、三角波、方波、锯齿波。(3) 通过按键改