工程实践与科技创新[2a]-第018组设计报告_曾冠铭打印版

2021-04-25 12:41:42本页面

工程实践与科技创新[2a]-第018组设计报告_曾冠铭打印版


【正文】

姓名 班级 学号 具体负责的工作 联系方式 曾冠铭 F1103011 5110309383 基础部分与拓展部分电路焊接与调试,协助完成实验报告 18817553545 林小阳 F1203009 5120309438 基础部分电路焊接与调试,实验代码编写和修改 18818273816 吴晓娜 F1203011 5110309362 协助完成实验报告 18817551851 摘要:本实验报告主要阐述了如何通过运用MSP430单片机,设计并实现可控增益放大电路(基础部分),函数信号发生器暨电子音乐合成和播放、自动增益调节(拓展部分)。

报告包含了设计原理,主要功能,系统原理框图,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,以及在实践中遇到的问题及解决方法。 关键词: MSP430单片机;运算放大器;增益可控;调频调幅函数信号发生器;电子音乐合成播放器 ABSTRACT Thereportmainlyelaborateshowtodesignandimplementthebenefitcontrollableamplifiercircuit(thebasicpart)andAMFMFunctionSignalGenerator&ElectronicMusicSynthesizerPlayer。

automaticbenefitcontrollablefunction(theexpandedpart)byusingMSP430SinglechipMicrocontroller.Thisreportincludesdesignthinking,majorfunctions,thebasicframeofthesystemprincipleandtheimplementationofthehardwareandsoftware,togetherwithtechniquecharacteristics,thedebuggingtestingandanalysis.What’smore,itcontainswhatproblemwemetinpracticalandthemethodtosolvethem。

KEYWORDS MSP430SinglechipMicrocontroller;OperationAmplifier;GainControled;AMFMFunctionSignalGenerator;ElectronicMusicSynthesizerPlayer 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 1 1.1编写说明 1 1.2名词定义 1 1.3缩略语 2 2.系统总体说明 3 2.1课题任务规定的设计要求 3 2.1.1基础任务:增益可键控线性放大器电路 3 2.1.2拓展任务一:函数信号发生器暨电子音乐合成播放器 3 2.1.3拓展任务二:自动增益调节 3 2.2实际完成后的功能 3 2.2.1基础任务:增益可键控线性放大器电路 3 2.2.2拓展任务一:函数信号发生器暨电子音乐合成播放器 3 2.2.3拓展任务二:自动增益调节 4 2.3系统的设计原理与分析 4 2.3.1系统的设计原理和总体结构 4 2.3.2系统的功能 6 3.系统的硬件结构 8 3.1硬件总体结构 8 3.2<。

单片机小系统模块>描述 8 3.2.1功能描述 8 3.2.2接口定义 9 3.2.3技术要求 9 3.2.4实现方式 9 3.3<增益可控放大电路模块>描述 9 3.3.1功能描述 9 3.3.2接口定义 9 3.3.3技术要求 11 3.3.4实现方式 11 3.4<函数信号发生暨电子音乐合成播放器模块>描述 14 3.4.1功能描述 14 3.4.2接口定义 14 3.4.3技术要求 14 3.4.4实现方式 14 3.5<自动增益模块>描述 15 3.5.1功能描述 15 3.5.2接口定义 15 3.5.3实现方法 15 4。

系统的软件结构 17 4.1软件总体结构和功能 17 4.2重要的全局变量 17 4.3流程逻辑 17 4.4<主要软件模块(一)名称>描述 17 4.4.1功能描述 17 4.4.2输入输出项描述 17 4.4.3数据结构 17 4.4.4调用函数说明 17 4.4.5算法 17 4.5<主要软件模块(二)名称>描述 17 5.系统功能及技术指标测试 18 5.1测试项目 18 5.1.1基本部分的测试 18 5.1.2拓展部分的测试 18 5.2测试的资源 18 5.3测试方法 19 5.3.1基础部分 19 5.3.2函数信号发生器暨音乐播放器测试 19 5。

3.3自动增益调节测试 19 5.4测试结果及分析 19 5.4.1基础部分 19 5.4.2函数信号发生暨电子音乐合成播放器 21 5.4.3自动增益调节 21 6.致谢 22 7.参考资料 23 8.附录 24 8.1实物照片 24 8.2课程学习心得和建议意见 25 8.2.1课程学习心得 25 8.2.2建议意见 27 8.3调试过程 27 8.3.1硬件部分 27 8.3.2软件部分 28 8.4程序清单 29 第57页 上海交通大学电子信息与电气工程学院 1.概述 1.1编写说明 主要内容:本设计报告介绍了工程实践与科技创新[2A]项目的设计与实现过程。

包括基础部分和拓展部分。基础部分实现了通过单片机控制增益的线性放大器电路。其功能是通过单片机小系统上的按键输入,控制信号增益倍数(从0.1~1.5倍)并输出放大后的信号,并且在数码管上显示增益倍数。拓展部分包括函数信号发生器暨电子音乐合成和播放、自动增益调节两个部分。 编写目的:系统地展示本次科技创新第18小组的实验过程,对其进行一个系统全面的总结与回顾,把实验过程中所经历的系统设计、电路焊接、硬件和软件调试,试验中遇到的问题,以及如何有效地解决问题等内容以报告的形式反应出来。这样可以使用户对本系统有更加深刻的了解以及对本系统操作更加熟练,同时为我们以后学习后继课程打下坚实的基础,也为以后设计类似项目的同学提供参考。

适读对象:有一定的电路分析基础;能看懂普通电路图;有一定C语言基础,对单片机及其编程有一定了解的同学以及对此项目感兴趣的老师和其他人士。 1.2名词定义 单片机小系统:以单片机为核心及其它外部电路构成,以通过单片机编程来实现一定控制功能的系统。单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。 可变增益放大器电路:既放大器增益可以调节的放大器电路。在本设计任务中,所设计的放大器电压增益可从0.1变化到1.5(共15种状态),通过单片机控制电路中一些开关的开合改变电路的某些参数来实现。 七段显示数码管:abcdefg七段,通过给某些段加上驱动电压或电流来使这些段发光。

形成各种需要的字符显示。 函数信号发生器电路:能够在程序的控制下,输出一些特定波形(如方波,正弦波等)的电路。 电子音乐播放器:通过调节蜂鸣器路端电压波形的频率、持续时间和有效值来发出特定音量的音频音乐的器件。 输入输出口:单片机输出线的一些特定的可用于电平信号输入输出的接口,本报告中主要指P1与P2的某些端口。 D/A转换:数模转换,既将一个数字信号转换成一个模拟信号。 1.3缩略语 单片机:SinglechipMicrocontroller芯片级的微型计算机 运放(Opamp):operationalamplifier运算放大器 数码管(Digitaltube):sevensegmentdigitaldisplaytube七段数码显示管 I/O:(Input/output)Inputandoutputdevices输入输出设备 2。

系统总体说明 2.1课题任务规定的设计要求 2.1.1基础任务:增益可键控线性放大器电路 设计制作一个增益可键控的线性放大器电路,在给定的单片机小系统板上提供人机操作界面,使操作者能通过按键操作,设置放大器的增益等级,相应的增益值在数码管上显示。 具体指标如下: (1)最低增益小于0.15倍;最高增益大于1.45倍; (2)放大器的增益至少包括15个标准值等级:从0.1倍至1.5倍,以0.1为间隔共15种; (3)各等级的实际增益值与标准值比较,误差应小于3%,且越精确越好。 2.1.2拓展任务一:函数信号发生器暨电子音乐合成播放器 设计要求: 1)编程实现周期性动态连续地改变放大器增益。

使得电路可输出正弦、三角、锯齿、矩形(方波)等数学函数波形,输出波形尽量光滑,并实现频率及幅度的调整功能; 2)设计音乐播放电路,编程实现播放音乐,同时实现按键选择乐曲、调整音量的功能; 3)提供人机界面,使操作者可以进行各种设计者自定义的可视交互式操作。 2.1.3拓展任务二:自动增益调节 通过随输入波幅度变化自动更改增益等级,限制输出的幅度,使其保持在一定的范围内。 2.2实际完成后的功能 2.2.1基础任务:增益可键控线性放大器电路 基础部分实现了通过单片机控制增益的线性放大器电路,通过MSP430的按键输入,控制信号增益倍数(按等差排列的15个增益等级0.1,0.2,

0.3,…,1.5),当前增益值显示在数码管上。测试时在输出端测量放大后的信号,所有等级均符合误差要求 2.2.2拓展任务一:函数信号发生器暨电子音乐合成播放器 调频调幅函数信号发生器部分通过单片机按键控制,可输出正弦波、方波、锯齿波、三角波四种波形,可通过按键循环选择波形种类,控制输出波形的频率及幅度(1Hz10Hz共5档的频率调整;0.5V1.0V共2档的幅度输出),具体操作规范请见后文详述。最终能够在示波器上显示出清晰,精确,光滑的波形。 数字音乐播放部分通过按键可选择所播放音乐的曲目,可播放《喀秋莎》、《you》、《天空之城》、《菊次郎的秋天》、《荷塘月色》五首歌曲,并通过单片机按键实现音量控制。

2.2.3拓展任务二:自动增益调节 调节至输入电压1.025V时可使1.5级增益时波形亦不失真。并且在按键可调增益使输出电压小于0.2V时,单片机识别检波后的信号控制增益增加,直至输出电压上升至0.2V以上。同理,输出电压大于0.7V时会自动减小直至输出小于0.7V。 2.3系统的设计原理与分析 2.3.1系统的设计原理和总体结构 2.3.1.1基础部分:增益可控放大器 设计原理: 由单片机控制增益的变化,信号源的输入信号是交流信号源(Freq:400Hz;Ampl:850mVpp;正弦波),如图21中所示,由单片机MSP430输出控制信号控制数字开关CD4066,控制4个开关

形成运放电路的输入电阻的十六种不同组态,从而使运放电路的增益分别达到0.1,0.2……1.5倍。最后可以通过万用表测量输出信号。基础部分结构图由图21表示。 图21基础部分结构图 2.3.1.2拓展部分一:函数信号发生器暨音乐播放器 设计原理: 1)函数发生器功能部分:单片机小系统通过电控制信号控制两片数字开关芯片CD4066,不断调整输出信号的幅度,运算放大电路的输出信号通过两路开关送至示波器,连续地看来在示波器上形成了光滑的波形输出。原理如图22所示,在一个周期里以等时间间隔取128个点,单片机输出的只是这点上的相对应的增益倍数,如果取的点足够密,则示波器上显示的波形可以相当光滑。

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