工程實踐與科技創(chuàng)新[2a設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 輸出到CD40661的控制端。并根據(jù)該增益值，通過“7段數(shù)碼顯示譯碼”對數(shù)碼管控制信號賦值，控制數(shù)碼管的增益顯示。 輸入輸出項描述輸入名稱：按鍵標識：KEY1~4類型：sbit范圍：0~1來源：P1^0、P1^P1^P1^3輸出名稱：端口控制標識：P1^P1^P1^P1^7類型：sbit范圍：0~1來源：中斷程序輸出SWSWSWSW4輸入從單片機系統(tǒng)上的按鍵接受到的數(shù)據(jù)DATA，輸出為控制CD4066的二進制信號和對數(shù)碼管有實際控制作用的字節(jié)變量信號。 數(shù)據(jù)結構篇幅有限，詳見程序內(nèi)容。 調(diào)用函數(shù)說明數(shù)碼管驅(qū)動程序（）7段數(shù)碼顯示譯碼（） 算法按鍵2為慢速調(diào)整鍵，按鍵3為快速調(diào)整鍵，按鍵4為系統(tǒng)重置鍵。控制端口重要算法：SW1=current_value/8。 SW2=current_value%8/4。 SW3=current_value%4/2。 SW4=current_value%2/1。 函數(shù)信號發(fā)生模塊描述 功能描述波形發(fā)生時,程序每隔五毫秒進行一次開關中斷，進行數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，通過將計算得到的各采樣點數(shù)值量輸出，產(chǎn)生頻率可控的波形。 輸入輸出項描述輸入名稱：按鍵標識：KEY1~4類型：sbit范圍：0~1來源：P1^0~3輸出名稱：端口控制標識：P1^P1^P1^P1^P3^P3^3類型：sbit范圍：0~1來源：中斷程序輸出SW1~6SW1~6分別對應電阻10千歐、20千歐、40千歐、80千歐、160千歐、320千歐 數(shù)據(jù)結構篇幅有限，詳見程序內(nèi)容。 調(diào)用函數(shù)說明數(shù)碼管驅(qū)動程序（）7段數(shù)碼顯示譯碼（）電阻開關控制函數(shù)setSWs(unsigned int x)功能：將輸入?yún)?shù)x轉(zhuǎn)化為控制信號參數(shù)：x:采樣點數(shù)值量返回值：無 算法按鍵2為頻率調(diào)整鍵，按鍵3為返回波形選擇鍵，按鍵4為系統(tǒng)重置鍵。步數(shù)計算并轉(zhuǎn)化為控制算法： pace=(pace+frequency)%2000。 switch (mode) { case 21: setSWs(sin_data[pace*SIN_T/2000])。 break。 case 22: setSWs(sqr_data[pace*SQR_T/2000])。 break。 case 23: setSWs(trg_data[pace*TRG_T/2000])。 break。 case 24: setSWs(swt_data[pace*SWT_T/2000])。 break。 } 音樂播放模塊描述 功能描述通過讀取并解析存儲好的數(shù)組，將其轉(zhuǎn)化為頻率變化的方波并將其輸出到控制端。 輸入輸出項描述，需要用到一下變量：輸出名稱：方波輸出、蜂鳴器端口控制標識：BZZ(P3^4)、buzzer(P3^5)類型：sbit范圍：0~1來源：中斷程序輸出控制用于將方波信號輸出到蜂鳴器 數(shù)據(jù)結構篇幅有限，詳見程序內(nèi)容。 調(diào)用函數(shù)說明數(shù)碼管驅(qū)動程序（）7段數(shù)碼顯示譯碼（）電阻開關控制函數(shù)（，用于調(diào)節(jié)音量） 算法按鍵2為音量調(diào)整鍵，按鍵3為返回音樂選擇鍵，按鍵4為系統(tǒng)重置鍵。算法內(nèi)容取自示例“”。5. 系統(tǒng)功能及技術指標測試 測試項目基本部分的測試1．顯示功能：測試運用微動開關改變放大倍數(shù)時，數(shù)碼管是否能正確顯示倍數(shù)。2．增益放大功能：測量各個增益倍數(shù)下的實際輸出電壓是否正確，用它們與理論值做比較并計算誤差。誤差范圍應在3％內(nèi)。拓展部分的測試1．測試人機界面：檢驗功能轉(zhuǎn)換（即SW1）是否正常。2. 波形顯示與切換：切換至函數(shù)信號發(fā)生器時，用示波器觀察輸出的四種基本波形，要求波形完整清晰不失真。3. 調(diào)頻：在信號發(fā)生器狀態(tài)下，通過按鍵的組合，調(diào)整波形的頻率，并查看波形頻率是否可變。4. 電子音樂發(fā)生器與音量調(diào)節(jié)：調(diào)到拓展部分的音樂發(fā)聲模式，測試電子音樂的播放，試聽《喀秋莎》和另外一首歌曲，要求音色較好，測試按鍵調(diào)整音樂播放的音量。 測試的資源直流穩(wěn)壓電源1個（用于為單片機小系統(tǒng)提供正常工作的電壓及運放的輸入電壓V0） 數(shù)字式萬用表1個（用于檢查輸出的準確性，以及為調(diào)試提供依據(jù)）示波器及專用開路線（用于做擴展部分時的輸出察看工具）計算機及數(shù)據(jù)線（用于編寫程序和把程序下載到單片機小系統(tǒng)上） 電源連接線 測試方法基礎部分測試：將程序下載到單片機小系統(tǒng)中，并在單片機小系統(tǒng)上加＋5V電源使之工作；在板上提供人機操作界面，按鍵切換到可控增益放大器模式1，接入輸入電壓Vi=，通過按鍵操作，不斷改變放大器的增益等級（共15個級），并在放大器的輸出端用萬用表測量輸出值并計算相應的誤差。 拓展部分測試：按鍵切換到函數(shù)信號發(fā)生器模式2，輸入電壓，輸出端接到示波器，在示波器中觀察波形其完整性，檢測能否通過KEYKEY2鍵調(diào)整波形頻率，能否通過按鍵KEY3返回上級菜單切換波形。按鍵切換到電子音樂播放模式3，去掉輸入電壓，聽是否有《卡秋莎》的音樂及其清晰度。并檢測能否通過KEYKEY2鍵調(diào)整音量，能否通過KEY3鍵返回上級菜單調(diào)整歌曲播放第二首音樂。 基礎部分增益測試示意圖[2] 測試結果及分析基礎部分：：測試運用微動開關改變放大倍數(shù)時，數(shù)碼管能正確顯示倍數(shù)。：測量各個增益倍數(shù)下的實際輸出電壓正確，用它們與理論值做比較并計算誤差。％內(nèi)，達到了實驗的要求。表3 為程序控制增益電路最終測試結果。其中：輸入電壓和輸出電壓為測量所得量，實際增益 ＝ 輸出電壓 / 輸入電壓 ，相對誤差 ＝ （實際增益 － 增益設置）/ 增益設置 。根據(jù)測出的輸入電壓和輸出電壓,計算實際增益和相對誤差,從而分析試驗的準確性.從表3中可以看出:所有的數(shù)據(jù)基本符合要求,但是也存在部分數(shù)據(jù)稍微偏大的情況,例如:，，相對誤差較大，%、%、%、%，產(chǎn)生誤差的可能原因分析如下：1：2：由于電路的焊接對電路的電阻產(chǎn)生了影響。3：開關電阻的引入造成的 影響 4：放大器本身不是理想的。表3 程序控制增益電路最終測試結果序列號輸入電壓(V)輸出電壓(V)顯示增益實測增益誤差(%)1 %2 %3 %4 %5 %6 %7 %8 %9 %10 %11 %12 %13 %14 %15 %附：用Origin作圖分析數(shù)據(jù)： 顯示增益與實際增益曲線圖由顯示增益與實際增益曲線圖可以分析得出，實際增益數(shù)據(jù)基本符合和顯示增益的數(shù)值，線性擬合情況較好，誤差較小，均在3%以內(nèi)，符合實驗要求拓展部分： 函數(shù)信號發(fā)生器能產(chǎn)生四種波形，正弦波，三角波，方波，鋸齒波，且波形完整，連續(xù),沒有發(fā)生嚴重失真，毛刺較少。電子音樂合成，播放的示例音樂“卡秋莎”完整清晰，音色良好。可以播放第二首音樂。 因為前期小組內(nèi)試測時發(fā)現(xiàn)波形的毛刺過于嚴重，我們在電路中加入了一個電容用于消除抖動，實驗證明效果甚佳。6. 致謝本次科創(chuàng)2在各位指導老師的耐心指導和我們組三個成員的共同努力下圓滿的完成，在此代表小組的三位成員：感謝學院提供良好的實驗場地和實驗設備。感謝袁焱老師在每一次講座中的詳細指導與講解，以及對我們提出的問題的耐心解答。感謝實驗室所有的指導老師對本次科創(chuàng)的現(xiàn)場指導及批評指正。感謝實驗器材室的老師們在科創(chuàng)過程中的幫助和指導。感謝在實驗室一同探討和學習交流的其他小組的同學。感謝提供參考資料的所有作者們。最后，對以上給與我們指導與幫助的老師和同學再次表示感謝，相信你們的很多幫助也會對我們今后的學習生活有一定的啟發(fā)與幫助！謝謝你們！ 7. 參考資料[1] 上海交大電子工程系. 工程實踐與科技創(chuàng)新2A講座2基本部分的任務 放大電路設計[2] [R].2010.[3] 上海交大電子工程系. 工程實踐與科技創(chuàng)新2A講座4系統(tǒng)調(diào)試實例 拓展項目推介[4] 上海交大電子工程系. 工程實踐與科技創(chuàng)新2A講座6拓展任務推薦項目的方案提示[5] [6] [7] 馬忠梅等，單片機的C語言應用程序設計，北京航空航天大學出版社，1998[8]《數(shù)字電子技術基礎》，閻石，高等教育出版社[9]《模擬電子技術基礎》，童詩白，高等教育出版社[10] 科創(chuàng)資料，運算放大器的使用方法（摘自OHM叢書）[11] 科創(chuàng)資料，CD4066的使用方法8. 附錄整個系統(tǒng)的整體實物照片（基礎+拓展）基礎部分電路實物照片加入拓展（波形發(fā)生器和電子音樂發(fā)生）后的電路實物照片實驗所需材料清單基礎部分實驗所需材料表4 基礎部分實驗材料清單名稱數(shù)量限額說明LM7411片單運放，DIP封裝CD40661片四模擬開關，DIP封裝IC座8pin1個集成塊插座，配LM741IC座14pin1個集成塊插座，配4066電線1米供連（焊）接電路使用焊錫絲1米供焊接1單元試驗板1塊供裝配放大器電路使用香蕉插頭、螺母、墊片4套1單元試驗板的配件IDC10插座1個可作為放大器電路的外部接口IDC10扁平電纜1根單片機與放大器電路的連接線單片機小系統(tǒng)板1塊6單元電源底板1塊電阻11個供增益電路使用拓展部分之函數(shù)信號發(fā)生暨電子音樂合成與播放實驗所需材料表5 拓展部分實驗材料清單型號或名稱規(guī)格 封裝數(shù)量備注CD4066DIP1片四模擬開關，DIP封裝IC座14腳DIP1個集成塊插座，配40669012PNP 三極管1個單片機音頻輸出驅(qū)動蜂鳴器SFN3040(帶共鳴盒)1個播放音樂單芯硬線1米供連（焊）接電路使用1米供焊接1單元試驗板1塊供裝配電路使用香蕉插頭、螺母、墊片4套1單元試驗板的配件IDC10插座1個可作為放大器電路的外部接口電阻10個擴大增益范圍及電子音樂電路使用 課程學習心得和建議意見最開始接觸的時候，覺得或者這和科創(chuàng)1沒有什么大分別，想當初做著科創(chuàng)1的時候一直抱怨著我們不是焊工，我們不需要對著一個模子自己再重新焊出一個東西來，但是真正接到手上來后，我們才知道了科創(chuàng)2的實質(zhì)，這是一次真正的科技創(chuàng)新自己動手動腦思考的活動，這幾個星期，我們從無到有慢慢的一點一滴的構思著，一個課題擺在眼前，一堆零件擺在眼前，我們茫然了，但這卻沒有讓我們讓卻，我們在組長的帶領下，各方面查找資料，對要進行研究的課題進行深入的探討，做足了實驗前的充分準備，我們研究了電路，計算出了電阻阻值，設計出了初步的焊接電路圖，到實驗室后，我們緊鑼密鼓的開始大展手腳，每個人的分工都很明確，組員們都相互配合，基礎部分就這樣完成了，那個時候看到正確的增益值，心里是非常開心的。在確定了拓展項目后，我們又開始了新一輪的查閱資料和準備工作，與基礎部分一樣，我們的前期工作做的很充分，在實驗室并沒有耗費很長時間，盡管組長的編程耗費了些時間，但大家還在是很短的時間內(nèi)就出色的完成了任務，這期間，我們遇到了很多困難，最開始焊接之后增益的不準確，拓展部分波形的不穩(wěn)定和毛刺，音樂播放的不清晰，我們逐一尋找問題根源，對電路板進行了全方位的修改，最終得到了現(xiàn)在成功的樣例，這一路走來，我們收獲的不僅僅是成功的喜悅，也是團隊精神的鼓舞。總之，本次課程學習我們總結就是培養(yǎng)了我們的自學能力，查閱資料能力和實踐動手能力，并且也對我們處理問題的能力有了一定的提高，也增長了我們的知識，更清晰明確了團隊的重要性。 程序清單includeinclude /*//////////////////////////////*/ /*/ 常量定義 /*//*//////////////////////////////*//* 定時器初值 */define V_T1 0xfd /*SCOM 9600 baud, ! notice: crystal */define V_TH0 0xee /* ~ 5ms , ! notice: crystal */define V_TL0 0x00/* 時間軟件定時器溢出值 */define V_T1s 200 /* 1s *//* 數(shù)碼管段驅(qū)動寄存器地址 */define ADDR_8SEG XBYTE[0x2000]/* 數(shù)碼管位驅(qū)動和指示燈驅(qū)動寄存器地址 */define ADDR_SEL XBYTE[0x4000]/* 按鍵 */sbit KEY1=P1^0。sbit KEY2=P1^1。sbit KEY3=P1^2。sbit KEY4=P1^3。/* 電阻開關 */sbit SW1=P1^4。 // 10千歐sbit SW2=P1^5。 // 20千歐sbit S