基于MK7A23P混合脈寬方式調(diào)節(jié)音量的警報(bào)器設(shè)計(jì)

第一種方案的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)管的工作頻率與音源的頻率相同，因此效率高。缺點(diǎn)是雖然基頻不變，但音色改變，音量越小音色改變量越大。由信號(hào)處理理論中可知，頻率不變時(shí)隨著脈寬的減少諧波量增加，因此音源的音色改變，尤其是緊急調(diào)頻調(diào)時(shí)最嚴(yán)重，無(wú)法使用。
第二種方案的優(yōu)點(diǎn)是改變音量時(shí)音色不變。由采樣理論可知采樣頻率大于信號(hào)頻率的2倍以上時(shí)可恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)，實(shí)際上為了避開(kāi)“可聽(tīng)頻率”造成的噪聲，相乘的信號(hào)頻率為15 kHz以上，此時(shí)采樣速率可達(dá)9倍以上，可完整地回復(fù)原來(lái)的波形，從而音色不變。
缺點(diǎn)為：一是相乘信號(hào)的頻率較高，因此開(kāi)關(guān)管工作在高速狀態(tài)，效率降低；二是要求音源波形的上升沿與相乘的信號(hào)波形的上升沿必須同步，否則產(chǎn)生噪音(圖3中的同步點(diǎn))；三是以連續(xù)調(diào)頻改變量較慢時(shí)，隨周期變短則減少一個(gè)高頻脈沖，音量減少，在小音量時(shí)可出現(xiàn)嚴(yán)重的周期性的“嘟、嘟”聲音。
1．3 大功率警報(bào)器整體電路框圖
整體電路框圖如圖4所示，由簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)器組成的功率放大器、音量調(diào)節(jié)用電位器、過(guò)壓檢測(cè)器、音源選擇開(kāi)關(guān)、單片機(jī)等部分組成，具有完善的保護(hù)功能和很高的效率。

框圖中開(kāi)關(guān)功率放大器部分通過(guò)電路控制可以改變輸出端的脈沖寬度，從而改變波形的能量，可以控制開(kāi)關(guān)音量調(diào)節(jié)。根據(jù)頻率與聲音的關(guān)系可以知道，當(dāng)功率放大器的功率管總是處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)，如果方波的高度不變，改變其寬度即可改變音量，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)音量調(diào)節(jié)。
1．4 MK7A23P單片機(jī)的特性
MK7A23P是帶15位A／D的RISC高性能8位微控制器，它內(nèi)含2×16bit的OTP形式ROM程序存儲(chǔ)器、128×8 bit的RAM、5個(gè)定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、多個(gè)I／O口、4路比較器和2路PWM輸出。一個(gè)指令周期由2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘組成，因此運(yùn)行速度很快，有4種復(fù)位形式，雙時(shí)鐘模式，有內(nèi)部RC振蕩器、WTD，有8腳和14腳等多種封裝，I／O口在輸入狀態(tài)下，可置為上拉電阻模式。因此可省去外部的復(fù)位電路、振蕩器和上拉電阻。
1．5 改進(jìn)的大功率警報(bào)器的音量調(diào)節(jié)技術(shù)
音源的每個(gè)周期中比例調(diào)節(jié)脈寬的方法導(dǎo)致音色改變，因此除了連續(xù)調(diào)頻調(diào)以外的音源可用與2種信號(hào)相乘方法進(jìn)行音量調(diào)節(jié)。而連續(xù)調(diào)頻的音量調(diào)節(jié)采用每周期中比例調(diào)節(jié)脈寬的方法，實(shí)驗(yàn)表明，由于頻率改變較慢，因此聽(tīng)覺(jué)上音色改變量很小。
音量可分為64步或128步調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)表明64步時(shí)最小音量較大，因此采用128步調(diào)節(jié)。
按音量的衰減比例調(diào)整脈寬時(shí)，脈寬的時(shí)間由式(1)決定。式中TPWM為脈寬時(shí)間，N為A／D讀入的衰減量，范圍是0～128的連續(xù)量，TS為音源信號(hào)的周期。

MK7A23P單片機(jī)無(wú)乘法指令，但運(yùn)行速度很快，使用內(nèi)部RC振蕩器以4 MHz工作時(shí)，運(yùn)行16×8乘法程序僅需要約50μs，而音源的最高頻率1 650 Hz時(shí)周期為606μs，有足夠的處理時(shí)間。除256可右移8次即可實(shí)現(xiàn)，且運(yùn)行時(shí)間很短。
設(shè)計(jì)程序時(shí)，按音源的頻率產(chǎn)生中斷，然后計(jì)算脈寬，輸出高電平延時(shí)TPWM后再輸出低電平。
其他音源調(diào)節(jié)音量時(shí)，可使用MK7A23P內(nèi)部的PWM發(fā)生器。MK7A23P內(nèi)有8位的PWM1、PWM2發(fā)生器，時(shí)間常數(shù)由4個(gè)定時(shí)器管理，可自動(dòng)裝入，運(yùn)行速度很快。