基于MK7A23P混合脈寬音量調(diào)節(jié)警報(bào)器設(shè)計(jì)

　　文中分析了國(guó)際上通用的各種報(bào)警音源的基礎(chǔ)上，提出了一種混合開關(guān)方式調(diào)節(jié)音量的方法，并利用MK7A23P單片機(jī)以脈寬方式調(diào)節(jié)音量，解決了上述問(wèn)題。MK7A23P單片機(jī)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，內(nèi)含RC振蕩器、WDT及復(fù)位電路，有ADC和PWM發(fā)生器，與其他系列單片機(jī)相比，省去了很多外圍元件，且價(jià)格低廉，適于各種工業(yè)控制器。

　　因此利用MK7A23P設(shè)計(jì)的大功率警報(bào)器，整體電路簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定，提高了生產(chǎn)能力和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。

　　1 利用MK7A23P組成的大功率警報(bào)器

　　1.1 國(guó)際上通用的報(bào)警音源分析

　　表1中列出了國(guó)際上通用的幾種報(bào)警音源的頻率和用途。

　　報(bào)警音源雖然種類多，但可分為3大類：一是兩種頻率改變狀態(tài);二是頻率快速連續(xù)改變狀態(tài);三是頻率慢速漸變狀態(tài)。圖1表示典型的3種音源的波形圖，這種波形可通過(guò)編程的方法得到高穩(wěn)定度的音源。

　　通過(guò)分析可知所有的音源為占空比為50%的方波，因此可利用調(diào)節(jié)脈沖寬度的方法調(diào)節(jié)音量。

　　1.2 常用的開關(guān)調(diào)節(jié)音量的方法及缺點(diǎn)

　　通常使用的脈寬方式調(diào)節(jié)音量的方法有兩種：一是在音源信號(hào)的每個(gè)周期內(nèi)按照衰減要求比例衰減高電平時(shí)間，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)節(jié)。由于頻率不變，因此基頻不變，但平均電壓降低從而可調(diào)節(jié)音量，如圖2所示。這種方法如果使用硬件電路實(shí)現(xiàn)，則電路比較復(fù)雜，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，則進(jìn)行乘除法計(jì)算，要求運(yùn)行速度很快。

　　二是音源信號(hào)和占空比可調(diào)的信號(hào)相乘也可實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)節(jié)，但相乘的信號(hào)頻率應(yīng)在15 kHz以上，圖3所示。

　　第一種方案的優(yōu)點(diǎn)是開關(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“可聽頻率”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。