基于MK7A23P混合脈寬方式調節音量的警報器設計

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。由信號處理理論中可知，頻率不變時(shí)隨著(zhù)脈寬的減少諧波量增加，因此音源的音色改變，尤其是緊急調頻調時(shí)最嚴重，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頻率的2倍以上時(shí)可恢復原來(lái)的信號，實(shí)際上為了避開(kāi)“可聽(tīng)頻率”造成的噪聲，相乘的信號頻率為15 kHz以上，此時(shí)采樣速率可達9倍以上，可完整地回復原來(lái)的波形，從而音色不變。
缺點(diǎn)為：一是相乘信號的頻率較高，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))；三是以連續調頻改變量較慢時(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)可出現嚴重的周期性的“嘟、嘟”聲音。
1．3 大功率警報器整體電路框圖
整體電路框圖如圖4所示，由簡(jiǎn)單的驅動(dòng)器組成的功率放大器、音量調節用電位器、過(guò)壓檢測器、音源選擇開(kāi)關(guān)、單片機等部分組成，具有完善的保護功能和很高的效率。

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)音量調節。根據頻率與聲音的關(guān)系可以知道，當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)現開(kāi)關(guān)音量調節。
1．4 MK7A23P單片機的特性
MK7A23P是帶15位A／D的RISC高性能8位微控制器，它內含2×16bit的OTP形式ROM程序存儲器、128×8 bit的RAM、5個(gè)定時(shí)器／計數器、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)系統時(shí)鐘組成，因此運行速度很快，有4種復位形式，雙時(shí)鐘模式，有內部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位電路、振蕩器和上拉電阻。
1．5 改進(jìn)的大功率警報器的音量調節技術(shù)
音源的每個(gè)周期中比例調節脈寬的方法導致音色改變，因此除了連續調頻調以外的音源可用與2種信號相乘方法進(jìn)行音量調節。而連續調頻的音量調節采用每周期中比例調節脈寬的方法，實(shí)驗表明，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步調節，實(shí)驗表明64步時(shí)最小音量較大，因此采用128步調節。
按音量的衰減比例調整脈寬時(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的連續量，TS為音源信號的周期。

MK7A23P單片機無(wú)乘法指令，但運行速度很快，使用內部RC振蕩器以4 MHz工作時(shí)，運行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，且運行時(shí)間很短。
設計程序時(shí)，按音源的頻率產(chǎn)生中斷，然后計算脈寬，輸出高電平延時(shí)TPWM后再輸出低電平。
其他音源調節音量時(shí)，可使用MK7A23P內部的PWM發(fā)生器。MK7A23P內有8位的PWM1、PWM2發(fā)生器，時(shí)間常數由4個(gè)定時(shí)器管理，可自動(dòng)裝入，運行速度很快。