基于MK7A23P混合脈寬音量調(diào)節(jié)警報器設計

　　整體電路框圖如圖4所示，由簡單的驅(qū)動器組成的功率放大器、音量調(diào)節(jié)用電位器、過壓檢測器、音源選擇開關、單片機等部分組成，具有完善的保護功能和很高的效率。

　　框圖中開關功率放大器部分通過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，可以控制開關音量調(diào)節(jié)。根據(jù)頻率與聲音的關系可以知道，當功率放大器的功率管總是處于開關狀態(tài)時，如果方波的高度不變，改變其寬度即可改變音量，從而實現(xiàn)開關音量調(diào)節(jié)。

　　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(nèi)含2×16bit的OTP形式ROM程序存儲器、128×8 bit的RAM、5個定時器/計數(shù)器、多個I/O口、4路比較器和2路PWM輸出。一個指令周期由2個系統(tǒng)時鐘組成，因此運行速度很快，有4種復位形式，雙時鐘模式，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位電路、振蕩器和上拉電阻。

　　1.5 改進的大功率警報器的音量調(diào)節(jié)技術

　　音源的每個周期中比例調(diào)節(jié)脈寬的方法導致音色改變，因此除了連續(xù)調(diào)頻調(diào)以外的音源可用與2種信號相乘方法進行音量調(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，實驗表明，由于頻率改變較慢，因此聽覺上音色改變量很小。

　　音量可分為64步或128步調(diào)節(jié)，實驗表明64步時最小音量較大，因此采用128步調(diào)節(jié)。

　　按音量的衰減比例調(diào)整脈寬時，脈寬的時間由式(1)決定。式中TPWM為脈寬時間，N為A/D讀入的衰減量，范圍是0～128的連續(xù)量，TS為音源信號的周期。

　　MK7A23P單片機無乘法指令，但運行速度很快，使用內(nèi)部RC振蕩器以4 MHz工作時，運行16×8乘法程序僅需要約50μs，而音源的最高頻率1 650 Hz時周期為606μs，有足夠的處理時間。除256可右移8次即可實現(xiàn)，且運行時間很短。

　　設計程序時，按音源的頻率產(chǎn)生中斷，然后計算脈寬，輸出高電平延時TPWM后再輸出低電平。

　　其他音源調(diào)節(jié)音量時，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，時間常數(shù)由4個定時器管理，可自動裝入，運行速度很快。

　　設置PWM1的相關參數(shù)，輸出頻率為15 kHz(或30 kHz，效果更好)脈寬改變的方波。

　　設計程序時，按音源的頻率產(chǎn)生中斷，把讀入的AD值放入脈寬調(diào)整定時器，然后啟動PWM1工作即可。

　　因此根據(jù)所選擇的音源，運行不同的程序，確保音色不改變的情況下，以脈寬方式調(diào)節(jié)音量，提高功率放大器的效率。

　　圖5為整體電路圖，大部分功能由單片機處理，而MK7A23P內(nèi)有上拉電阻、復位電路、振蕩器、WDT等，因此電路簡單，S1和S2為模式和音源選擇開關。功率放大器工作在開關狀態(tài)，輸出信號經(jīng)過Q3電平轉(zhuǎn)換后通過射極跟隨器輸出，C1、R1、R2組成自舉電路，提高輸出的高電平電壓，從而進一步提高效率。

　　圖6為采用第一種方案的實測波形，即信號相乘方法。每個音源波形的高電平上升沿處有高電平脈沖，有效地避免頻率的微變而產(chǎn)生的噪音。最大音量輸出時揚聲器中電流是連續(xù)的，而最小輸出時揚聲器中電流也是連續(xù)的，且對揚聲器的沖擊很小。如果加濾波器可進一步慮除高頻脈沖，減少對揚聲器的沖擊。因此除了連續(xù)調(diào)頻調(diào)以外的音源采用這種方法，即可有效地避免音色的改變。

　　圖7為采用第二種方案的實測波形，即比例衰減方式?？芍畲笠袅枯敵鰰r揚聲器中電流是連續(xù)的，而最小輸出時揚聲器中電流是不連續(xù)的且對揚聲器的沖擊較大。但可避免采用第一種方案時，頻率慢速改變而產(chǎn)生的周期性的“嘟、嘟”聲音，而且音色改變量也不大。

　　2 結(jié)束語

　　實驗證明根據(jù)不同的音源，采用不同方式處理輸出的脈寬，可避免音色改變，如果使用硬件電路設計則電路復雜，但利用高性能價格比的MK7A23P實現(xiàn)，整個電路簡單，且工作穩(wěn)定、抗干擾能力強。效率可達到85%以上，所需要的散熱片體積減少1/3以上，便于安裝和維護。