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(lèi)多,，但可分為3大類(lèi)：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(kāi)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(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。

　　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,。

　　設(shè)置PWM1的相關(guān)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(shè)計(jì)程序時(shí)，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(shí)器,，然后啟動(dòng)PWM1工作即可。

　　因此根據(jù)所選擇的音源,，運(yùn)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(jī)處理,，而MK7A23P內(nèi)有上拉電阻,、復(fù)位電路、振蕩器,、WDT等,，因此電路簡(jiǎn)單，S1和S2為模式和音源選擇開(kāi)關(guān),。功率放大器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)Q3電平轉(zhuǎn)換后通過(guò)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(jìn)一步提高效率,。

　　圖6為采用第一種方案的實(shí)測(cè)波形，即信號(hào)相乘方法,。每個(gè)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(shí)揚(yáng)聲器中電流是連續(xù)的，而最小輸出時(shí)揚(yáng)聲器中電流也是連續(xù)的,，且對(duì)揚(yáng)聲器的沖擊很小,。如果加濾波器可進(jìn)一步慮除高頻脈沖，減少對(duì)揚(yáng)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(shí)測(cè)波形,，即比例衰減方式,。可知最大音量輸出時(shí)揚(yáng)聲器中電流是連續(xù)的,，而最小輸出時(shí)揚(yáng)聲器中電流是不連續(xù)的且對(duì)揚(yáng)聲器的沖擊較大,。但可避免采用第一種方案時(shí)，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(yǔ)

　　實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)則電路復(fù)雜,，但利用高性能價(jià)格比的MK7A23P實(shí)現(xiàn)，整個(gè)電路簡(jiǎn)單,，且工作穩(wěn)定,、抗干擾能力強(qiáng)。效率可達(dá)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(hù)。