基于MK7A23P混合脉宽音量调节警报器设计

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文中分析了国际上通用的各种报警音源的基础上，提出了一种混合开关方式调节音量的方法，并利用MK7A23P单片机以脉宽方式调节音量，解决了上述问题。MK7A23P单片机具有较强的抗干扰能力，内含RC振荡器、WDT及复位电路，有ADC和PWM发生器，与其他系列单片机相比，省去了很多外围元件，且价格低廉，适于各种工业控制器。
　　因此利用MK7A23P设计的大功率警报器，整体电路简单、工作稳定，提高了生产能力和产品的竞争能力。
　　1 利用MK7A23P组成的大功率警报器
　　1.1 国际上通用的报警音源分析
　　表1中列出了国际上通用的几种报警音源的频率和用途。
　　


　　报警音源虽然种类多，但可分为3大类：一是两种频率改变状态;二是频率快速连续改变状态;三是频率慢速渐变状态。图1表示典型的3种音源的波形图，这种波形可通过编程的方法得到高稳定度的音源。
　　


　　通过分析可知所有的音源为占空比为50%的方波，因此可利用调节脉冲宽度的方法调节音量。
　　1.2 常用的开关调节音量的方法及缺点
　　通常使用的脉宽方式调节音量的方法有两种：一是在音源信号的每个周期内按照衰减要求比例衰减高电平时间，实现脉宽调节。由于频率不变，因此基频不变，但平均电压降低从而可调节音量，如图2所示。这种方法如果使用硬件电路实现，则电路比较复杂，利用单片机实现，则进行乘除法计算，要求运行速度很快。
　　


　　二是音源信号和占空比可调的信号相乘也可实现脉宽调节，但相乘的信号频率应在15 kHz以上，图3所示。
　　


　　第一种方案的优点是开关管的工作频率与音源的频率相同，因此效率高。缺点是虽然基频不变，但音色改变，音量越小音色改变量越大。由信号处理理论中可知，频率不变时随着脉宽的减少谐波量增加，因此音源的音色改变，尤其是紧急调频调时最严重，无法使用。
　　第二种方案的优点是改变音量时音色不变。由采样理论可知采样频率大于信号频率的2倍以上时可恢复原来的信号，实际上为了避开“可听频率”造成的噪声，相乘的信号频率为15 kHz以上，此时采样速率可达9倍以上，可完整地回复原来的波形，从而音色不变。
　　缺点为：一是相乘信号的频率较高，因此开关管工作在高速状态，效率降低;二是要求音源波形的上升沿与相乘的信号波形的上升沿必须同步，否则产生噪音(图3中的同步点);三是以连续调频改变量较慢时，随周期变短则减少一个高频脉冲，音量减少，在小音量时可出现严重的周期性的“嘟、嘟”声音。