基于MK7A23P混合脈寬方式調節(jié)音量的警報器設計

第一種方案的優(yōu)點是開關管的工作頻率與音源的頻率相同，因此效率高。缺點是雖然基頻不變，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，尤其是緊急調頻調時最嚴重，無法使用。
第二種方案的優(yōu)點是改變音量時音色不變。由采樣理論可知采樣頻率大于信號頻率的2倍以上時可恢復原來的信號，實際上為了避開“可聽頻率”造成的噪聲，相乘的信號頻率為15 kHz以上，此時采樣速率可達9倍以上，可完整地回復原來的波形，從而音色不變。
缺點為：一是相乘信號的頻率較高，因此開關管工作在高速狀態(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，否則產生噪音(圖3中的同步點)；三是以連續(xù)調頻改變量較慢時，隨周期變短則減少一個高頻脈沖，音量減少，在小音量時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，由簡單的驅動器組成的功率放大器、音量調節(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節(jié)。根據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，從而實現開關音量調節(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節(jié)技術
音源的每個周期中比例調節(jié)脈寬的方法導致音色改變，因此除了連續(xù)調頻調以外的音源可用與2種信號相乘方法進行音量調節(jié)。而連續(xù)調頻的音量調節(jié)采用每周期中比例調節(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步調節(jié)，實驗表明64步時最小音量較大，因此采用128步調節(jié)。
按音量的衰減比例調整脈寬時，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，且運行時間很短。
設計程序時，按音源的頻率產生中斷，然后計算脈寬，輸出高電平延時TPWM后再輸出低電平。
其他音源調節(jié)音量時，可使用MK7A23P內部的PWM發(fā)生器。MK7A23P內有8位的PWM1、PWM2發(fā)生器，時間常數由4個定時器管理，可自動裝入，運行速度很快。