1、 南南南 京京京 师师师 范范范 大大大 学学学 中中中 北北北 学学学 院院院 毕毕毕 业业业 设设设 计计计 （ 论论论 文文文 ） （ 2013 届届届 ） 题 目： 自适应耳机的设计与制作 专 业： 电子信息工程 姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称： 副教授 填写日期： 2013-04-10 南京师范大学中北学院教务处 制 第 1 页 摘要 目前，我们用的耳机， 功能还比较单一。比如说，当我们用智能手机、平板电脑等电子产品听音乐、看电影时，由于外界环境的干扰，需要增大、减小音量时，就避免不了以手动的方式，去调整智能手机、平板电脑等电子产品的音量增大、减小键，以达到自己期望的音量大小
2、。这在很多情况下，让人们觉得比较麻烦。 基于以上事实，本文介绍了基于 MSP430F149 的自适应耳机的设计与制作。本系统经过驻极体采集、 TL082 放大、 TL082 检波、 MSP430F149 片内 AD 四部分电路， 能够自动测量环境噪声，并通过液晶 LCD1602，指示噪声等级；经过数字电位 器 X9313、 NE5532 音频放大、 MSP430F149 控制器三部分电路能够根据环境噪声自动调整耳机输出音量，并通过液晶 LCD1602,指示音量等级；系统能够用按键手动调整音量的等级。 关键词： MSP430F149 TL082 NE5532 X9313 LCD1602 第 2
3、页 ABSTRACT Currently, we are using headphones, function is still relatively simple. For example, when we use smart phones, tablet computers and other electronic products to listen to music, watch movies, due to the interference of the external environment, the need to increase and decrease the volum
4、e, can not avoid the manual to adjust the smartphone, tablet the volume of computers and other electronic products, lower key, in order to achieve their desired volume size. Based on the above the facts, the article describes the design and production. Based of the MSP430F149 adaptive headset. Acqui
5、sition of the system after the electret, TL082 amplifier,the TL082 detector,and the MSP430F149 chip AD,four parts of the circuit, can automatically measure ambient noise, and by the LCD1602, indicates that the noise level; digital potentiometer X9313, NE5532 audio amplification, MSP430F149 controlle
6、r the three-part circuit can adjust the headphone output volume automatically based on ambient noise,by LCD1602, indicating the volume level;The system can be able to use buttons to manually adjust the volume level. Key Words:MSP430F149 TL082 NE5532 X9313 LCD1602 第 3 页 目录 第 1 章 绪论 . 5 1.1课题的 意义 和 应用
7、背景 . 5 1.2课题的主要研究内容 . 5 第 2 章 系统整体方案 . 6 2.1 系统整体方案介绍 . 6 2.2 系统整体框图 . 6 2.3相关子模块方案论证 . 6 2.3.1噪声检波电路 . 6 2.3.2 MSP430F149 控制器电路 . 7 第 3 章 噪声信号的处理 . 8 3.1噪声采集 . 8 3.1.1 驻极体介绍 . 8 3.1.2驻极体采集电路 . 8 3.2 噪声放大 . 9 3.2.1 TL082 介绍 . 9 3.2.2 TL082 放大电路 . 9 3.3 TL082检波电路 . 10 第 4 章 MSP430F14 单片机及开发环境介绍 . 12
8、4.1 MSP430F149 单片机介绍 . 12 4.1.1 MSP430F149 简单概述 . 12 4.1.2 MSP430F149 主要特点 . 12 4.2 MSP430F149 片内 AD介绍 . 13 4.2.1 MSP430F149 片内 AD介绍 . 13 4.2.2 课题 AD转换模式 . 13 4.3 软件开发环境介绍 . 14 第 5 章 音频放大的设计 . 17 5.1 音频信号输入 . 17 5.1.1 数字电位器 X9313介绍 . 17 5.1.2 音频信号幅值改变方法 . 17 5.2 音频信号放大 . 18 5.2.1 NE5532 的介绍 . 18 5.2
9、.2 NE5532 音频放大电路 . 18 心得 . 20 结束语 . 20 第 4 页 参考文献 . 21 致谢 . 22 附录 . 23 附 录 1 自适应耳机焊接电路原理图 . 23 附录 2 自适应耳机焊接电路元器件清单列表 . 24 附录 3 相关模块驱动以及主程序 . 25 附录 3.1 X9313 驱动 . 25 附录 3.2 LCD1602 驱动 . 27 附录 3.3 主函数 . 31 第 5 页 第 1 章 绪论 1.1 课题的意义和应用背景 目前，我们在市场上买到的耳机，功能都还比较单一，不够智能化。比如说，当我们用智能手机、平板电脑等电子产品听音乐、看电影时，由于外界环
10、境噪声的干扰，需要增大、减小音量时，就避免不了以 手动的方式，去按智能手机、平板电脑等电子产品的音量增大、减小键，以达到自己期望的音量大小。这在多数情况下，让我们觉得比较麻烦。正是这样，才有了本课题的研究。 1.2 课题的主要研究内容 本课题，主要研究的内容是采用相关传感器，实时采集外界环境噪声，经过噪声处理和信号控制电路后，能够自动调整音量大小。基于以上研究内容，本文介绍了基于 MSP430F149 的自适应耳机的设计与制作。在本系统中，控制器能够自动测量环境噪声，并指示噪声等级；能够根据环境噪声等级，自动调整耳机输出音量，并指示音量等级；当然，我们也 能够通过对按键的调整，控制耳机输出音量
11、。所以，本系统对硬件，软件都有一定的要求，符合毕业设计的相关要求。 第 6 页 第 2 章 系统整体方案 2.1 系统整体方案介绍 整个系统由两大部分电路组成，一部分是对外界噪声环境的采集、处理；另一部分则是对音频信号的幅度调整；控制器选用的是 MSP430F149；人机交互界面选用的是 LCD1602，用于显示噪声环境的等级，以及输出音量的等级。 整个系统的工作流程是，用驻极体作为采集外界噪声环境的传感器，将采集到的微弱信号经放大器放大，然后经过检波电路检波，将噪声信号由交流信号变为 直流信号，这样便可以将直流信号送给 MSP430F149 片内 AD转换，对噪声信号进行等级划分， MSP4
12、30F149 根据噪声等级的大小，自动的去调整数字电位器X9313阻值的大小，从而也就调整了音频信号的幅值。 2.2 系统整体框图 图 2-2 自适应耳机系统框图 2.3 相关子模块方案论证 2.3.1 噪声检波电路 方案一：在华龙电子商场里，可以买到专门的噪声检波芯片，如AD536ASD/883，直 接买芯片的优点是省去了自己搭电路调试的过程，缺点是单片专用检波芯片的价格比较贵，高达 200多元。 方案二：可以自己利用电阻，电容，检波二极管等分立电子元器件，参照检波电路工作原理，试着搭电路，调试，反复尝试，直到能够满足系统要求为止。噪声采集 噪声放大 噪声检波 片内 AD MSP430F 1
13、49 音频输入 X9313 音频放大 按键 LCD1602 音频输出 第 7 页 该方案的优点是大大降低了毕业设计的成本，缺点是自己搭的电路，检波效果可能没有用专用检波芯片的效果理想。 综合考虑后，最后采用方案二，来解决噪声检波电路。 2.3.2 MSP430F149 控制器电路 方案一：关于系统上所用的控制器，可以自己焊接一块 MSP430F149 的最小系统板，这个并不是什么难事。 方案二：自己明白最小系统是什么，就没有必要非得自己去焊接，可以直接用实验室里的现成开发板。 考虑到整个系统中，还用到了液晶显示模块、按键模块，还有单片机在本课题中主要完成的是信号采集，处理的任务，调试程序需要花
14、费大量的时间，所以，故采用方案二，选用实验室里的力天电子的 MSP430F149开发板。 第 8 页 第 3 章 噪声信号的处理 3.1 噪声采集 3.1.1 驻极体介绍 驻极体话筒具有体积小、结构简单、电声性能好 、价格低的特点，广泛用于盒式录音机、无线话筒及声控等电路中。属于最常用的电容话筒。由于输入和输出阻抗很高，所以要在这种话筒外壳内设置一个场效应管作为阻抗转换器，为此驻极体电容式话筒在工作时需要直流工作电压。驻极体价格很低，损坏后做更换处理，关于驻极体选配要注意以下两点：（ 1）两根和三根引脚的驻极体之间不能直接替代，一般情况下也不做改动电路的代替。（ 2）驻极体没有型号之分，相同引
15、脚数的话筒可以代替，只是存在性能上的差别。 其工作原理是，高分子极化膜上生产时就注入了一定的永久电荷 (Q)，由于没有放电回路，这 个电荷量是不变的，在声波的作用下，极化膜随着声音震动，因此和背极的距离也跟着变化，也就是锁极化膜和背极间的电容是随声波变化。驻极体总的电荷量是不变，当极板在声波压力下后退时，电容量减小，电容两极间的电压就会成反比的升高，反之电容量增加时电容两极间的电压就会成反比的降低。最后再通过阻抗非常高的场效应将电容两端的电压取出来，同时进行放大，我们就可以得到和声音对应的电压了。 3.1.2 驻极体采集电路 驻极体话筒由声电转换和阻抗变换两部分组成，源极接地，漏极接电路，将声
16、信号转换为电信。课题中采用的驻极体采集电路如 图 3-1-1所示。 4.7KR1100R210uFC110uFC2+3.3测试点 1noise图 3-1-1驻极体采集电路 原理图 第 9 页 用手机播放音乐，模拟外界环境噪声，测试驻极体电路对噪声信号的采集能力， 通过示波器观察，其电压幅值能达到 70 80mv。如图 3-1-2所示。 图 3-1-2驻极体采集电路 实物图 3.2 噪声放大 3.2.1 TL082 介绍 TL082是一种通用的 J-FET双运算放大器。其特点有：较低的输入偏置电压和偏移电流；输出设有短路保护；输入级具有较高的输入阻抗；内部建有频率补偿电路；较高的压摆率。 3.2.2 TL082 放大电路 由于测试得到，驻极体 采集到的噪声信号幅值只有几十毫伏，噪声信号幅值比较微弱，如果直接送给噪声检波电路，很难达到理想检波效果。所以为了确保检波效果明显，在检波前加了一级放大倍数为 70倍的反相放大电路，这样，就可以将毫伏级的信号放大到了伏特级。为后面的检波电路提供了有利条件。如图3-2-1所示。
