基于MK7A23P混合脉宽方式调节音量的警报器设计

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。
1．3 大功率警报器整体电路框图
整体电路框图如图4所示，由简单的驱动器组成的功率放大器、音量调节用电位器、过压检测器、音源选择开关、单片机等部分组成，具有完善的保护功能和很高的效率。

框图中开关功率放大器部分通过电路控制可以改变输出端的脉冲宽度，从而改变波形的能量，可以控制开关音量调节。根据频率与声音的关系可以知道，当功率放大器的功率管总是处于开关状态时，如果方波的高度不变，改变其宽度即可改变音量，从而实现开关音量调节。
1．4 MK7A23P单片机的特性
MK7A23P是带15位A／D的RISC高性能8位微控制器，它内含2×16bit的OTP形式ROM程序存储器、128×8 bit的RAM、5个定时器／计数器、多个I／O口、4路比较器和2路PWM输出。一个指令周期由2个系统时钟组成，因此运行速度很快，有4种复位形式，双时钟模式，有内部RC振荡器、WTD，有8脚和14脚等多种封装，I／O口在输入状态下，可置为上拉电阻模式。因此可省去外部的复位电路、振荡器和上拉电阻。
1．5 改进的大功率警报器的音量调节技术
音源的每个周期中比例调节脉宽的方法导致音色改变，因此除了连续调频调以外的音源可用与2种信号相乘方法进行音量调节。而连续调频的音量调节采用每周期中比例调节脉宽的方法，实验表明，由于频率改变较慢，因此听觉上音色改变量很小。
音量可分为64步或128步调节，实验表明64步时最小音量较大，因此采用128步调节。
按音量的衰减比例调整脉宽时，脉宽的时间由式(1)决定。式中TPWM为脉宽时间，N为A／D读入的衰减量，范围是0～128的连续量，TS为音源信号的周期。

MK7A23P单片机无乘法指令，但运行速度很快，使用内部RC振荡器以4 MHz工作时，运行16×8乘法程序仅需要约50μs，而音源的最高频率1 650 Hz时周期为606μs，有足够的处理时间。除256可右移8次即可实现，且运行时间很短。
设计程序时，按音源的频率产生中断，然后计算脉宽，输出高电平延时TPWM后再输出低电平。
其他音源调节音量时，可使用MK7A23P内部的PWM发生器。MK7A23P内有8位的PWM1、PWM2发生器，时间常数由4个定时器管理，可自动装入，运行速度很快。