基于MK7A23P混合脉宽方式调节音量的警报器设计

　　随着报警器的多样化和广泛应用，有效地控制各种事故的发生。不同的应用场合要求不同的音源，因此对报警音源的种类要求越来越多。

　　警报器输出音量大，通常在120 dB以上，因此输出功率大，如果音量调节采用线性方式，效率仅为40% ~ 60 %，损耗功率大所需要的散热片面积也大,不利于安装和节能。

　　因此通常采用开关方式调节音量，效率可达85% ~ 95 %，但现有的警报器调节音量时音色改变,音量越小音色改变越大，且整体电路复杂。因此需要开发一种调节音量时音色不变、效率高、可产生多种报警音源，且电路简单的大功率报警器。

　　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 MK 7A 23P单片机以脉宽方式调节音量，解决了上述问题。MK 7A23P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 MK 7A 23P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。

　　表 1.通用报警音源频率及用途

　　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。

图 1.典型的 3种音源的频率改变图。

　　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。

图 2.每个周期调节脉宽的波形。

　　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 kH z以上，图 3所示。

图 3. 两种信号相乘时脉宽波形。

　　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。