用ATMega8, 16.9344M晶振, 14位r-2r作为DAC, 实现了流畅播放16位 44.1kbps单声道wav. 双声道没试, 估计超点频应该差不多了.

这东西有点说来话长. 最早是amobbs的马潮老师出了个题目, 8*8的LED屏, 中间四个常亮, 最外圈亮一个转圈跑. 那会儿我正好有块点阵屏闲着, 就焊了一块板, 从开始写程序计算, 39分钟解决了.

讨论过程中师弟TwoPerson把这位马潮老师惹怒了. 于是他放出狂言, 原文如下:

如果不服, 可以再次比试. 你在北大找5个学生, 组成一个小组. 用m16加一片lm324, 设计一个读取sd卡上wave文件, 并播放的wave播放器, 看谁做的好. 给你们一个月的时间, 下个学期开学我到北大找你, 比试实物效果.

在我这个外行看来, 这个题目也就是一个人两三天到一周左右的工作量, 至于五个人搞一个月么? 不过后来事情一多也就把这回事忘了.

今年1月份想起来了, 于是动手开干. 用8位PWM先试了一次, 从学习SD协议、实现FAT开始, 焊接、写程序到调试全算上, 用了两个晚上、周六全天加周日半天, 基本完事. 当然8位PWM的音质有点惨不忍睹……

这次改用r-2r ladder来实现16位输出 …

见ST的两个应用笔记, AN2927和AN2896. 基本原理就是把触摸区域当作一个电容, 用一个IO口通过大电阻对触摸区域充放电, 另一个IO口来读取状态, 记录充放电时间. 当手指摸上去时, 这个电容变大了, 因此充放电时间会变长.

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常识告诉我们...... 别急, 不要太相信常识, 一切要用数据说话.

100万千瓦的核电站: 每年耗铀约30吨. 铀的密度很高, 和黄金差不多, 30吨铀也就是家里的大衣柜那么大, 一辆重型卡车就能拉走. 核燃料和核废料的运输和储存都有极严格的程序, 除非发生事故, 想泄露点都是很难的. 核废料最终会熔炼成类似玻璃的状态, 用水泥之类包裹, 再深埋处理. 一年埋一个大衣柜体积的核废料, 真的不算多, 一家人一年扔掉的生活垃圾估计都远不止这点体积.

100万千瓦的火电站: 火电排放大量的粉尘和CO2之类, 这些都不用说了. 每年耗煤300万吨, 还用30吨重卡拉走的话, 就得10万辆, 平均每天就得300辆了. 注意这里还有个问题: 煤里也含有微量的铀. 在中国, 煤的平均含铀量大约3个ppm, 也就是说100万吨煤里就有3吨铀, 300万吨煤里就是9吨. 这些铀一部分随着烟尘排放到大气中, 一部分成了粉煤灰, 然后被加工成水泥、空心砖之类, 做了建筑材料.

完了没有? 没完. 煤里还有另外一种放射性元素钍, 含量还要高一些, 在中国平均为6~10ppm. 也就是说这个100万千瓦的火电站每年消耗的300万吨煤里含有18~30吨的钍. 这些钍也一样, 要么被排放到大气中, 要么做了建筑材料.

这还不算, 煤里还含有微量的钋 …

功能很简单, 就是发出字母V的莫尔斯电码"...-", 用来调试机器, 很好用.

原理图:

由CD4060组成约100kHz的RC振荡器, 6次二分频后得到大约600Hz的音频信号; 继续由74HC393分频得到4bit控制信号, 由两只CD4011组成的逻辑电路变换成字母V的开关信号, 最后由一只NPN管实现600Hz音频调制.

用一只8脚单片机的话, 硬件上可以更简单. 用逻辑电路的好处是不用调试, 焊好通电就能工作了.

开始由一只10440锂电池直接供电, 结果发现电池电压变化会严重影响音调, 于是增加了HT7750升压电路, 让它在固定5V电压下工作, 效果好多了.

分别用LA1600和分立器件实现了两个中波外差机.

效果差不多, 在阳台上能收到中国之声一个台, 别的台都收不到了. 总之和之前做的直放机没啥区别吧.

大概是输入回路的Q值太低, 弱信号全被中国之声压住了. 有空了再做FM机试试吧.

这次是PCM2702+NE5534+2P2的组合——以USB的供电能力最多只能带动2P2了.

相当小巧, PCB面积比公交卡还小, 不过输出变压器没包括在内.

电路图如下, PCM2702输出的音频信号由NE5534反相放大后推动2P2.

主要的麻烦是供电, 一只2P2需要60V屏压、1.2或2.4V灯丝、-3.5V栅偏压. 60V高压用LM2577升压得到; 这里用灯丝串联电阻R14上的压降来代替栅偏压, 于是可以省下一组供电. 此外NE5534的最高供电电压是±22V, 这里给它提供了一路30V电压. 这块小板子上供电占了大概1/3的面积.

效果么...... 只能说还凑合吧, 主要是音量太小了, 2P2的输出功率只有100mW. 下次试试两只2P2推挽的效果吧.

说来惭愧, 玩了这么多年无线电, 以前从来没装响过一台收音机...... 后来发现, 不是收音机不行, 而是那会儿宿舍的电磁环境太差了, 用成品Philips D1875也照样一个AM台也收不到.

636估计是除了矿石机以外, 最简单的能收到台的收音机了, 电路图如下:

这个电路图实际上已经是加强版了, 原版的636是没有倍压检波的. 我这次的实验用了长磁棒和空气双联, 跟当年的成品636相比, 可以算是豪华版了. 在阳台上试了一下, 中波低端可以收到中国之声, 声音挺清楚；高端就收不到什么信号了.

636后来的版本又加上了再生, 应该能加强一些灵敏度和选择性；但是现在的电磁环境跟60年代不能相比了, 已经不适合装直放机了. 以后还是玩外差机吧.

之前试验各种升压电路的结论是, 要想实现从单节锂电升压到5V或更高、大电流输出, PWM ic必须具有以下几个性能:

1. 工作电压足够低, 一般锂电终止放电电压定在3.0V上下, 因此PWM ic的最低工作电压最好是2.7V或者更低;

2. 必须是推挽输出, 否则输出电流不够, MOS开关管要么不能完全导通, 要么不能完全关断, 两种情况都严重影响效率;

之前的实验里, NE555在5V升6.3V时表现良好, 但它的最低工作电压只能到4.5V, 不符合上述条件1. 于是想到能否用自举电路或者用7660倍压给NE555供电呢？搭电路实验, 结果如下:

使用自举电路时, 正常启动后, 输入电压可以一直低到1.8V都能正常升压工作; 但输入电压低于4.0V时不能启动. 可见此路不通.

使用7660倍压时可以在2.8V正常启动, 算是勉强达到要求, 可靠性还是不足.

可以再试试用BL8530、HT7750之类小功率升压ic为NE555辅助供电, 如果还是不行, 那就得放弃用NE555实现单节锂电升5V的思路了.

常用的LM2596芯片可以方便地搭成各种降压式开关稳压电源, 但要用单片机来控制它的输出电压就稍微有点麻烦了——主要的思路有两种, 一种是使用传统的电位器控制方式, 用单片机控制数字电位器来代替模拟电位器; 另一种则是利用单片机的PWM或DAC输出一个控制电压, 引入到LM2596的反馈环路中. 这次试验的是后一种思路.

如图, 设输出电压为Vout, 控制电压为Vctrl, LM2596的反馈端电压为Vfb, 根据运放的基本性质可得：

Vctrl * R3/(R3+R8) + Vfb * R8/(R3+R8) = Vout * R9 / (R2+R9)

按上图的参数, 可以写为Vctrl * 10/11 + Vfb * 1/11 = Vout * 1/4

对于LM2596-ADJ, 其Vfb = 1.23V, 于是有Vout = 4/11 * (10 * Vctrl + 1.23 )

于是, 当Vctrl = 0V时, 输出电压为1 …

前者是用AVR的io口模拟PWM, 驱动8个LED闪亮.

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装到大玻璃瓶里, 关了灯看, 效果不错.

分别试验了用PCF8574, 74HC164和用一片ATmega48实现用串口驱动1602液晶屏.

PCF8574的方案很简单, 4个IO按4线法连接LCD高4位, 2个IO连接EN端和RS端. LCD RW直接接地, 用一只7660产生负压. 需要占用i2c口, 显示速度慢、性价比也低, 总之不推荐.

用ATmega48扩展的话, 可以8线连接, 接口用i2c、spi、uart都可以, 用一个PWM口产生负压可以节省一只7660, 是最灵活的方式, 不过用uart时需要双方都有晶振.

用74HC164要多占用两个IO, 不过用一些小技巧可以实现只占用两个GPIO：如图, 用电阻和二极管形成一个与门, 在串行写入数据时将最高位置1, 写完8bit后再拉高DATA端, 此时与门输出高电平, EN动作. 之后要拉低DATA, 连续八个CLK以清空164输出端, 避免影响下一轮. 实测写LCD快速、稳定, 成本也是三种方式里最低的.

后记: 后来还是觉得4线接法驱动LCD1602不太稳定. 继续改进, 改为用HC164的八个输出驱动LCD1602的全部8位数据接口, 输入端同时驱动RS脚, 同时再用一个IO来驱动EN脚. 总共用了三个IO, 不过稳定性好多了.