一种单片机控制发声稳频电喇叭的方法及装置

一种单片机控制发声稳频电喇叭的方法及装置

本发明涉及机动车辆电喇叭，特别是一种单片机控制发声稳频电喇叭的方法及装置。

目前，机动车辆的电喇叭基本是由电磁驱动一振膜，由振膜推动空气发声的，而这一种喇叭中电磁体的吸合由一触点控制，在喇叭工作时，由于触点在很高的频率下(一般为300-600HZ)工作，大电流通断产生很大的火花，触点因电火花的侵蚀喇叭不仅寿命很短，同时也在不断偏离出厂时调整的频率和声级而产生变音及声音变小，杂音增加的弊病，而且在生产过程中要想使喇叭的发声频率和喇叭的固有机械谐振点一致使之达到最大的发声效率及最省电的状态也十分不容易。所以近年来随着电子技术的发展，相继有人发明了各种电子装置来取消触点，而由电子电路产生脉冲电流驱动振膜电磁铁，由于需按每只喇叭的固有机械谐振点进行调整，所以全部采用了以电阻电容为频率调整的电路，如各类多谐振荡器，时基电路，脉冲宽度调制控制电路等组成，此类电路由于受半导体器件和电阻电容元件的温度，及电压特性的影响，其输出频率受环境温度，机动车辆电压影响不能保持和喇叭的固有机械谐振点一致的频率上，因此上述电子喇叭虽然比有触点喇叭寿命长，但却仍然存在着受环境温度，机动车辆电压影响而变音和输出声级大幅度下降的弱点而至今不能推广应用。

本发明的目的是：针对现有技术存在的问题，设计并提供一种采用石英晶体振荡器产生稳定基准，由单片机控制，按照存在数据寄存器中每只喇叭的喇叭的固有机械谐振点进行校正，使电子驱动信号和每只喇叭的喇叭的固有机械谐振点精确同步的方法及装置。

本发明是通过下列方式予以实现的：一种控制发声稳频电喇叭的方法，通过单片机等电子元件实现，其特征在于：首先是上电初始化单元1在石英振荡器启动的同时对单片机内各寄存器复位清“0”，并对单片机的各端口按指定要求设定为输入或输出状态，然后经预分频单元2对石英晶体振荡器产生的高频信号用单片机的部分寄存器按程序指定的喇叭标准工作范围内的频率进行预分频到设定值，接着是分频修正单元3按喇叭数据存储器单元9内喇叭数据对经过预分频单元2的脉冲进行精确分频修正，使输出脉冲频率和每只喇叭机械振膜的频率相符，通常精度可达到±0.05HZ，脉冲修正单元4按脉冲占空比修正存储器单元10中存储的每只喇叭的最佳脉冲占空比，对经过分频修正单元3的脉冲串高低电平时间的比例进行修正，使喇叭达到最佳的发声特性，这里脉冲(驱动信号)的占空比可根据不同喇叭的发音特性在1～99％的范围内任意调节，输出缓冲推动单元5对单片机输出的脉冲信号加以缓冲放大，功率放大单元6对经过单元5的脉冲信号进行电流放大。用以推动喇叭电磁线圈，过压保护单元7对喇叭电磁线圈在大电流脉冲作用下产生的正反向过电压进行吸收以保护功率晶体管不损坏，最后进入喇叭单元8而发声。

实现上述方法的装置，由单片机等电子元件构成，其特征在于：电源供给单元11由防极性接反电路12、电源稳压滤波电路13和上电复位电路14构成，其中电源稳压滤波电路13的输出端接单片机的输入端，单片机的信号输出端经功率放大单元6的功率放大驱动电路T1接喇叭单元8，单片机的数据端接喇叭数据存储装置16。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：1、本发明采用石英晶体振荡器产生稳定基准信号，单片机特定程序对其控制产生出符合喇叭全频段发音特点的并用软件程序产生特定脉宽的基准频率按存储器中每只喇叭的数据进行校正，经放大后推动驱动喇叭振膜电磁铁发声，解决了一般方法不能对石英晶体振荡器的频率进行任意分频及用数字VCO压控振荡器虽可解决分频问题，但不能解决脉宽任意调节的问题以及其本身相对喇叭的高昂价格和调整方法不宜在喇叭中应用等问题。

2、本发明的喇叭使用寿命长，克服了原触点式的喇叭使用中不断偏离出厂时调整的频率和声级而产生的变音及声音变小的不足，可达到最大的发声效率及省电状态。同时，也克服了采用电子装置取消触点的各种电喇叭受环境温度、机动车辆电压影响而出现变音和输出声级大幅度下降的弱点。

3、本发明可实现一机多用，除作为已给出的稳定可调频驱动的机车电喇叭外，即可在机车供给电压变化很大的情况下保持稳定的频率输出，在电压变化时只是输出声级有变化，如标称电压为12V的单片机控制发声稳频电喇叭可在6.5～16V范围内稳定工作，解决了现有技术各类由电磁铁驱动的振膜发声喇叭所解决不了的问题，由于其输出频率与电压无关，因此可通过改变输入电压的方法作为变声级喇叭使用，在城市中用低声级鸣叫以减少环境污染，在环境嘈杂地区用高声级鸣叫确保行车安全。另外，也可作为频率及脉宽可调的信号源使用。

图1是本发明的控制方法流程图；图2是本发明的实现前述控制方法的装置最佳实施例的电路原理图。

图是：1上电初始化单元、2预分频单元、3分频修正单元、4脉冲修正单元、5输出缓冲推动单元、6功率放大单元、7过压保护单元、8喇叭单元、9喇叭数据存储器单元、10脉冲占空比修正存储器单元、11电源供给单元、12防极性接反电路(包括D1)、13电源稳压滤波电路(包括电阻R1、R2、电容C1、稳压二极管DW1)、14上电复位电路(包括电阻R3、电容C2)、15单片机和石英振荡器频率产生控制单元(由上电初始化单元1、采用石英晶体振荡器进行的预分频单元2、按喇叭数据进行的分频修正单元3、按指定脉冲占空比对每个脉冲的脉冲修正单元4及输出缓冲推动单元5构成)、16喇叭数据存储装置(由喇叭数据存储器单元9和脉冲占空比修正存储器单元10构成，主要用于存储每只喇叭的在调整时获得的频率特性参数，可由单片机内部或外部的ROM，EPROM，EEPROM，FLASH或其它能进行数据存储的装置组成，如熔丝矩阵、开关矩阵、插针矩阵等组成)。

上述图2为本发明的最佳实施例的电路原理图，电阻R1(或称限流电阻)、R2(或称分压泄放电阻)、电容C1(或称退耦滤波电容)、稳压二极管DW1构成电源稳压滤波电路13。电阻R3、电容C2构成上电复位电路14。二极管D1构成防极性接发电路12。二极管D2、电容C5构成单元7的过压保护电路，C5用于吸收喇叭电磁铁在脉冲激励下产生的正向过电压，用于保护功率输出级的场效应晶体管或达林顿晶体管。功率放大单元6的功率放大驱动电路可采用场效应管T1(或达林顿晶体管)。另外，电容C4用于电路的滤波退耦。还有就是本发明所采用的单片机可选Z8，51，PIC系列的单片机，或其它具有CPU，I/O，RAM，ROM(EPROM，EEPROM，FLASH或其它类似功能)类似功能的芯片组成。

本发明的最佳实施例：一种控制发声稳频电喇叭的方法，通过单片机等电子元件实现，其特征在于：首先是上电初始化单元1在石英振荡器启动的同时对单片机内各寄存器复位清“0”，并对单片机的各端口按指定要求设定为输入或输出状态，然后经预分频单元2对石英晶体振荡器产生的高频信号用单片机的部分寄存器按程序指定的喇叭标准工作范围内的频率进行预分频到设定值，接着是分频修正单元3按喇叭数据存储器单元9内喇叭数据对经过预分频单元2的脉冲进行精确分频修正，使输出脉冲频率和每只喇叭机械振膜的频率相符，通常精度可达到±0.05HZ，脉冲修正单元4按脉冲占空比修正存储器单元10中存储的每只喇叭的最佳脉冲占空比，对经过分频修正单元3的脉冲串高低电平时间的比例进行修正，使喇叭达到最佳的发声特性，这里脉冲(驱动信号)的占空比可根据不同喇叭的发音特性在1～99％的范围内任意调节，输出缓冲推动单元5对单片机输出的脉冲信号加以缓冲放大，功率放大单元6对经过单元5的脉冲信号进行电流放大。用以推动喇叭电磁线圈，过压保护单元7对喇叭电磁线圈在大电流脉冲作用下产生的正反向过电压进行吸收以保护功率晶体管不损坏，最后进入喇叭单元8而发声。

实现上述方法的装置，由单片机等电子元件构成，其特征在于：电源供给单元11由防极性接反电路12、电源稳压滤波电路13和上电复位电路14构成，其中电源稳压滤波电路13的输出端接单片机的电源输入端，单片机的信号输出端经功率放大单元6的功率放大驱动电路T1接喇叭单元8，单片机的数据端接喇叭数据存储装置16。本发明的最佳实施例的电路原理图叙述如下：当电源按本电路极性要求接通电路时，电源经防极性接反电路12的二极管D1，和由R1，R2，DW1、C1组成的稳压滤波电路13，用来对输入电压降压成为适合单片机系统工作的电源，C1用来消除喇叭工作时电源的脉动成分。R3、C2组成上电复位电路14为单片机提供一上电延时，使单片机对各寄存器清“0”。石英晶体振荡器用单片机本身的振荡电路外加石英晶体TX1和电容C3、C4组成，上电复位振荡稳定后按程序对石英振荡器的高频振荡信号进行预分频，并按喇叭数据存储器9中储存的每只喇叭的不同频率特性进行精确的分频校正，并按喇叭对驱动脉冲占空比系数的要求进行校正，经输出缓冲推动单元5后推动功率晶体管进行放大(功率晶体管可用场效应晶体管T1或达林顿晶体管)后驱动喇叭单元8的电磁铁带动振膜发声，为防止喇叭电磁铁在大电流脉冲作用下产生的正反向过电压击穿大功率晶体管T1，用二极管D2对反向过电压进行泄放，用C5对正向过电压进行吸收。