单片机课程设计(论文)单片机音乐彩灯控制器的设计.doc
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1、 电子工程学院课程设计(设计)课 题音乐彩灯控制器设计教 研 室 专 业应用电子班 级08级电子学生姓名 学 号导师姓名 职称 2011年月 日摘 要 声控音乐彩灯是音乐声响与彩灯灯光的相互组合,使音乐的旋律伴以亮度、颜色和图案不断变换的灯光,使人的视觉和听觉结合在一起,获得综合的艺术享受。设计了一个由音乐声响控制彩灯灯光效果的控制电路.该彩灯控制器有两路,分别由不同颜色的LED组成;驻极体话筒拾取语音信号经过运放放大以及电容耦合,RC滤波后去控制后续电路.第一路通过一组电压比较器对输入的信号进行比较达到点亮不同数目的LED的目的;音量大,彩灯被点亮的数目增多,音量低,彩灯被点亮数目减少;第二
2、路分别通过一个高通滤波器和低通滤波器达到按音调高低控制彩灯的目的.低音时,某一部分亮;高音时,另一部分灯亮. 一、课程设计目的 1、 通过电子技术基础(模电、数电)课程的学习,使学生在掌握基本理论知识的基础上,学会常见电子集成器件的使用。2、 通过设计一个模数结合的小型电子电路系统,使学生了解电子电路设计的方法、步骤;学会元器件的选用;学会用软件仿真验证设计方案的正确性;培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力。3、 通过搭建调试电路,进一步熟悉相关仪器设备的使用。4、 通过绘制电路图,熟悉Protel的使用,扩充专业知识技能。5、 规范化训练学生撰写技术研究报告,提高书面表达能力。二、课程设
3、计任务与要求(1) 设计一个音乐声响与彩灯灯光相互组合的彩灯控制电路。(2) 有三路不同控制方法的彩灯,用不同颜色的LED表示。(3) 第一路为音乐节奏控制彩灯,按音乐节拍变换彩灯花样。(4) 第二路按音乐大小控制彩灯,音量大时,彩灯亮度加大,反之亦然(5) 第三路按因音调高低控制彩。关键字:555 时基电路、音乐大小、节奏、音调。目 录第一章 绪 论1第二章 音乐大小控制彩灯22.1系统设计思路22.2 音乐大小控制彩灯的工作原理32.3音乐大小控制彩灯的电路设计.32.3.1 电源电路设计32.3.3 放大电路设计52.3.2 音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现6第三章 音乐节奏控制彩灯8
4、3.1 音乐节奏控制彩灯的工作原理.83.2 音乐节奏控制彩灯的电路设计83.2.1 音乐节奏控制彩灯的主要参数计算83.2.2 音乐节奏控制彩灯总电路实现10第四章 音调高低控制彩灯124.1 音调高低控制彩灯的工作原理124.2 音调高低控制彩灯的电路设计124.2.1音调高低控制彩灯的主要参数计算124.2.2 音调高低控制彩灯的电路图14第五章 实物的制作和调试15总 结19参考文献21附 录22第一章 系统设计随着科学的发展,人们生活水平的提高,人们不满足于吃饱穿暖,而要有更高的精神享受。不论是思想,还是视觉,人们都在追求更高的美。特别使在视觉方面,人们不满足于一种光,彩灯的诞生让人
5、们是视觉对美有了更深的认识。但现在市面上的音乐彩灯只是按照一定的方式闪烁,让人们感觉到十分的粗糙无味,更没有声音那样用震撼力,音乐彩灯的出现让我们既有了听觉上的享受,更有了精神上的享受。但现在市面上的音乐彩灯只是按照音乐的一种方式闪烁,和音乐没多大关系,根本不能称为音乐彩灯。本设计是一个音乐彩灯控制器 ,使其实用于家庭、商场、橱窗、舞厅、咖啡厅、公共广场等场所的摆设、装饰、广告、环境净化与美化,本电路的最大优点是可以实现音乐以三种方式控制彩灯的闪亮。实现了音乐大小、节奏、音调的控制。该彩灯控制器有两路,分别由不同颜色的LED组成;通过音源端拾取语音信号经过运放放大以及电容耦合,RC滤波后去控制
6、后续电路.第一路通过一组电压比较器对输入的信号进行比较达到点亮不同数目的LED的目的;音量大,彩灯被点亮的数目增多,音量低,彩灯被点亮数目减少;第二路分别通过一个高通滤波器和低通滤波器达到按音调高低控制彩灯的目的.低音时,某一部分亮;高音时,另一部分灯亮.第二章 音乐大小控制彩灯2.1系统设计思路音频在电信号中表现为多个正弦波叠加而形成。音乐的大小就表现为是演唱者的声音的强弱起伏,它在音频信号中表现为正弦波的波峰和波谷,所以在他达到波峰时说明他的音量大。在波谷是音量就小,所就需要一个触发电路使他在音量大的时候就彩灯发光,音量小的时候灯灭。综合考虑:选择了NE555够成的单稳态电路,由于单稳态电
7、路是低电平触发所以还需要一个反相放大器。音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现,实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。根据设计要求,彩灯要随着节奏闪亮,需要一个触发电路来检测脉冲信号并产生计数脉冲。根据要求选择了NE555构成的无稳态触发器,由于触发器的触发电压比音频信号的高就还需要一个放大电路,有触发信号后就还需要计数器和译码器来使彩灯闪亮。音调主要由声音的频率决定,同时也与声音强度有关。对一定强度的纯音,音调随频率的升降而升降;对一定频率的纯音、低频纯音的音调随声强增加而下降,高频纯音的音调却随强度增加而上升,所以应用滤波器滤出高频、低频。以方便驱动彩灯发光。图2-1 总体框图信号源经放大器放大
8、后输出分别送往:(1)单稳态触发器,输出脉冲信号通过驱动电路来驱使彩灯发光;(2)多谐振荡器脉冲输出到计数器,计数脉冲通过计数和译码驱使彩灯发光;(3)送往高低通电路,取出所需要频段信号后驱动彩灯发光2.2 音乐大小控制彩灯的工作原理音乐的大小,是原唱者的声音的强弱起伏,它在音频信号中表现为正弦波的波峰,所以在他达到波峰时说明他的音乐大。在波谷是他就小,所以就需要设计一个触发电路,由声音的强弱控制,根据要求使用了NE555时基电路中的单稳态电路,触发后驱动LED发光。由于音频电压过小,所以还要设计一个放大电路。图2-2 音乐大小2.3音乐大小控制彩灯的电路实现.2.3.1 电源电路设计单稳态电
9、路的工作电压在318V之间,选取12V电压为电源电压,所以设计时使用220V交流电压经过变压后得到12V的交流电压,再经过桥式整流、整流滤波后由三端稳压7812稳压为12V,供给各个电路元件使用。1电源电路结构常见小功率直流稳压电源系统由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等四部分组成,如图2-3所示:图2-3 电源电路结构图稳压电路根据调整元件类型可分为电子管稳压电路、三极管稳压电路、可控硅稳压电路,集成稳压电路等。根据调整元件与负载连接方法,可分为并联型和串联型。根据调整元件工作状态不同,可分为线性和开关型稳压电路。本电路主要采用集成三端稳压电路。图2-4 电源电路2 电源电路参数计算
10、(1)桥式整流二极管参数计算正向平均电流: 最大反向电压: (2)滤波电容参数:取C2=1000F电容耐压:取V,故电容参数为C:1000F/25V。通过稳压管7812后 稳压为12V,提供给各个电路。2.3.3 放大电路由于555单稳态电路是低电平触发,所以设计时采用了反向放大,三极管起反向作用,放大电源由可得如图2-5所示。图2-5 放大电路VT(9014) b-e极承受的极限电压在0.7V,最大电流为0.1A,所以根据基尔霍夫定理得:, 可得: =330KRP为调谐电阻,由于单稳态电路的触发电压在Vdd/3左右,所以调整555的2脚电压在上下波动,这样才能是单稳态电路触发,由于电阻可变放
11、大倍数不用计算,9014的放大倍数在1001000之间足以使电压达到单稳态所需的=4V。3单稳态电路:图2-6 单稳态电路由于电容的容量和耐压不好选,所以就先选电容为,设单稳态的暂态时间为。根据公式: 得 所以取5k4.限流电阻的计算由于的脚电压为2V,LED的承受电流为30mA,取的最大取值为:=667=6802.3.2 音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现设计电源电路为了NE555提供稳定的直流电源12V;设计NE555时基电路构成单稳态触发电路,经过限流电阻,点亮电路用LED发光二极管。图2-6 音乐大小电路图音频输入后,经过由VT组成的音频放大器电压放大。555时基电路与电阻、电容接成典
12、型的但问他了工作模式,由于、的取值较小,所以暂态时间非常短,。限流电阻构成保护电路,去驱动LED闪亮。音频输入时,经VT反向放大,使时基电路2脚电平在上下波动。当电位不大于时,时基电路置位,进入暂态,3脚输出高电平,晶闸管导通,LED发光。由于暂态时间很短,很快又翻回稳态,LED彩灯熄灭,也就是说彩灯不会有停滞状态,它能随时基电路的2脚电平即音频电信号的变化而变化。当变阻器的电阻越小,静态时555的 2脚电平越高,电路的声控灵敏度就越低,所以根据需要调节变位器。仿真实验:图 2-6 仿真波形图2-6中的斜线表示触发经放大后的音频信号,方波表示的是输出信号。由图可知,音频信号经过放大之后进入单稳
13、态集成电路.从图2-6可以看出正弦波处于正半波上升沿是,单稳态触发并输出信号,由此可知当音乐音量大小改变时,正弦波增大,那么彩灯闪亮的速率加快,音量减小时,波的幅度减小,彩灯闪亮减慢或停止。第三章 音乐节奏控制彩灯3.1 音乐节奏控制彩灯的工作原理.音乐的节奏往往是由乐队的鼓点来体现,实质上是具有一定时间间隔的脉冲信号。我们的目标是 要彩灯按照节奏依次闪亮。因此,设计了一个多谐振荡器,由音乐信号调谐,产生计数脉冲,使彩灯循环点亮的速率随音乐的节奏而改变。有了节奏脉冲,还应有计数和译码,这样才能依次点亮彩灯。LED点亮时,由于脉冲电流过大所以还需要限流电阻保护LED。由于在触发节奏脉冲的电压比输
14、出的音频信号大,所以还需要一个音频放大电路。电源与上电路公用一个。电路工作原理:音频信号输入后经过放大电路放大后进入多谐振荡调制其频率,多谐振荡产生出脉冲信号后送计数器计数后译码,再送入驱动电路驱动彩灯闪亮。图3-1 节奏流程框图3.2 音乐节奏控制彩灯的实现3.2.1 音乐节奏控制彩灯的主要参数计算1、音频放大电路放大电路使用共集电极放大:工作电压为12V,三极管为9014,9014的放大倍数在1001000 ,而b-e极电压小于0.7V才能饱和导通,所以用1M的电阻使电压适合于三极管的放大。由于9014承受的最大电流,。2、无稳态电路图3-2 无稳态电路该电路工作电压设为12V,当远远大于
15、时,,此时输出的波形为理想对称的方波,所以使用的可变电阻,这样实现了方波,也使可以调节电路的灵敏度。C1在充、放电过程中,其电压在的1/3到2/3之间变化,所以时基电路3脚输出高电平的时间可用以下式表示(即充电周期),即3脚输出低电平时间(即放电周期): 振荡周期: 振荡频率为: 输出脉冲占空比: 根据以上公式可以求出、,由于电容在市场上的型号不多。所以就选相近的,3 其他电路CD4017的供电的电压为3V15V为了方便电源供电就选用12V作为供电电压。LED的供电电压为3V,电流为15mA,所以要串联一个稳压电阻,由基尔霍夫定理得:, 所以=6003.2.2 音乐节奏控制彩灯总电路实现三极管
16、构成放大电路,放大后送振荡电路。用NE555够成自激振荡器送出方波,即是脉冲信号,计数器和译码器用CD4017,他集成了计数和译码两项功能,减小了电路,节约了成本,经过限流电阻LED发光。图3-4 节奏电路图晶体管Q1组成音频放大器,他将音频信号加以放大,然后通过电容C2电位器R3加到ME555时基电路的5脚,对555构成的振荡器进行调制。CD4017为十进制计数器,其CP端输入的计数脉冲来自NE555时基电路组成的多谐振荡器。当CP端源源不断地输入计数脉冲时,它的输出端Q1-Q9就依次循环输出高电平。使彩灯LED1LED10依次点亮。调节电位器,因改时基电路的振荡频率,故使彩灯LED1LED
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