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1、-范文最新推荐-1 / 15STC12C5A60S2 单片机的音乐喷泉控制系统的设计+源程序摘要：随着科学技术突飞猛进的发展和人民生活水平的不断提高，许多城市的市民广场、单位和居民生活小区里都能看到各种形式的音乐喷泉。根据目前音乐喷泉的发展现状，本文设计了一个由单片机控制的小型音乐喷泉。单片机根据音乐的强弱对 LED 灯和水泵进行控制，进而控制喷泉水柱的高低。输入为音乐信号，输出为对水泵转速或阀门的控制量。以单片机为核心的嵌入式控制器，具有性价比高，体积小，易于操作和维护等优点，特别适合小型广场和居民区。4672关键词：音乐喷泉；单片机；单片机控制Design of Music Fountai
2、n Control System Based onAbstract: With the development of science and technology by leaps and bounds and peoples living level unceasing enhancement, many citizens in the citys square, the units and residents living community can be seen in the various forms of music fountain. According to the prese
3、nt situation of music fountain, this paper introduces the design of a microcomputer controlled by the small music fountain. According to single chip music strength to control LED lights and water pump, and then control the level of the fountain water column. Input music signal, the output control qu
4、antity of the rotational speed of pump or valve. The embedded controller based on single chip, has high cost performance, small size, the advantages of easy operation and maintenance, especially suitable for small square and residential area.Key Words: Music fountain; Single chip; Single chip contro
5、l目录-范文最新推荐-3 / 15摘要 1引言 11.设计概述 21.1 音乐喷泉的设计背景 21.2 国内外研究现状 22.控制系统总体设计方案 3 音乐喷泉的起源于 1930 年，德国人首先带出喷泉的概念，此后经过多年的发展，其音乐喷泉的设计及构造已变得更大型及复杂。随着我国改革开放政策的不断实施，80 年代中，我国也相继引进和自行设计建造了多座音乐喷泉，为美化环境，活跃人民的文化生活起了良好的作用。通过学习和引进国外先进技术，加上自行研究和开发，喷泉的面貌不断更新，各种新水型层出不穷，音乐喷泉还可以同水幕电影、激光表演和舞台表演相结合，产生令人难忘的艺术效果。我国现有上百家喷泉水景设备制
6、造厂，经过市场竞争、优胜劣汰，我国已经出现了几家综合实力较强的大型喷泉水景工程公司，能够独立建设投资上千万元的特大型喷泉水景工程，并创造了一些世界之最的新记录。总体上说，我国的喷泉水景技术已经达到了国际先进水平，其建设规模和市场需求更是其他国家所难以相比的。2. 控制系统总体设计方案音乐喷泉控制系统的总体结构如图 1 所示，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。图 1 系统总体结构框图系统工作原理：采集出来的音乐信号一路由音响设-范文最新推荐-5 / 15备直接播放，一路经过信号采集电路被放大、整流、滤波后输出 05V 直流电，再将直流电送入变频器的控制端。此时控制
7、系统对音频信号进行处理，输出一个控制信号，来控制水泵的开关；变频器接收到信号后开始快速起动、并带动电机的转速随音乐频率的改变而改变，喷泉水柱的高度亦随之改变。系统实现了乐曲演奏、喷泉水柱控制、灯光控制的功能。物体振动产生声音，而振动的频率决定音调高低，因此使用单片机控制输出不同频率的信号，就可以产生不同的音调；利用单片机的计时系统可以控制各个音调的时间，即实现节拍的控制。音调和节拍按照乐谱排列就实现了乐曲演奏的功能。喷头和灯分别与相应输出点连接，通过程序实现每种音调都有对应的一组输出点开关状态组合，从而实现乐曲控制喷泉动作的功能。 P3 口： P3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向I/O
8、口，可以接收输出 4 个 TTL 门电流。当 P3 口写入“1” 后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入时，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流(ILL)，也是因为上拉的原因。P3 口也可作为 AT89C51 的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行输入口 )P3.1 TXD(串行输出口)XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入；XTAL2：来自反向振荡器的输出；3.1.2 时钟电路的设计STC12C5A60S2 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反相放大器的输入端为 XTAL1，输出端为 XTAL2 两端跨接石英晶体及两个电容
9、就可以构成稳定的自激振荡器。如下图 3 所示：-范文最新推荐-7 / 15图 3 自激振荡器3.2 音乐信号的采集本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主要包括音频放大和A/D 转换两个过程，由于 STC12C5A60S2 自带 8 路高速 10 位 A/D 转换12。所以下面只对音频放大电路进行分析。3.2.1 音频放大电路的设计外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入 A/D 转换器。本文选择了 LM386 芯片设计音频放大电路。LM386 是一种音频集成功放，具有自身功耗低、更新内
10、链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器。输入端以地为参考，同时输出端 被自动偏置到电源电压的一半。它使用了 10 只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛。在 LM386 的1 脚和 8 脚之间串接一个 10 uf 的电容和一个 2K 的电阻，放大电路的增益能增益将在 20 至 200 之间可任意调节。经过放大电路的音频信号就送入 A/D 转换器进行采样，这里 A/D 转换器要设置为双极性，即能接收负信号。采集图如下图 4： 3.4 灯光硬件方案设计发光二极管属于半导体二极管的一种，它可以把电能转化成光能；也就是
11、LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个 PN 结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从 P 区注入到 N区的空穴和由 N 区注入到 P 区的电子，在 PN 结附近数微米内分别与 N 区的电子和 P 区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。-范文最新推荐-9 / 15由于我们对发光二极管很熟悉。这里就不多做介绍。本设计采用 8 个红光的二极管与 1K 排阻串联6。如下图 6：图 6 灯光的连接正常接通电源，可以看到 L
12、ED 指示灯有部分亮起来，没有音频输入也会看到会有跳动变化，这是由于AD 采集到了干扰电信号。当接通音频线并播放音乐时，指示灯会根据音乐有节奏的变化。4. 喷泉控制系统软件设计4.1 主程序框图在对控制系统进行分析和硬件设计的基础上，根据单片机控制系统工艺流程和系统控制要求，对单片机进行了软件设计。其框图如下图 7 所示。图 7 主程序框图程序重新设置后，进入开始的主程序。首先单片机检测水泵的转速是否为 0，如果水泵转速为 0，那么根据非同步采集设置产生 AD 触发脉冲。等待输入信号。如果转速不为 0，那么开始数据采集。4.2 数据采集图 8 数据采集流程图由图 8 可以看到，数据采集分为 3
13、 个步骤：首先启动某通道的 A/D 转换，然后判别 A/D 转换是否结束，若 A/D 转换结束则读取 A/D 转换结果，并保存之；若 A/D 转换未结束则等待。4.3 控制潜水泵软件设计 -范文最新推荐-11 / 15上述方法可以使潜水泵具备十八档转速的调速能力，但这个方法也有一些缺点，主要是：（1）潜水泵的转矩是脉动的，使潜水泵的机械噪声增大，本文采取防止转子轴向运动的措施减少噪声，把潜水泵和水管固定。（2）低速档接通比例较低时，潜水泵主轴出现蠕行，不能正常工作，必须限制最小转速代码。可去掉低速档转速代码中最低接通比例的三个代码，保留转速较高的十五档转速。采用改进的控制位波形和限制最小转速代
14、码之后，潜水泵在应用中取得较好的调速和调节流量的效果。4.4 歌曲存储模块4.4.1 音频脉冲的产生若要产生音频脉冲，只要算出某一音频的周期（1/频率） ，再将此周期除以 2，即为半周期的时间。利用定时器计时半周期时间，每当计时终止后就将 I/O反相，然后重复计时再反相。就可在 I/O 引脚上得到此频率的脉冲。利用单片机的内部定时器使其工作计数器模式（MODE1）下，改变计数值 TH0 及 TL0以产生不同频率的方法产生不同音阶。节拍与节拍码的对照如表 1 所示。表 1 节拍与节拍码的对照节拍码节拍数节拍码节拍数11/4 拍 11/8 拍22/4 拍 21/4 拍33/4 拍 33/8 拍41 拍 41/2 拍51 又 1/4 拍 55/8 拍61 又 1/2
