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1、 毕业设计（论文）毕业设计（论文）选选 题题 音乐节奏彩灯控制器设计音乐节奏彩灯控制器设计 系系 别别 信息工程系信息工程系 班级班级 14 电子电子 学生姓名学生姓名 刘石垒刘石垒 学号学号 指导教师指导教师 完成日期完成日期 2016 年年 12 月月 31 日日内容提要内容提要随着科学的发展，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
2、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。指导教师批语：指导教师批语：成绩：签字：年 月 日摘 要本设计彩灯伴随音乐的节奏、大小、音调而变化的彩灯控制器。使彩灯在艺术上有了很大的提高，本文的主要内容有以下几点：1、设计音乐信号放大电路。2、555 时基电路构成单稳态实现音乐大小控制彩灯。3、5
3、55 时基电路构成多谐电路实现音乐节奏控制彩灯。4、设计滤波电路，实现音乐的音调控制彩灯。关键字：555 时基电路、音乐大小、节奏、音调。目 录第 1 章 绪 论1 第 2 章 音乐大小控制彩灯.2 2.1 系统设计思路.2 2.2 音乐大小控制彩灯的工作原理 3 2.3 音乐大小控制彩灯的电路实现.3 2.3.1 电源电路设计.3 2.3.3 放大电路.4 2.3.2 音乐大小控制彩灯的电路图的设计实现.6 第 3 章 音乐节奏控制彩灯.8 3.1 音乐节奏控制彩灯的工作原理. .8 3.2 音乐节奏控制彩灯的实现 8 3.2.1 音乐节奏控制彩灯的主要参数计算.8 3.2.2 音乐节奏控制
4、彩灯总电路实现10 4.1 音调高低控制彩灯的工作原理 .12 4.2 音调高低控制彩灯的电路设计 .12 4.2.1 音调高低控制彩灯的主要参数计算 12 4.2.2 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 致 谢.20 附 录.22第 1 章 绪 论随着科学的发展，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
5、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。设计任务与要求（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（信号幅度大小）控制彩灯，音量大
6、时，彩灯亮度加大，反之亦然。（5） 第三路按因调高低（信号频率高低）控制彩。第 2 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
7、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
8、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、
9、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（1）桥式整流二极管参数计算正向平均电流：mAmAODFIII15430821 21最大反向电压：VVRRMUUU1
10、07222(max)（2）滤波电容参数：31(35)(35)20 1022127.3LTCR FF1830100000183. 0001. 0取 C2=1000F电容耐压：VCMUU1222取V,故电容参数为 C:1000F/25V。25CMU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。1R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：, beRUUU1bebeURIU1可得： =3
11、30K1RRP 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，由于电阻可变放大3Vdd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。3Vdd3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10.022CuF态的暂态时间为。0.123tms根据公式： 1.1tRC得 3610022. 01 . 11 . 0R所以取 5k3R4.限流电阻的计算2R由于的脚电压为 2V，LED 的承受电流为 30mA，取的最大取值为：2U3VR=667
12、2RmA303V mAV 302=6802R2.3.2 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、电容接成典型的但问他了工作模式，由于、的取值较小，所以暂3R3C3R3C态时间非常短，。限流电阻构成保护电路，去驱动 LEDsCRt42.1231 . 1333R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3Vdd电位不大于时，
13、时基电路置位，进入暂态，3 脚输出高电平，晶闸管导通，3VddLED 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，
14、音量减小时，波的幅度减小，彩灯闪亮减慢或停止。第 3 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，
15、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,。0.1AKR1 . 552、无稳态电路图 3-2 无稳态电路该电路工作电压设为 12V，当远远大于时，,此时输出的Vcc2R1R50%D 波形为理想对称的方波，所以使用的可变电阻，
16、这样实现了方波，也2R100K使可以调节电路的灵敏度。2RC1 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VCC路 3 脚输出高电平的时间可用以下式表示（即充电周期） ，即1t3 脚输出低电平时间（即放电周期）: 2t122639. 0CRt 振荡周期： T12121)2(639. 0CRRttT振荡频率为：f121)2(44. 1/1CRRTf输出脉冲占空比：D)2/()(/21211RRRRTtD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1r1c2c相近的,。Fc47. 01FC7 . 42 121121DDDD1211)CR0.639(Rln2)CR(R)V32ln(V)CR(Rt
