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1、 中文题目：基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 外文题目：DESING OF MUSIC FOUNTAIN CONTROL SYSTEM BASED ON SINGLE CHIP MICROCOMPUTER 毕业设计（论文）共 58 页（其中：外文文献及译文 15 页）图纸 1 张 完成日期 2017 年 6 月 答辩日期 2017 年 6 月 I 摘 要 随着人们生活水平的提高和建立绿色城市的向往，音乐喷泉以其独特的魅力和特殊的 功能，愈来愈成为休闲娱乐产业中的一项重要产品,音乐喷泉的兴建也越来越多。根据目前 音乐喷泉的发展现状，本文将介绍一个以单片机为控制核心的小型音乐喷泉控制系统。 本文设
2、计的音乐喷泉控制系统是以 STC89C52 单片机为控制核心的。音乐信号通过功 放芯片 LM386 进行放大，然后再由 ADC0832 芯片对音频信号进行模数转换，ADC0832 芯片再把转换后数字信号传送给单片机，单片机根据接受到数字信号的强弱来对应地控制 彩灯和喷泉的变化，从而实现了彩灯、喷泉水姿与音乐节奏的同步变化。经过硬件和软件 的调试，最终实现了音乐喷泉的功能。 关键词：音乐喷泉；单片机 STC89C52；发光二极管；模数转换 II ABSTRACT With the improvement of peoples living standard and yearn for build
3、ing green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special function large numbers of music fountain is increasingly built.According to the present situation of music fountain now, control system of mini type music Fountain based on STC89C52 SCM was introduced This desig
4、n of the music fountain control system is STC89C52 microcontroller as the core control. Music signal through the amplifier chip LM386 to enlarge, and then by the ADC0832 chip on the audio signal analog-to-digital conversion, ADC0832 chip and then convert the digital signal to the microcontroller, th
5、e microcontroller according to the strength of the digital signal to control the corresponding lanterns and Fountain changes, in order to achieve the lantern, fountain water and music rhythm synchronized changes. After hardware and software debugging, and ultimately to achieve the function of the mu
6、sic fountain. Key Words: music fountain；STC89C52；led；Analog - to - dig 目录 1 绪论 . 1 1.1 音乐喷泉的发展现况 1 1.2 本课题研究的意义 1 1.3 本文主要内容 . 2 2 音乐喷泉系统的设计方案 . 3 2.1 研究内容及设计目标 . 3 2.2 系统方案的选择 . 3 2.3 单片机的选型 . 4 2.4 模数转换芯片的选型 . 5 2.5 微型潜水泵的选型 5 3 音乐喷泉系统的硬件电路设计 . 7 3.1 Altium Designer 软件的介绍 . 7 3.2 单片机电路 8 3.2.1 STC
7、89C52 的概述 . 8 3.2.2 单片机最小系统电路 . 9 3.3 音乐信号的采集 10 3.3.1 LM386 芯片的概述 . 10 3.3.2 采样定理的应用 . 12 3.4 AD 转换电路的设计 13 3.4.1 ADC0832 芯片的概述 . 13 3.4.2 ADC0832 与 STC89C52 的连接 . 14 3.4.3 输入电路的设计 . 16 3.5 潜水泵调速硬件方案设计 . 17 3.6 灯光硬件方案设计 . 18 3.7 解决系统时间滞后硬件电路设计 . 20 4 系统软件设计 . 21 4.1 keil 软件介绍 21 4.2 主程序流程图 . 22 4.3
8、 延迟程序的设计 23 4.4 ADC0832 数据读取的程序设计 23 4.5 彩灯程序的设计 26 4.6 潜水泵调压程序的设计 28 5 系统测试与结果分析 30 5.1 软件仿真 . 30 5.2 实验验证 . 30 6 结 论 34 致 谢 . 35 参考文献 . 36 附录 A 译文 37 附录 B 外文文献 43 附录 C 部分程序 52 附录 D 系统原理图 58 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 1 绪论 1.1 音乐喷泉的发展现况 音乐喷泉是高科技与自然的完美结合，充分体验了人们的智慧。世界各地的音乐喷泉 体现美的方式也是不尽相同的。以下来举出三个例子来体验以下台湾台中
9、亚哥花园的音乐 喷泉、青岛世园会音乐喷泉以及新加坡圣淘沙旅游区的音乐喷泉的美好姿态。 青岛世园会音乐喷泉，是中国最大的音乐喷泉，位于李沧区百果山森林公园内天水湖 里， 大型水舞秀是整个世园会核心园区景观之一， 水舞秀的奥妙在于湖水下的数百个喷泉。 这些喷泉均安装在一个长 120 米、宽 90 米的钢结构平台上，平台可以上下浮动升降，形 成水舞表演的舞台。水舞秀是水与科技相结合的艺术，伴随或激昂或舒缓的音乐，水柱编 织出了种种美妙图案，最高可达 80 余米。 台湾台中的亚哥花园，有一个专为音乐喷泉表演的水舞剧场，以气势磅礴的苍穹为天 幕，舞台建筑为意大利罗马式柱廊构成，圆形，用喷泉环绕，有 60
10、0 个喷头，配合着 135 种变化的灯光，组合成一种载歌载舞的美妙舞姿，水舞时，其形色声光的变化，令人目不 暇接，叹为观止。 新加坡圣淘沙旅游区的音乐喷泉的设计与效果也是值得参考的，喷泉公司将它布置在 一个空旷而略有坡度的空间，面积很大，与圣淘沙车站前的长形喷水池共同组成为一个长 达数百名的综合系列喷泉，音乐喷泉位于系列喷泉的顶端。舞台为一假山堆叠的西洋式半 圆柱廊组成，共分 3 层。白天，假山瀑布及两侧的喷泉群与 3 层水池形成一处动静结合的 较为文雅悠扬的水景园，入夜则有五光十色，优美动听的喷泉景观，整个舞台区域东西面 阔近百米，南北深度约为 40m,成为目前亚洲最大的音乐喷泉之一。表现出
11、壮阔。绚丽的水 景之美。 随着科技发展，音乐喷泉控制设备与数控喷头都有了很大的发展。喷泉数控喷头已经 不再局限于一维、二维亦或是三维，而更倾向于工程公司提供要求而相关技术人员研究开发 设备这一模式。 1.2 本课题研究的意义 音乐喷泉应用现代循环系统，能够使水灵动起来，避免了形成死水、臭水，可有效节 约水资源，加强废水利用。 音乐喷泉造型丰富，可观性强。音乐喷泉可形成壮观的声效景观，配合音乐更为动听， 可以形成各种造型，活泼、壮观绚丽多彩的夜景景观，是夜晚欣赏的主题。 段学亮：基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 2 音乐喷泉可以利用中水系统，同时音乐喷泉的水可以被绿化用水再次利用，因此能够 达到
12、节水的目的。此外，音乐喷泉还可以增加空气的湿度。 音乐喷泉是流动的艺术，美轮美奂的音乐喷泉给人以无限的享受。随着社会的发展， 人们生活水平不断的提高，提高了人们对景观设计的要求，在现代城市园林景观设计中， 水是不可缺少的组成部分，音乐喷泉是十分重要的景点之一，因此不管在公园设计中、还 是在城市规划中、还是在小区设计中，音乐喷泉的设计与应用是至关重要的。 1.3 本文主要内容 第一章：主要讲述了国内外音乐喷泉的发展现状以及其研究背景 第二章：给出了系统总的设计方案，以及重要元器件的选型和论证 第三章：给出了每个模块的硬件电路设计，如功放模块、彩灯显示模块等。 第四章：系统的软件设计、如延迟程序、
13、模数转换程序、调压程序等。 第五章：实验验证，系统调试和分析。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 2 音乐喷泉系统的设计方案 2.1 研究内容及设计目标 如何设计一种单片机音乐喷泉系统， 可以通过 AD 采集获取声音信号、 并通过 LED 显 示，喇叭播放，水泵输出。 对该音乐喷泉系统进行整体功能分析，主要实现硬件和主要软件程序方面的设计，对 其所选择的主要芯片作简单介绍，分模块来实现其各个部分的功能，做出相应的整体原理 图，最后做出实物。 通过设计一个以 STC89C52 单片机为核心的音乐喷泉可以实现声音的采集、音乐的播 放、水泵的自动控制、彩灯的变化。是种结构简单、性能稳定、使用方便
14、、价格低廉、智 能化的音乐喷泉，具有一定的实用价值。 2.2 系统方案的选择 音乐喷泉系统的设计总共有三个设计方案，分别是基于硬件电路采样的前馈补偿音乐 喷泉控制系统、基于全数字集成电路音乐喷泉控制器、基于单片机的音乐喷泉控制系统。 以下分别对比论证这三个设计方案的优劣，最终选择出一个最佳的系统设计方案。 (1)方案一：基于硬件电路采样的前馈补偿音乐喷泉控制系统 此方案的优点是新型音乐喷泉控制方法的采样结果可以直接反馈音乐强度，并由喷泉 控制器与上位机配合工作来实现数据的采集与处理，该方法 0.1 秒采样一次数据。当利用 前馈补偿方式控制输出时，前馈控制时间完全可以由设置的“前馈”时间确定。故
15、可满足 实际音乐喷泉前馈控制的需要。可是由于硬件条件的限制以及能力要求比较高，实施较困 难 1。 (2)方案二：基于全数字集成电路音乐喷泉控制器 此方案分为音控、程控两组的音乐喷泉控制器。控制三组不同的颜色的彩灯，五台不 同喷泉造型的水泵。音控、程控可用开关手动切换。程控的速度可用电位器调节。音控时， 输入音乐的音量直接控制彩灯，音乐音量小则彩灯打开的组数少，音量大则彩灯打开的组 数多。整个电路设计简单，通用，基于工程背景，具有可行性 2。 (3)方案三：基于单片机的音乐喷泉控制系统 采用以MCS-51系列单片机 STC89C52 为控制核心， 它自带 8K 的FLASH 程序存储器， 它的核
16、心处理单元为 8 位。数据处理主要是对声音信号进行 AD 采集，并进行逻辑判断， 根据数据的具体情况输出到 LED 灯控制和喇叭播放、 水泵控制。 整个单片机应用系统的设 段学亮：基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 4 计分为硬件电路设计和软件编程设计两大部分； 其中硬件电路设计包括声音采集电路， LED 灯电路、水泵电路，单片机控制电路。软件设计部分包括系统主程序，声音信号采集子程 序，LED 灯控制子程序和输出驱动水泵子程序，均采用 51 系列 C 语言编程实现。利用单 片机灵活的编程设计和丰富的 IO 端口，及其控制的准确性，能够简单而又实用的将乐曲 控制喷泉的动作而且以 STC89C52 为核心的嵌入式控制器，具有性价比高，体积小，易于 操作等优点，因此本设计采用该方案，该系统框图如图 2-1 所示。 喇叭 功放 AD转换 电源 频谱彩灯显示 单片机 驱动水泵 图 2-1 系统总体结构框图 Fig.2-1 Overall block diagram of the system 由图 2-1 系统框图可知，该系统是由四个模块组成，分别为模数转换模块，功放模
