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1、.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开展现状，介绍了一个以AT89C51单片机为核心的小型音乐喷泉控制系统。给出了一个简洁的单片机控制电路，分析了输出地址，描述了不同类型的输出电路和输入电路；介绍了从特定构造的喷池中获得决定喷池动作的喷池数据的原理；给出了主程序框图和看门狗子程序。采用程序控制来控制花型。音频信号还影响灯光色彩和灯光光线明暗的变化。从而使灯光色彩、灯光的闪烁和喷泉水姿随音乐节奏而变化。关键词：音乐喷泉；单片机；单片机控制；喷池数据ABSTRAC
2、TWith the improvement of peoples living standard and yearn for building green city, music fountain is more and more popular for its unique charm and special functionlarge numbers of music fountain is increasingly built. According to the present situation ofmusic fountain now, control system ofminity
3、pe musicFountainbasedonAT89C51SCMwasintroducedA succinct SCMcontrol circuitwas preto obtain data from a specific fountain pool .Was elaborated，which will affect actions ofthe p001Finally,the structure drawing ofmainprogram and the watchdog program were put forward. Theflower shapes are controlled by
4、 program controlling or man-made keystroke controlling electromagnetic valves. The color、the light and shade of ray are changed by musical signals. So that the color、the light and shade of ray、the spring form is changed with musics rhythm when music is playedKey Words:music fountain；SCM；SCM control；
5、watchdog program目录摘要1ABSTRACT2第1章绪论41.1课题背景41.2 音乐喷泉的开展和现状5第2章音乐喷泉控制系统硬件设计62.1 控制系统硬件总体设计方案62.2音乐信号的采集72.2.1 音频放大电路的设计72.2.2 采样定理92.3 单片机电路102.3.1 单片机的概述102.3.2 时钟电路的设计112.4 AD转换电路112.4.1 ADC0809与单片机89C51的连接122.4.2输入电路132.5潜水泵调速硬件方案设计132.6灯光硬件方案设计142.7解决系统时间滞后硬件电路设计15第3章喷泉控制系统软件设计163.1喷池数据163.2主程序框图
6、183.3 控制潜水泵软件设计模块183.3.1 潜水泵开关调速的原理193.3.2潜水泵开关调速的软件设计203.4控制电磁阀软件设计模块213.5 歌曲存储模块213.5.1音频脉冲的产生213.5.2音乐程序233.6灯光控制模块263.7看门狗子程序263.8实验仿真27结论29致30参考文献31附录32附录132附录233第1章 绪 论1.1课题背景随着人们生活水平的提高，人们对环境的要求越来越高,城市环境建立日益为人们所重视。喷泉作为一种欣赏性较高的艺术水景,不断的出现在城市的广场、公园及其它公共场所，早些的喷泉都是固定不可调的，显得有些单调，随着科技的开展音乐喷泉也进入了我们的城
7、市。音乐喷泉是现代科技与艺术的综合，音乐喷泉将喷水图形、彩色灯光及音乐旋律构成一个有机的整体，随着乐曲旋律和节奏的变化，各种不同的喷水花形相应的配合变换，在五彩绚丽的变幻灯光照耀下，构成一幅幅奇妙无比的景观、令人赏心悦目，叹为观止，在视听上获得极大的享受。音乐喷泉的起源于1930年，德国人首先带出喷泉的概念，此后经过多年的开展，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，活泼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
8、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，能够独立建立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到达了国际先进水平，其建立规模和市场需求更是其他国家所难以相比的。 1.2 音乐喷泉的开展和现状 石景山古城公园的音乐喷泉，在悠扬动听的音乐声中，喷水可产生五六种变化，时而转动如银伞，时而飘忽如玉带，时而如金蛇狂舞，时而旋转飞溅喷出的花形有昙花、菊花、扶桑花、百合花和曼陀罗花，这是在80年代初期中国较早建立的
9、一个音乐喷泉。的秋水广场是由“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色的意境得名，秋水广场就是以喷泉为主题，集旅游、观光、购物的大型休闲广场。他的音乐喷泉最吸引人注目，是国最大的音乐喷泉群，泉水面积1.2万平方米，主喷高达128米，是的一俏丽景观，人们可以一边欣赏音乐，一边观看滕王阁的美景。新加坡圣淘沙旅游区的音乐的设计与效果也是值得参考的，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米的综合系列喷泉，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
10、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40m，成为目前亚洲最大的音乐喷泉之一。表现出壮阔、绚丽的水景之美。 以上几处音乐喷泉从建筑形势、音乐曲调及水舞表演的角度展现了音乐喷泉的美丽姿态，但是都属于大型的音乐喷泉，其控制系统也多采用PLC逻辑编程控制，造价高，流量需求大，一般为专门的定量设计。即使这样，国外的音乐喷泉控制系统设计均以到达成熟的水平，而且还有专门的生产设计厂家，提供设计、喷泉设备及安装等效劳。目前，国的音乐喷泉逐渐向智能化、分散化、综合化、多样化的方向开展，于是对喷泉控制系统的设计也提出了更高的要求。第2章 音乐喷泉控制系统硬件设计2.1 控制系
11、统硬件总体设计方案该音乐喷泉控制系统的总体构造如图2.1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2.1 系统总体构造框图2.2音乐信号的采集前面已经介绍过，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展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，下面分别进展分析。 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展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 是美国国家半导体公司NS推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386
12、具有功耗低、工作电压围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛，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。其中 T1T6 组成 PNP 型复合差分放大器，T5、T6 为镜像恒流源，作为 T3、T4 的有源负载，使输入级有稳定的增益。电压增益级由接成共发射极状态的 T7 承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。T8、T9 复合为一个 PNP 管，和 T10 共同组成互补对称射极输出电路，以供给负载以足够的电流。D1、D2 提供了 T8、T9、T10 所需的偏置，使末级偏置在甲乙类状态。R5R7 构成部反响环路。从图 可以看出
13、，LM386 采用双列 8 脚封装构造，它的工作电压围为 412V，静态电流 4mA，最大输出功率 660mW，最大电压增益 46dB，增益带宽 300kHz，谐波失真 0.2%。图 LM386 封装形式及引脚定义在 LM386 的 DataSheet 上，提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在LM386 的 1 脚和 8 脚之间不接其他元件，此时放大电路的增益仅由部电阻 R5R7决定，为 20 倍数26dB，这种方式外部电路元件最少，也最为经济。另一种通过在 1 脚和 8 脚之间串接不同的阻容元件，改变放大电路的交流反响量，从而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图 所示。外部音
14、源声卡、CD 机等的模拟音乐信号分左、右声道分别进入放大电路，经过信号放大后，得到幅值放大后的音频信号。从图 3.2.2 可以看出放大电路的具体设计。在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间串接一个 10 微法的电容 C4，使部电阻 R6 被交流旁路，放大电路的增益能到达最大值，200 倍数46dB。再对音频放大电路的外围电路进展设计，电路中电容 C1、C6 作为隔直电容，电位器 P1 用于调节音量的大小，元件 R2、C5 有助于旁路高频噪音和改善输出的音质。电容 C3 作为去耦电容，一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。电容 C2 则是作为旁路电容，将信号的中高频噪音
15、旁路到地。经过放大电路的音频信号就送入 A/D 转换器进展采样，这里 A/D转换器要设置为双极性，即能接收负信号。图 音乐信号放大采集 采样定理采样是指用一较高频率的开关脉冲对模拟信号进展取样，取出脉冲到来时刻所对应的模拟信号的幅度，这样就可以得到一连串幅度变化的离散脉冲。用这些离散脉冲序列代替原来时间上连续的信号，也就是在时间上将模拟信号离散化。如图 所示，在对音乐信号进展放大处理后，就要通过 A/D 转换将模拟信号采集进计算机，这就是音乐信号的采样。我们在对一个连续的音乐信号进展采样时，为了使采样后的样本序列能够包含足够的信息以使其能够较正确地重现原来的模拟信号，在采样时应当使采样频率满足
16、采样定理的要求。采样定理的描述为“对一个模拟信号进展离散化时，只要满足采样频率fs 大于或等于被采样信号的最高频率fm的2 倍，就可以通过理想的低通滤波器，从样本值序列信号中无失真地恢复出原始模拟信号，这里的fm称为香农频率，这个采样定理又称为香农采样定理。实际应用中为了较好的防止频谱混叠失真，采样频率一般要稍大于信号最高频率的 2 倍。比方乐曲的音域频段如果在 50Hz4000Hz ，就要将 A/D 转换器的采样频率选定为 10kHz，才能满足香农采样定理的要求。2.3 单片机电路 单片机要采集音乐信号，并据此调节I/O口的输出来控制水泵和彩灯。主芯片选用AT89C51单片机。AT89C51单片机是一个低
