基于单片机的音乐喷泉控制系统的设计与制作

基于单片机的音乐喷泉控制系统的设计与制作内容摘要：

后。 音乐喷泉的控制系统很多 ,对于小型音乐喷泉来说，最适合的应是用单片机作为控制核心。 从目前的技术水平和市场发展趋势来看，用单片机作为控制核心有着巨大的发展潜力， 使用单片机控制 , 系统简单 , 而且成本较低 , 易于推广使用 ,是音乐喷泉发展的一个方向， 特别 适合于一般城市小广场和普通住宅小区。 1． 3 音乐喷泉控制系统设计研究的主要内容 结合音乐喷 泉的特点，我们拟设计一套随音乐信号的节奏、强弱而不断变化的音乐喷泉控制系统，该系统选用 AT89C51 单片机为控制器，可完成喷泉水泵的自动切换和灯光变换功能。 军械工程学院本科毕业论文 3 第二章 音乐喷泉原理 众所周知 , 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。 喷头及彩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。 2． 1 设计思路 采用一种是用以 AT89C51 为核心的单片机控制方案。 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完成。 以 AT89C51 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。 军械工程学院本科毕业论文 4 2. 2 原理图 音乐的播放可在开启喷泉时 , 由外部设备如 VCD 、 DVD 等设 备播放 , 也可由计算机播放。 根据有无音乐信号 (计算机上播放或外部输入 ) , 启停喷泉。 当有音乐信号时 , 获取声音强度 , 通过模拟量卡 , 实时输出到变频器 , 作用到变速电机上 , 使喷头喷水产生随音乐起伏的效果。 单片机控制系统 具有启动喷泉、灯光 , 捕获音乐 , 产生输出控制 , 显示当前音乐 , 喷泉、灯光状态 , 停止喷泉、灯光等功能 , 同时对各组喷头进行一定时间内的一定规则内的随机轮换。 系统实现了乐曲演奏、乐曲选择、乐曲序号显示、喷泉水柱控制、彩灯控制等功能。 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。 喷头及彩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。 伺服控制 水泵控制 2 水泵控制 1 彩灯控制 组泵2 组泵1 组灯 音乐 转换 单片机 电机 扬声器 至喷嘴组 1 至喷嘴组 2 至喷嘴组 N 图 系统总体结构 军械工程学院本科毕业论文 5 第三章 硬件电路设计 硬件系统由电源、 单片机 电路、输入电路和输出电路组成。 电源 设计电路是一个简单的稳压电路。 如图 由 于使用了运算放大器 ,利用它的对称性可以提高整个电路的共模抑制比和其他方面的性能，它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。 采用对称双电源可使电路简化 , 在进口电子设备中，可经常看到用图示这种正负电源，对运放集成块供电的电路。 其特点是： 非常方便，变压器次级绕组无需带中心抽头。 利用率较高。 实践证明：在电源变压器功率容量足够的前提下，适当加大电容容量和变压器次级绕组线径，该电路也可用于小功率的音频功放作正负对称双电源供电。 如果喷嘴的电 磁控制器须较大的电流 ,可使用一个较大的电源变压器。 本电路也只适用于较小的系统。 3． 2单片机电路 选用 ATMEL 89C51 单片机为硬件核心电路。 AT89C51 单片机引脚和指令系统与 51 系列单片机完全兼容，因而使用方便。 其最大特点是内部有 4KB FlashROM，而且价格低廉。 用 Flash ROM在开发过程中十分容易对程序进行修改，大大缩短系统开发周期。 图 电源 军械工程学院本科毕业论文 6 单片机电路如图 除 复位和晶振电路外，还有以光耦 4N35 为主的输入隔离电路、 BCD拨码开关和用 74HC373的输出寄存器组。 输出寄存器最多可用 8 个，这对于小型音乐喷泉已是富足有余了。 为了充分利用单片机已有资源，尽可能简化硬件电路，这里采用线选法扩展 I/O 口来扩展输出寄存器 74HC373。 如果 准备用指令： MOVX @DPTR,A 来向 74HC373 输出数据， DPTR中的地址和数据输出的目标如下： 01XXH 数据输出至 0 74HC373 02XXH 数据输出至 1 74HC373 04XXH 数据输出至 2 74HC373 图 单片机电路图 军械工程学院本科毕业论文 7 08XXH 数据输出至 3 74HC373 10XXH 数据输出至 4 74HC373 20XXH 数据输出至 5 74HC373 40XXH 数据输出至 6 74HC373 80XXH 数据输出至 7 74HC373 这里 XX 代表任意值，可取 00。 由图 可知，由于不使用 P0 口地址，所以由 P0 口输出的低 8 位地址信号可以为任意值，由于 P2 口各引脚分别接 74HC373 的输入控制端 G，所以地址信号的高 8 位只能是使 8 个 G 端仅一个为高电平的那些二进制数： 01H 02H 04H 08H 10H 20H 40H 80H 中的一个。 也可用选通 74HC373 的 MOV P2, B 与起输出作用的 MOVP0, A 之类的指令来输出数据，则当 B 的内容为 01H/02H/04H/08H/10H/20H/40H/80H 时，则 A 的内容输出的目标寄存器也依次为 0~7的 74HC373 之一。 图 中 R C4 使开机复位期间各 74HC373 的 (输出允许 )端存在一高电平，避免 373 内部随机数的输出而引起喷池中水泵、电磁阀和彩灯的误动作。 BCD 拨码开关可向单片机输入 0~9 中任一数码，用以改变单片机输出两组数据的时间间隔。 3． 3输出电路 输出电路是指接于图 中 74HC373 各 Qi 端的电路。 图 为使用双向可控硅 BCR 的输出电路。 由于 74HC373 的输出电流远小于 BCR 所需的触发电流，故加入外围驱动电 ULN2020A 的一个单元。 其输入端所接的 LED 用于指示电路状态，使用高亮度 3 红 LED，当 Qi 为高电平 +5V 时 LED 能正常发光，实测电流为 ，足以使 2020A输出端饱和而吸收近 30mA 的触发 BCR 的电流。 图 中产生触发电流 的 +9V电源来自 +5V稳压电源的未稳压端，以减轻稳压块的负担。 闭合图 中的开关 K，程序会向各输。