基于单片机的无线音乐喷泉

基于单片机的无线音乐喷泉内容摘要：

维持其固有运动状态的一种性质。 反电动势系数 电机旋转时，电枢绕组内部切割磁力线所感应的电动势相对于转速的比例系数，也称发电系数或感应电动势系数。 功率密度 电机每单位质量所能获得的输出功率值。 功率密度越大，电机的有效材料的利用率就越高。 直流电机的运用 用单片机控制直流电机时，需要加驱动电路，为直流电机提供足够大的驱动电流。 使用不同的直流电机，其驱动电流也不同，我们要根据实际需要选择合适的驱动电路，通常有以下几种驱动电路：三极管电流放大驱动电路、电机专用驱动模块（如 L298N）和达林顿驱动器等。 如果是驱动单个电机，并且电机的驱动电流较大，可直接选用市场上现成的电机专用驱动模块，这种模块接口简单，操作方便，并可为电机提供较大的驱动电流，不过它的价格要贵一些。 达林顿驱动器 它实际上是一个集成芯片，单块芯片同时可驱动 8个电机，每个电机由单片 机基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 12 的一个 I/O 口控制，当需要调节直流电机转速时，使单片机的相应 I/O 口输出不同占空比的 PWM 波形即可。 PWM是英文 Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制）的缩写，它是按一定规律改变脉冲序列的脉冲宽度，以调节输出量和波形的一种调制方式，我们在控制系统中最常用的是矩形波 PWM 信号，在控制时需要调节PWM 波的占空比。 占空比是指高电平持续时间在一个周期时间内的百分比。 控制电机的转速时，占空比越大，速度越快，如果全为高电平，占空比为 100%时，速度达到最快。 当用单片机 I/O 口输出 PWM 信号时，可 以采用以下三种方法： （ 1） 利用软件延时。 当高电平延时时间到时，对 I/O 口电平取反变成低电平，然后再延时；当低电平延时时间到时，再对该 I/O 口电平取反，如此循环就可得到 PWM 信号。 （ 2） 利用定时器。 控制方法同上，只是在这里利用单片机的定时器来定时进行高、低电平的翻转，而不用软件延时。 （ 3） 利用单片机自带的 PWM 控制器。 STC12 系列单片机自身带有 PWM 控制器，STC89 系列单片机无此功能，其他型号的很多单片机也带有 PWM控制器，如 PIC单片机、 AVR 单片机等。 L298N 的原理图 恒压恒流桥式 2A驱动芯片 L298N， L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是15脚 Multiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4通道逻辑驱动电路。 可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS， VSS可接 4． 5～ 7 V 电压。 4 脚 VS接电源电压， VS电压范围 VIH为＋ 2． 5～ 46 V。 输出电流可达 2． 5A，可 驱动电感性负载。 1脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。 L298 可驱动 2个电动机， OUT1， OUT2 和 OUT3， OUT4 之间可分别接电动机，本实验装置我们选用驱动一台电动机。 5， 7， 10， 12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转。 EnA， EnB接控制使能端，控制电机的停转。 基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 13 L298N 模块运用如下： 表 L298 功能模块 In1 In2 运转状态 0 X X 停止 1 1 0 正传 1 0 1 反转 1 1 1 刹停 1 0 0 停止 由表 可知 EnA为低电平时，输入电平对电机控制起作用，当 EnA为高电平，输入电平为一高一低，电机正或反转。 同为低电平电机停止，同为高电平电机刹停。 L298N 的引脚图如下所示： 图 9 L298N 引脚图 L298N 驱动模块在该设计中的运用图如下所示： 图 10 L298N 控制电机图 15 脚是输出电流反馈引脚，其它与 L293D相同。 在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。 上图是其与 51单片机连接的电路图。 基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 14 4 系统硬件电路设计 硬件系统主要由音乐模块，时钟模块和液晶模块，喷泉模块四部分组成， 其中每一部分相 辅相成，两个单片机之间利用串口通信， 达到一个单片机控制另一个单片机的效果 . 音乐喷泉电路模块的设计 音乐喷泉设计主要由音乐播放模块和 直流电机模块两部分组成。 单片机即可以分别控制喷泉喷水和音乐响，也可以同时控制。 喷泉喷放与停止的设计 本设计中， 喷泉主要用到无线控制和按键控制两种。 1 通过无线发送模块 发送信号，接受模块 接受 后，输出到单片机 1引脚， 单片机 1 通过对引脚检测的不同值进行不同的操作，达到稳定控制的效果。 2 按键控制，是单片机 1直接检测按键 I/O口的值，然后通过 I/O 的值 做出相应反应，来达到控制喷泉的效果。 图 12 L298N 控制运用图 音乐与 LED 的开启与关闭 基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 15 音乐的控制中， 主要运用到无线控制也按键控制两类，当单片机 1接收到信号后，做出相应反应，通过串口通信发送到单片机 2，控制音乐的开启与关闭。 LED 是伴随着音乐的响起而开始经行环形闪烁的， 1 通过 通过无线发送模块发送信号，接受模块接受后，输出到单片机 1引脚，单片机 1 通过对引脚检测的不同值进行不同的操作，并通过串行通信口 P3^1 口发送到单片机 2，经行相应的开于与关闭操作。 2 按键控制，是单片机 1直接检测按键 I/O口的值，然后通过 I/O 的值做出相应反应，通过串行通信口 P3^1 口发送到单片机 2，来达到控制音乐的效果。 图 13 单片机控制音乐，流水灯 电路 图 温控与时间显示的设计 温度主要通过温度传感器读取温度传到单片机，通过 I/O 传到液晶，并显示出来。 时间的设计通过时钟芯片控制，并传到单片机后，显示在液晶上面。 基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 16 温度传感器的介绍 的主要特性 （ 1） 适应电压范围更宽， 电压范围： ～ ，在寄生电源方式下可由数据线供电。 （ 2）测温范围－ 55℃～＋ 125℃，在 10℃～ +85℃时精度为177。 ℃。 （ 3）可编程的分辨率为 9～ 12位，可在至多在 750ms内将温度转换成为 12位的数字，测温可分辨率为 ℃。 （ 4）独特的单线接口方式， DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条线即可实现微处理器与 DS18B20的双向通讯。 （ 5） DS18B20支持多点组网功能，多个 DS18B20可以并联在唯一的单线结构上，实现组网多点测温。 数字温度传感器 DS18B20与单片机的连接电路非常简单，引脚１（ GND）接地，引脚 3(VCC)接电源 +5V，引脚 2（ DQ）接单片机输入／输出一个端口，电源＋ 5V和信号线（ DQ）间接有一个。 图 14 DS1B820 的运用 图 DS12C887 时钟芯片介绍 DS12C887 实时时钟芯片功能丰富，可以用来直接代替 IBM PC 上的时钟日历芯片 DS12887，同时，它的管脚也和 MC146818B、 DS12887 相兼 容。 由于 DS12C887 能够自动产生世纪、年、月、日、时、分、秒等时间信息，其内部又增加了世纪寄存器，从而利用硬件电路解决子 “ 千年 ” 问题； DS12C887 中自带有锂电池，外部掉电时，其内部时间信息还能够保持 10 年之久；对于一天内的时间记录，基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 17 有 12 小时制和 24 小时制两种模式。 在 12 小时制模式中，用 AM 和 PM 区分上午和下午；时间的表示方法也有两种，一种用二进制数表示，一种是用 BCD 码表示； DS12C887 中带有 128 字节 RAM，其中有 11 字节 RAM 用来存储时间信息，4 字节 RAM 用来存储 DS12C887 的控制信息，称为控制寄存器， 113 字节通用 RAM 使用户使用；此外用户还可对 DS12C887 进行编程以实现多种方波输出，并可对其内部的三路中断通过软件进行屏蔽。 图 15 DS12C887 引脚图 DS12C887 的引脚排列如图 1 所示，各管脚的功能说明如下： GND、 VCC： 直流电源，其中 VCC 接 +5V 输入， GND 接地，当 VCC 输入为 +5V 时，用户可以访问 DS12C887 内 RAM 中的数据，并可对其进行读、写操作；当VCC 的输入小于 + 时，禁止 用户对内部 RAM 进行读、写操作，此时用户不能正确获取芯片内的时间信息；当 VCC 的输入小于 +3V 时， DS12C887 会自动将电源发换到内部自带的锂电池上，以保证内部的电路能够正常工作。 MOT： 模式选择脚， DA12C887 有两种工作模式，即 Motorola 模式和 Intel 模式，当 MOT 接 VCC 时，选用的工作模式是 Motorola 模式，当 MOT 接 GND 时，选用的是 Intel 模式。 本文主要讨论 Intel 模式。 SQW：方波输出脚，当供电电压 VCC 大于 时， SQW 脚可进行方波输 出，此时用户可以通过对控制寄存器编程来得到 13 种方波信号的输出。 AD0～ AD7：复用地址数据总线，该总线采用时分复用技术，在总线周期的前半部分，出现在 AD0～ AD7 上的是地址信息，可用以选通 DS12C887 内的 RAM，基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 18 总线周期的后半部分出现在 AD0～ AD7 上的数据信息。 AS： 地址选通输入脚，在进行读写操作时， AS 的上升沿将 AD0～ AD7 上出现的地址信息锁存到 DS12C887 上，而下一个下降沿清除 AD0～ AD7 上的地址信息，不论是否有效， DS12C887 都将执行该操作。 DS/RD：数据 选择或读输入脚，该引脚有两种工作模式，当 MOT 接 VCC 时，选用 Motorola 工作模式，在这种工作模式中，每个总线周期的后一部分的 DS 为高电平，被称为数据选通。 在读操作中， DS 的上升沿使 DS12C887 将内部数据送往总线 AD0～ AD7 上，以供外部读取。 在写操作中， DS 的下降沿将使总线 AD0～AD7 上的数据锁存在 DS12C887 中；当 MOT 接 GND 时，选用 Intel 工作模式，在该模式中，该引脚是读允许输入脚，即 ReadEnable。 R/W：读 /写输入端，该管脚也有 2 种工作模式，当 MOT 接 VCC 时， R/W 工作在 Motorola 模式。 此时，该引脚的作用是区分进行的是读操作还是写操作，当 R/W 为高电平时为读操作， R/W 为低电平时为写操作；当 MOT 接 GND 时，该脚工作在 Intle 模式，此时该作为写允许输入，即 Write Enable。 CS：片选输入，低电平有效。 IRQ： 中断请求输入，低电平有效，该脚有效对 DS12C887 内的时钟、日历和RAM 中的内容没有任何影响，仅对内部的控制寄存器有影响，在典型的应用中，RESET 可以直接接 VCC，这样可以保证 DS12C887 在 掉电时，其内部控制寄存器不受影响。 在 DS12C887 内有 11 字节 RAM用来存储时间信息， 4 字节用来存储控制信息，其具体垢地址及取值如表 1 所列。 由表 1 可以看出： DS12C887 内部有控制寄存器的 AB 等 4 个控制寄存器，用户都可以在任何时候对其进行访问以对DS12C887 进行控制操作。 在各种设备、家电、仪器、工业控制系统中，可以很容易地用 DS12C887 来组成时间获取单元，以实现各种时间的获取。 Dallas 公司的时钟日历芯片 DS12C887 功能丰富，使用简单，可 能性高，是时间产生电路的良好选择 ， DS12C887 自带电源，简化了电路，而且为电路的稳定性的提高起到了很大的帮助。 基于单片机 无线音乐喷泉的模拟设计 19 LM12864 液晶显示器的介绍 带中文字库的 128X64 是一种具有 4位 /8 位并行、 2 线或 3线串行 多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为 12864, 内置 8192 个 16*16 点汉字，和 128个 16*8 点 ASCII 字符集 .利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。 可以显示 84 行 161 6点阵的汉字 . 也可完成图形显示 .低电压低功耗是其又一显著特点。 由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 表 12864 液晶引脚功能图 管脚号 管脚名称 电平 管脚功能描述 1 VSS 0V 电源地 2 VCC +5V 电源正 3 V0 对比度（亮度）调整。