毕设_简易音乐喷泉设计说明

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1、.电 子 系 统 设 计大作业 课 题： 简易音乐喷泉的制作 组 员： 任课老师： .目 录一、 设计任务和分析1二、 硬件电路设计12.1总体设计12.2各模块设计22.2.1单片机最小系统22.2.2 A/D转换模块22.2.3 音频放大模块32.2.4 LED灯及电机3三、 程序设计43.1主程序设计43.1.1设计框图43.1.2程序代码43.2 A/D转换程序设计53.2.1 A/D转换程序原理53.2.2 A/D转换程序框图63.2.3 A/D转换子程序代码73.3 PWM调压设计83.3.1 程序框图83.3.2 PWM调压子程序8四、 调试和测试结果分析104.1调试104.2

2、 结果分析10.一、 设计任务和分析基本任务：用MCS-51单片机设计一个音乐喷泉,要实现喷水高度的连续控制,就必须能够调节喷头出水水压,而通过调节水泵转速可以达到平滑调节水压的目的。系统采用对单片机进行编程,通过单片机输出改变的PWM来控制直流电机工作转速,进而使水柱发生变化。当有音乐信号时,获取声音强度,通过A/D转换采集音频电压强度,再通过软件计算占空比输出PWM,作用到电机上,使喷头产生随音乐起伏的效果。同时通过将PWM的占空比与设定的8档值比较来控制8盏LED灯随音乐起伏的效果。二、 硬件电路设计2.1总体设计本设计方案为当有音乐信号时,获取声音强度,通过A/D转换采集音频电压强度,

3、再通过软件计算占空比输出PWM,作用到电机上,使喷头产生随音乐起伏的效果。同时通过将PWM的占空比与设定的8档值比较来控制8盏LED灯随音乐起伏的效果。单片机AD转换功放喇叭频谱彩灯显示驱动水泵电源图2.1 总体设计图2.2各模块设计2.2.1单片机最小系统STC89C52单片机的最小系统电路包含以下几个部分：u 单片机供电电路：AT89S52需要具有可靠的5V供电,在电路图中的VCC和GND为供电网络标识符；图 2.2u 振荡电路：AT89S52需要一个稳定的振荡电路才能够正常工作,在该电路采用了24Mhz的晶振作为AT89S52的时钟源；u 复位电路：复位电路是单片机正常运行的一个必要部分

4、,复位电路应该保证单片机在上电的瞬间进行一次有效的复位,在单片机正常工作时将RST引脚置低。此外通过一个按键进行手动复位,在单片机运行不正常时使用。2.2.2 A/D转换模块ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。ADC0832 具有以下特点：8位分辨率； 双通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作频率为250KHZ,转换时间为32S； 一般功耗仅为15mW；图 2.38P、14PDIP双列直插、PICC 多种封装2.2.3 音频放大模块LM386是一种音频集成功放,具有自身功耗低、更新内链增益

5、可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器,广泛应用于录音机和收音机之中。LM386特性：l 静态功耗低,约为4mA,可用于电池供电；l 工作电压范围宽,4-12V or 5-18V；l 外围元件少；图 2.4l 电压增益可调,20-200；l 低失真度；2.2.4 LED灯及电机图2.5 电机驱动电路 图2.6 LED电路 .三、 程序设计3.1主程序设计开始A/D采集PWM调压3.1.1设计框图图3.1 主程序框图3.1.2程序代码void main while penquan; /调用PWM调压函数,通过延时改变输出高低电平,/并根据占空比控制LED 3.2 A/

6、D转换程序设计3.2.1 A/D转换程序原理图3.2 ADC0832通道选择如图2.1 所示,当SGL与ODD2 位数据分别为1、0时,只对CH0 进行单通道转换。当2位数据为1、1时,只对CH1进行单通道转换。当2 位数据为0、0时,将CH0作为正输入端IN+,CH1作为负输入端IN-进行输入。当2 位数据为0、1时,将CH0作为负输入端IN-,CH1 作为正输入端IN+进行输入。图3.3 ADC0832转换时序图当时钟信号到第3 个脉冲的下降沿时,DO/DI端开始利用数据输出DO进行转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开始由DO端输出转换数据最高位DATA7,随后每一个时钟下降沿DO端输出下

7、一位数据。直到第11个时钟脉冲时发出最低位数据DATA0,一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字节的数据,即从第11个时钟下降沿输出DATD0。随后输出8位数据,到第19 个时钟下降沿时数据输出完成,也标志着一次A/D转换的结束。最后将CS置高电平禁用芯片,直接将转换后的数据进行处理就可以了。3.2.2 A/D转换程序框图否是开始初始化通道选择启动A/D转换读取一位数据8位读取完毕？读取1位校验数据8位读取完毕？两次数据相等？返回转换值返回0返回是是否否图3.4 A/D转换程序框图3.2.3 A/D转换子程序代码unsigned char ad0832readunsigned

8、 char i=0,value=0,value1=0;SCL=0;DO=1;CS=0;/开始SCL=1;/第一个上升沿SCL=0;DO=SGL;SCL=1; /第二个上升沿SCL=0;DO=ODD;SCL=1; /第三个上升沿SCL=0; /第三个下降沿DO=1;fori=0;iSCL=1;SCL=0; /开始从第四个下降沿接收数据value=1;ifvalue+;fori=0;i/接收校验数据value1=1;ifvalue1+=0x80;SCL=1;SCL=0;CS=1;SCL=1;if/与校验数据比较,正确就返回数据,否则返回0return value;return 0;.3.3 PWM

9、调压设计开始读取音频电压更新PWM占空比输出PWM低电平根据PWM低电平时间软件延时根据PWM占空比控制8盏LED亮灭,共8档输出PWM高电平根据PWM高电平时间软件延时返回3.3.1 程序框图图3.5 PWM调压程序框图3.3.2 PWM调压子程序void penquan /PWM调压uchar h1,h2,date; date=ad0832read;/读取音频信号电压值,通道CH0h2=255-date;/取PWM占空比,h2为低电平时间,h1为高电平时间 h1=h2*10;/占空比放大十倍,增加分辨率 out=0;/输出PWM低电平 delay;/PWM低电平延时if300 led1=1

10、; else led1=0;if700 led2=1; else led2=0;if1000 led3=1; else led3=0;if1300 led4=1; else led4=0;if1600 led5=1; else led5=0;if1800 led6=1; else led6=0;if2000 led7=1; else led7=0;if2200 led8=1; else led8=0;out=1;delay;.四、 调试和测试结果分析4.1调试调试分为两步,一是硬件调试,二是软件调试。本人主要负责软件调试也参与了硬件调试。在硬件调试方面由于电机运转会给电路带来噪声,想要完全去除

11、噪声在现有条件下很难做到,因此我们只能尽量减少了噪声。查阅资料发现电机的噪声对电源影响较大,于是在电源模块增加了滤波处理,主要通过与地之间串接电容来实现。另一方面,在LM386功放输出端加了大电容接喇叭来减少输出到喇叭的噪声。同时由于音频电路对走线有较高要求,限于经验不足,未做到较完善的考虑,仅将喇叭接线的地尽量远离电源输入的地。经过以上改动后,噪声有明显减少,但不能完全消除。并且,功放的放大倍数对噪声也有影响。放大倍数大,会将噪声一并放大。虽然减小放大倍数可以一定程度上减小噪声,但是随着放大倍数的减小,A/D转换的电压范围也随之减小,即PWM的分辨率减小而使喷水的变化和LED的变化都随之减小

12、,效果减弱。因此减小放大倍数时要适度。在软件调试方面,由于软件只有两部分组成,即A/D转换和PWM调压。A/D转换方面不需要十分精确的数据,也考虑到喷泉是实时性的,对反应速度有要求,所以没有用到滤波处理。PWM调压主要实现了电机的PWM输出和LED的控制。鉴于两者有一定联系,将两部分整合在了一起,也可以提高反应速度。由于电机的调速是由PWM来控制,因此软件通过根据占空比分别延时输出高电平和低电平来实现PWM。其占空比的计算则通过AD采集的8位分辨率决定,设AD采集值为U。因为满量程为255,高电平时间为U,则低电平时间为255-U.。另外,通过U的值与预设的8档量程比较来控制LED的变化效果,电压越高,亮的LED就越多。由于AD为8位精度,而单片机对浮点数的运算能力又有限。所以为了提高精度,将U放大10倍。这样LED的变化效果可以更加明显。4.2 结果分析通过调试,已基本可以实现设计目标。通过喇叭输出的音乐在高音量时基本听不出噪声,且LED的变化和喷水的变化已基本能达到预想的效果。在此基础上未来可以通过增加电机和喷头来实现连环喷水的效果,且LED也可以设置成专业的彩色频谱灯,来实现更加令人赏心悦目的效果。图4.1 实验效果图1图4.2 图4.1 实验效果图2.