基于单片机的小型音乐喷泉设计Word文件下载.docx
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、音乐喷泉系统工作进程
话筒搜集声音信号,然后将声音信号转换成电压信号,通过声音放大电路放大电压限号,然后再将信号转到ADC0832,通过AD转换预处置,然后输入到51单片机当中,51单片机通过数据处置,别离将处置的结果传到彩灯电路和电机驱动新芯片当中,通过PWM调剂电机转速和彩灯亮度。
.0单片机电路
音乐信号的同意处置由单片机完成,进而去调剂I/0的输出来进行水泵和彩灯的操纵。
单片机芯片选取AT89C51,它是没有ATMEL生产低压高性能的51内核的CMOS8位单片机,具有低压、高性能的特点,里面有4K可反复擦写的1000次Flash只读存储器,128字节内部RAM,16位按时/计数器有两个,I/O口线那么有32个。
完全能够知足设计的要求,而且价钱低廉用起来也很方便简单。
2-3图89C51单片机
、AT89C51单片机的要紧特性
与MCS-51兼容
·
4K字节可编程FLASH存储器
寿命:
1000写/擦循环
数据保留时刻:
10年
全静态工作:
0Hz-24MHz
128×
8位内部RAM
32可编程I/O线
两个16位按时/计数器
5个中断源
可编程串行通道
低功耗的闲置和掉电模式
片内振荡器和时钟电路
2.3.2AT89C51管脚说明
VCC:
供电电压
GND:
接地
PO口:
是一个8位漏级开路双向I/O口,它的每脚能够吸收8TTL门电流
P1口:
内部提供上拉电阻的8微双向I/O口,其缓冲器能够同意输出4TTL门电流
P2口:
内部上拉电阻8位双向I/O口,其缓冲器能够同意输出4个TTL门电流
P3口:
8个带内部上拉电阻的双向I/O口,能够接收4个TTL门电流,同时它也能够做完AT89C51的特殊功能口
RXD(串行输入口)
TXD(串行输出口)
/INT0(外部中断0)
/INT1(外部中断1)
T0(计时器0外部输入)
T1(计时器1外部输入)
/WR(写选通)
/RD(读选通)
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些。
RST:
复位输入。
2.3.3、时钟电路
时钟电路一样是由电容,晶振操纵芯片和晶体振荡器所组成,它的应用超级普遍。
AT89C51单片机当中,它的时钟电路时由晶体震荡器和AT89C51内部门电路组成才能才生震荡。
单独的晶体震荡若是没有门电路不能产生震荡,时钟电路一样都由震荡电路组成,才有震荡信号输出。
2-3-2图自激振荡器
2.3.4、复位电路和单片机最小系统
复位电路在电路的设计当中具有超级重要的作用,直接阻碍到整个电路系统的靠得住性。
复位操作一样有上电自动复位和开关复位这两种,上电和复位中,掌控CPU的复位状态,在现在刻中CPU始终处于复位。
让它能避免CPU发出不正确的指令,执行不正确的操作,提升电磁兼容能力。
其相当于电脑死机时候,咱们所需要按的重启。
而单片机的最小系统那么是指能够用最少的元件组成单片性能够工作的系统。
最小系统相对来讲比较简单,可是它是操纵系统当中超级重要的。
关于51系列的单片机来讲,一样最小系统包括:
晶振电路和复位电路。
标识符号地址寄放器名称
P30B0HI/O口3寄放器
PCON87H电源操纵及波特率选择寄放器
SCON98H串行口操纵寄放器
SBUF99H串行数据缓冲寄放器
TCON88H按时操纵寄放器
TMOD89H按时器方式选择寄放器
TL08AH按时器0低8位
TH08CH按时器0高8位
TL18BH按时器1低8位
TH18DH按时器1高8位
图2-3-3单片机最小系统的框图
2-3-3图51单片机最小系统电路
.0AD转换
单片机无法直接将输入的电压进行处置,单片机所处置的为数字量,输入电压为模拟量。
那个地址便要数模转换,采纳的芯片为ADC0832。
ACD0832为NS公司生产的串行接口A/D转换器,能够知足一样模拟量转换的要求,其芯片的数据校验是双数据输出,能够减少数据的误差,其稳固能力好,转换速度快,其独立的芯片,使得多器件的连接和处置更为便利。
ADC0832要紧特点
(1)、慢慢逼近性,8位分辨率。
(2)、5V电源供电时,基准电压为5V,输入模拟电压范围0-5V。
(3)、输入和输出电平与TTL和CMOS兼容。
(4)、具有两个能够选择的模拟输入通道。
(5)、体积小、兼容性、性价比高。
(6)、功耗低,一样功耗仅为15mW。
(7)、工作频率为250KHZ,转换时刻为32μS。
2.4.2ADC0832引脚说明
(1)、/CS片选使能,低电平有效
(2)、CHO模拟通道0,差分输入时,当IN+或IN-用
(3)、CH1输入通道1,差分输入时,当IN+或IN-用
(4)、GND接地
(5)、DI数据信号输出,选择通道操纵
(6)、DO数据信号输出,转换数据输出
(7)、Vcc电源输入
图2-4-2DIP封装的ADC0832引脚排列图
2.4.3ADC0832时序图
图2-4-3ADC0832时序图
单片机AT89C51与ADC0832的连接
单片机串行口方式0与ADC0832接口,如以下图所示:
图单片机与ADC0832
AT89C51当中,为片选信号端,TXD为信号输出端,RXD那么为启动信号。
ADC0832输出串行数据15位,是由两段8位数据组成,一段为最高位在前,一段那么是最高位在后,他们的最低位那么是共用的。
在时钟下降沿是,ADC0832串行数据才移动一名,时钟信号由单片机操纵发送,然后TXD发出,来进行对ADC0382输出数据的操纵。
而,一系列完整的8位数据,那么是由单片机两次采纳不同位位数据,然后合成为一列完整的数据。
在本次的设计当中,AT89C51与ADC0832的接法如下:
2.6.0灯光电路
设计当中,电路一共利用的了8个LED灯,当音乐信号从外界输入,音乐信号转换成电压信号,然后通过声音放大电路放大电压信号,将信号传送到ADC0832,模拟电压信号转换成数字信号,单片机内部进行处置,然后PWM调剂电机转速和LED灯。
图2-6-0灯光电路
2.7.0电机驱动电路
本次设计当中,电机驱动电路用到的要紧元件为TIP42C三极管,IN4007二极管,12V电机等。
考虑到若是采纳步进电机调速电路,电路的复杂性必然增加而它的操纵精度也较低,尽管其价钱偏低。
TIP42C为PNP中功率三极管,普遍应用于信号放大和音频功放用晶体管。
其电流增益带宽积最小3MHZ,其放大倍数为30-75。
IN4007属于StandardRecovery型二极管,最大输入反向峰值电压为1000V,而起最大输入反向平均电压那么为700V,总功率为
电机驱动电路如以下图所示
图2-7-0电机驱动电路
电源电路
在音乐喷泉的设计当中,电源电路占据了一个超级重要的位置,而在那个稳压电路当中,这次的设计要紧的是运用7805三端稳压集成。
这种稳压所用的集成电路,只有输入端,接地端和输出端三个引脚输入。
78系列的稳压集成块最高输入电压为36V,要考虑到输入与输入压差所带来的功率损耗,其电压一样在9-15V之间,而本次设计操纵在9V。
图2-8-0稳压电路
2.9.0PWM脉宽调制
PWM普遍应用与测量、通信、功率操纵和变换的领域当中。
PWM(脉宽调制)是利用微处置器的数字输出来对模拟电路进行操纵的技术,是利用改变脉冲宽度以便于操纵输出电压,进而改变周期达到操纵其输出频率的目的。
三、音乐喷泉的软件设计
3.1系统整体流程图
在通过了对操纵系统的分析和硬件方面的研究上面,依照单片操纵系统工艺的流程和系统操纵的要求,咱们能够先做出一个系统整体的流程图。
依照它的原理,音乐信号的输入,开始,然后启动并进行AD转换,判定AD转换是不是中断,分析其转换结果。
进而得出LED的输出,而后取得PWM占空比,驱动电机。
N
Y
开始
定义变量
初始化
启动AD转换
AD中断
取AD转换结果
比较AD转换结果
输出PWM占空比
彩灯LED输出
END
驱动电机
图3-1系统的整体流图
音频信号处置软件设计
音频信号处置当中,最重要的即是AD转换的设计,声音信号的输入,需要通过AD转换才能将其送到单片机当中。
AD转换是通过一个特定的电路去将模拟量转换为数字量,而它的模拟量能够为电压、电流等等的电信号,同时也能够是压力、温度、湿度等等非电信号。
可是,在进行AD转换之前,输入到转换当中的信号必然要通过传感器把物理量转变成电压信号。
以下即是AD转换当中的流程图:
初始化中断
AD转换中断
AD转换程序
voidadqd()//ad启动
{
ST=0;
ST=1;
}
voidint0()interrupt0
EX0=0;
//外部中断0(ad)
OE=1;
//读取ad转换结果
ad0=P0;
DelayMS(10);
OE=0;
//ad转换结果
EX0=1;
图3-3AD转换程序及流程图
3.3编译软件的选择
KeiluVision4它的编译器、调试工具实现和ARM器件的最完美匹配。
它引入了超级灵活的窗口治理系统,让开发人员能够利用多台监视器,而且能够再视觉上的表面对窗口位置完全操纵任何地址。
3.4PWM脉宽调制原理
PWM驱动电机是超级常见的,脉冲宽度调制PWM(PulseWidthModulation)依托改变脉冲宽度去操纵输出电压,通过改变周期来操纵其输出频率。
输出频率的转变那么是依托改变脉冲的调制周期来实现。
因为输出等脉冲只需要不变的直流电源供电,可用不可控整流器取代向控整流器,使电网侧的功率因数大大改善。
利用PWM逆变器能够抑制或排除低次谐波。
加上利用自关断器件,开关频率大幅度提高,输出波形能够超级接近正弦波
PWM变频电路的特点
1、能够取得超级接近正弦波的输出电压
2、整流电路用二极管,能够取得靠近1的功率因素
3、电路的结构相对简单
4、对输出脉冲宽度的操纵能够改变输出电压,使得变频进程的动态响应加速
PWM简单来讲确实是一种模拟信号电平进行数字编码的方式,利用高分辨率计数器的有效,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够,任何模拟值都能够利用PWM进行编码。
图3-4PWM定周期调占空比
初始化定时器
装载中断输出高电平次数num0
等待溢出
输出高电平
次数是否够
输出低电平
清零次数,换标志位
次数+1
退出中断
否
是
PWM流程图
产生PWM的部份程序:
voidt0()interrupt1单片机技术及系统设计清华大学出版,2007.
【2】、张筱云.单片机原理及应用.讲义教材.2020
【3】、曹素芬,单片微型运算机原理与接口技术,东北大学出版社,1994.
【4】、吕汀,石红梅.变频器技术原理与应用.机械工业出版社,2003
【5】、郝吉,李充宁,夏方林.用MCS51单片机制作的音乐喷泉操纵器.现代电子技术.1999
【6】、赵文博,单片机语言C51程序设计,人民邮电出版社,2005.
附录
附录一总的原理图
附录二元件清单
类型
名称
型号
数量
单片机
U4
AT89C51
1
AD转换芯片
U1
ADC0832
稳压管
U5
7805
发光管
D1-D8
LED-RED
8
电解电容
C1
10uf
瓷片电容
C4C5C6C9
104
4
电阻
R7R9R13R14
10K
R8
51K
R6
510K
R1-5R10-12R15R16
1K
10
三极管
Q2
TIP42C
Q3
8050
二极管
D9
IN4007
水泵
B1
12V
驻极体话筒
附录三总程序
#include<
>
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
//////////AD端口概念////////////////////
sbitCLK=P1^0;
//ADC0832时钟端
sbitDIO=P1^1;
//ADC0832数据输入输出
sbitAD_CS=P1^2;
//ADC0832片选端
sbitpq=P2^0;
//喷泉操纵端口
uintdat;
//AD值
/**************************************************
AD转换函数
***************************************************/
uintADC0832()
uchari=0;
ucharValue1=0;
ucharValue2=0;
AD_CS=1;
//关掉AD;
CLK=0;
DIO=0;
AD_CS=0;
//开启芯片
DIO=1;
//开始位
CLK=1;
//并分/单通首
CLK=0;
//通首选择位
//空闲位
for(i=0;
i<
8;
i++)//读第一次数据
{
if(DIO)
Value1|=0x80>
i;
}
i<
8;
i++)//读第二次数据
Value2|=0x01<
<
//关掉芯片
if(Value1==Value2)//数据校难
returnValue1;
else
return0;
voiddelay(uintms)//延时函数
while(ms)ms--;
voidmain()
uchari;
//
while
(1)
dat=ADC0832();
//读取声音输出的数字量计算出声音信号变化幅度
//静态电压5V最大值是255
if(dat>
=15)//声音信号在10之内数据没转变
for(i=0;
i<
30;
i++)//
P0=0x00;
pq=1;
//开启
delay(dat*10);
//延时保持
P0=0xff;
//关闭
pq=0;
delay(100);
//延时维持
else//声音信号在155之内(255-155=100)数据没转变关闭LED和电机
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- 基于 单片机 小型 音乐喷泉 设计