單片機控制系統(tǒng)下的音樂噴泉設(shè)計研究論文

　　摘要：伴隨現(xiàn)在我國城市環(huán)境建設(shè)和發(fā)展， 音樂噴泉作為一種高雅性的藝術(shù)景觀被廣泛的使用在各大廣場和小區(qū)中， 因此設(shè)計一種新型音樂噴泉具有很重要的意義。本文設(shè)計一種基于單片機的簡易音樂噴泉， 通過ADC0832將音頻信息采集， 通過信號轉(zhuǎn)換， 然后傳送給單片機處理后， 根據(jù)不同的樂譜讓LED燈顯示和水泵噴泉， 同時通過LM386功率放大器讓揚聲器來播放音頻信息。本音樂噴泉設(shè)計融入現(xiàn)代科技與藝術(shù)。音樂噴泉是由噴水圖案、彩燈和音樂旋律組成的有機整體。它令視聽觀眾有極大的樂趣。

　　關(guān)鍵詞：音樂噴泉； ADC0832模塊； LM386功率放大器；

　　音樂噴泉從建筑情況出發(fā)， 展現(xiàn)瑰麗的美感特征。并以水上音樂曲調(diào)的角度來表現(xiàn)音樂噴泉的優(yōu)美姿態(tài)， 但是這些大型音樂噴泉， 控制系統(tǒng)采用PLC可編程邏輯控制， 成本高， 一般定量設(shè)計特別。國內(nèi)外音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計還處于成長階段， 也有專門的生產(chǎn)和設(shè)計廠家， 提供設(shè)計、噴泉設(shè)備和安裝服務(wù)。目前， 在中國的音樂噴泉是向智能化方向發(fā)展， 分權(quán)化、綜合化、多樣化。因此， 對音樂噴泉控制系統(tǒng)的設(shè)計也提出了更高的要求。本文就是基于單片機設(shè)計的一種音樂噴泉。

　　1、設(shè)計思想

　　基于單片機的音樂噴泉主要是由六部分組成：主要由STC89C52單片機電路作為主控制電路；ADC0832采集電路主要是把音頻信號采集后傳輸給單片機進行處理 （采集接口主要是通過一個3.5的音頻線與外部播放設(shè)備相連接） ;水泵控制電路、LM386功率放大器電路、LED燈顯示電路主要用來顯示音樂噴泉的效果；5V電源電路 （主要通過一個USB數(shù)據(jù)線和外部電源相連） 主要給系統(tǒng)供電。

　　2、硬件設(shè)計

　　2.1 音頻采集模塊

　　ADC0832是一個8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片， 具有高達256的水平最大分辨率， 可適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。內(nèi)部電源的輸入和參考電壓的重復(fù)使用， 使芯片的模擬電壓在0~5V之間， 芯片的轉(zhuǎn)換時間僅為32μs, 數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗， 減少數(shù)據(jù)誤差， 轉(zhuǎn)換速度快， 穩(wěn)定性強。獨立的芯片可以輸入， 使得多個設(shè)備的連接和處理器控制更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入， 可以方便地實現(xiàn)信道功能的選擇。在本設(shè)計中， ADC0832采用一個3管腳的輸入通道CH0采集從LM386上得到的模擬信號， 將數(shù)字信號通過5、6管腳傳輸給單片機處理， 的作用是將輸出的模擬信號到數(shù)字信號的粉塵傳感器。然后將信號送入單片機進行處理， 管腳7為與單片機相連接的時鐘輸入， 管腳1為與單片機相互連接， 為低電平時開始工作。

　　2.2 放大模塊

　　揚聲器放大器電路LM386芯片選擇放大， LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器， 是一種集成的音頻功率放大器， 低功耗功率放大器， 更新鏈增益可調(diào)、電源電壓范圍、外圍元件少、體積小的總諧波失真， 廣泛應(yīng)用于錄音機和收音機。輸入端為位置基準， 輸出端自動偏置至電源電壓的一半。LM386的包裝是塑料制成的密封鉛8雙線和斑塊類型。

　　2.3 狀態(tài)輸出模塊

　　狀態(tài)輸出模塊主要包括發(fā)光二極管和水泵。LED燈也稱為發(fā)光二極管， 它具體單向?qū)щ娦裕?把電能轉(zhuǎn)化成光能。其具體電路原理圖如下圖10所示。在電路中， 電阻的作用是限流， 保護LED燈。只要單片機的控制引腳拉低， 則LED燈亮， 否則， LED燈不亮。

　　水泵是一種輸送液體或增壓液體的機器。在這個系統(tǒng)中， 5V泵是用來噴水的， 因為泵是一種大功率的裝置。單片機無法直接驅(qū)動， 故選擇三極管9012來實現(xiàn)對水泵的控制。當單片機引腳是低電位水泵正常工作。否則， 水泵不工作。極性電容EC4作用是濾波， 讓水泵更穩(wěn)定的工作。

　　3、軟件設(shè)計

　　本系統(tǒng)的設(shè)計主要采用Keil軟件編寫和調(diào)試程序。程序語言是用一種更可讀、更可移植的C語言編寫的。先初始化與定義各I/O口的功能， 然后判斷是否有音頻采集， 如果有音頻采集則進行音頻采集同時進行模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳送給單片機， 單片機把數(shù)字信號依次傳給LED燈和水泵， 系統(tǒng)運行流程圖如下圖所示。

　　4、總結(jié)

　　基于單片機的音樂噴泉設(shè)計從系統(tǒng)方案的設(shè)計， 元件的選擇， 硬件電路設(shè)計， 軟件的設(shè)計， 到最后的系統(tǒng)仿真和軟硬件調(diào)試， 最終達到了設(shè)計要求。實現(xiàn)了以單片機STC89C52作為系統(tǒng)控制芯片， 通過ADC0832模塊采集到音頻信息進行數(shù)模轉(zhuǎn)換， 最后通過LED燈和水泵以及揚聲器輸出最后的效果。

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