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1、中北大学信息商务学院2013届本科课程设计说明书第一部分:实验总述音乐彩灯控制器是用音乐信号控制多组颜色的灯泡，利用其亮度变化反映音乐信号。是一种将听信号转换为视信号的装置，用来调节听众欣赏音乐时的情绪和气氛。一.设计要求及技术指标设计要求及技术指标：设计一音乐彩灯控制器．要求电路把输入的音乐信号分为高、中、低三个频段，并且分别控制三种颜色的彩灯。每组彩灯的亮度随各自输入音乐信号大小分八个等级。输入信号最大时，彩灯最亮。当输入信号的幅度小于10mV时，要求彩灯全亮。主要技术指标如下：①高频段2000～4000Hz，控制蓝灯
2、。②中频段500～1200Hz，控制绿灯。③低频段50～250Hz，控制红灯。④电源电压交流220V，输入音乐信号≥10mV。二.要求完成的任务(1)课程设计说明书;(2)电路原理图;(3)仿真结果。25中北大学信息商务学院2013届本科课程设计说明书第二部分:实验原理部分(一).设计框图及电路系统概述设计框图：电路系统概述：1．声音信号要分为三个频段，所以第一步要通过滤波器进行滤波，将音频信号按要求分为三个频段。2．经过放大器把毫伏级的声音信号放大为与比较信号可比的信号。由于直流信号才可比较，所以在进入比较器前先进行整流
3、。3．同步脉冲通过简易的数模转换产生阶梯波，放大后的信号与其比较产生高低电平，再和同步脉冲相与产生个数不同的脉冲去触发三极管，由触发脉冲的个数决定彩灯的亮度。4．如果音乐信号小于10mV，用比较器产生高电平使或门的输出总为高电平，产生的高电平与1HZ的脉冲信号进行与，从而使灯亮暗闪烁。(二).实验电路结构与分块电路原理由本实验设计要求可将试验电路基本分为七个组成部分,即1．电压部分25中北大学信息商务学院2013届本科课程设计说明书2．语音信号的输入部分3．基本信号的放大部分4，滤波选频部分（核心）5．幅度控制部分6.输出
4、显示部分7．10毫伏比较扩展部分第三部分:各单元电路的设计方案及原理说明下面分别从以上几个分块电路说明该彩灯控制器的设计原理与过程.一.电源部分：在Multisim当中电源部分有提供适合芯片使用个直流稳压电源，So不用刻意去设计稳压电源，直接采用软件中5V，12V的电源即可。若需要设计电源则变压器变压，再经过全波整流电路和滤波电容得+12V和-12V直流电压作为运算放大器的电源。+12V经过W7805稳压后得到+5V的电压，供TTL数字集成电路使用。二.语音信号的输入部分本实验中，音乐信号的输入由MP3音乐信号实现，可由下
5、面两种方式输入：方案一：直接输入。方案二：音乐信号由麦克输入：本实验中音乐信号的输入由小话筒实现,25中北大学信息商务学院2013届本科课程设计说明书外界的音乐信号通过麦克将声音信号转换成为一定的电信号以驱动后面电路随音乐进行变化。话筒上有两个引脚，一引脚接地，另一引脚输出由话筒转化成的电信号。话筒本身是有源器件，不需要外加直流电源。为了将比较微小的语音信号体现得比较清楚，在输出端给一个外加的直流电源，与1K电阻相连后接到输出端，相当于加一个直流分量。方案比较：由于考虑到麦克干扰比较大，效果不是特别理想，频率和幅度都不能达
6、到理想的要求，相比之下MP3音乐信号纯度较好，而且存在小于10mV的语音信号，所以把它作为语音信号的输入部分。三.放大部分：由于音乐信号的幅度十分有限,仅为十几毫伏,为了驱动后面的电路,必须将输入信号放大后再经过选频等一系列处理。放大电路可以采用很多的形式，比如LM339芯片，普通的三极管放大等等。由于无特殊要求,故本实验只选用普通的反相放大器即可.具体电路如图所示:（以放大26倍为例）放大器仿真图25中北大学信息商务学院2013届本科课程设计说明书四.滤波选频部分（核心与难点）滤波部分是本实验的重点和难点,选频的结果将直
7、接影响彩灯的最终显示效果，但参数的设计也是本实验的难点所在，理想状态下的滤波器是不存在的。在理想条件下,选频可通过窄带滤波器实现.满足设定频率的信号部分可以通过滤波器控制后面的信号，不满足的部分则被滤波，信号大大得到衰减。方案一常用的滤波器有巴特沃斯滤波器,切比雪夫滤波器,压控电压源滤波器,无限增益滤波器等多种，本实验对此依依分析，仿真和搭接，并通过实际所得状态图进行合理恰当的选择。方案二原理图如下:低频段窄带低通电路25中北大学信息商务学院2013届本科课程设计说明书通带与阻带的幅度对比滤波效果较为理想,过渡带较窄,阻带
8、衰耗较大,基本满足选频要求,设计参数:频段R1C1R2C2低32K0.1U6.4K0.047U中32K0.1U2.8K0.1U高8.2K0.01U8.2K0.047U方案三高频段与中频段的实验效果与低频段相似,均较为理想.改进:由于只需要对音频信号分为三个频段,而带通滤波器对设计电路的要求较高,所以用一
