基于单片机的音乐喷泉设计讲课教案.doc

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1、基于单片机的音乐喷泉设计__________________________________________________基于单片机的音乐喷泉设计第一章音乐喷泉控制系统硬件设计1.1控制系统硬件总设计方案1.2音乐信号的采集  1.2.1 音频放大电路的设计1.2.2 采样定理1.3 单片机电路1.3.1 单片机的概述  1.3.2 时钟电路的设计1.4 AD转换电路  1.4.1 ADC0809与单片机AT89C51的连接  1.4.2输入电路1.5潜水泵调速硬件方案设计  1.6灯光硬件方案设计  1.7解决系统时间滞后硬件电路设计.  第二章

2、 喷泉控制系统软件设计  2.1喷池数据  2.2主程序框图.  2.3 控制潜水泵软件设计模块 2.3.1 潜水泵开关调速的原理  2.3.2潜水泵开关调速的软件设计  2.4控制电磁阀软件设计模块  2.5 歌曲存储模块  2.5.1音频脉冲的产生  2.5.2音乐程序  2.6灯光控制模块  2.7看门狗子程序2.7实验仿真____________________________________________________________________________________________________ 第一章音乐喷泉控制系统

3、硬件设计 1.1 控制系统硬件总体设计方案 该音乐喷泉控制系统的总体结构如图2.1所示，由音乐输入系统、数模转换系统、单片机控制系统和输出控制系统等组成。 图1.1 系统总体结构框图 1.2音乐信号的采集 前面已经介绍过，本文的研究针对的是采用外部音源的喷泉系统，因此在对 音乐信号进行特征识别前首先要完成对模拟音乐信号的采集。音乐信号的采集主 要包括音频放大和 A/D 转换两个过程，下面分别进行分析。 1_________________________________________________________________________

4、___________________________.2.1 音频放大电路的设计 外部音源信号的幅度一般较弱，因此必须要对原信号进行放大处理后才能送入A/D 转换器。本文选择了 LM386 芯片设计音频放大电路。LM386 是美国国家半导体公司（NS）推出的系列功率放大集成电路的一种，LM386 具有功耗低、工作电压范围宽、所需外围元件少等特点，在电子设备的音频放大电路设计中应用非常广泛，它使用了 10 只晶体管构成了输入级、电压增益和电流驱动级。其中 T1~T6 组成 PNP 型复合差分放大器，T5、T6 为镜像恒流源，作为 T3、T4 的有 6

5、/32 源负载，使输入级有稳定的增益。电压增益级由接成共发射极状态的 T7 承担，其负载也使用了恒流源，整个集成功放的开环增益主要由该级决定。T8、T9 复合为一个 PNP 管，和 T10 共同组成互补对称射极输出电路，以供给负载以足够的电流。D1、D2 提供了 T8、T9、T10 所需的偏置，使末级偏置在甲乙类状态。R5~R7 构成内部反馈环路。从图 3.2.1 可以看出，LM386 采用双列 8 脚封装结构，它的工作电压范围为 4~12V，静态电流 4mA，最大输出功率 660mW，最大电压增益 46dB，增益带宽 300kHz，谐波失真 0.2

6、%。 图1.2.1 LM386 封装形式及引脚定义 在 LM386 的 DataSheet 上，提供了两种典型放大电路的设计方案。一种是在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间不接其他元件，此时放大电路的增益仅由内部电阻 R5~R7决定，为 20 倍数（26dB），这种方式外部电路元件最少，也最为经济。另一种通 过在 1 脚和 8 脚之间串接不同的阻容元件，改变放大电路的交流反馈量，从而改变放大电路的闭环增益。音乐信号的放大采集如图 2.2.2 所示。外部音源（声卡、CD 机等）的模拟音乐信号分左、右声道分别进入放大电路，经过信号放大后，得到幅值放

7、大后的音频信号。从图 3.2.2 可以看出放大电路的具体设计。在 LM386 的 1 脚和 8 脚之间串接一个 10 微法的电容 C4，使内部电阻 R6 被交流旁路，放大电路的增益能达到最大值，200 倍数（46dB）。再对音频放大电路的外围电路进行设计，电路中电容 C1、C6 作为隔直电容，电位器 P1 用于调节音量的大小，元件 R2、C5 有助于旁路高频噪音和改善输出的音质。电容 C3 作为去耦电容，一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。电容 C2 则是作为旁路电容，将信号的中高频噪音旁路到地。经过放大电路的音频信号就送入

8、 A/D 转换器进行采样，这里 A/D转换器要设置为双极 7/32 性，即能接收负信号。 图 2.2.2 音