基于單片機的音樂噴泉控制器設(shè)計.

1、蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設(shè)計）蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)項目2011 屆項目類別：項目名稱：基于單片機的音樂噴泉控制器設(shè)計專業(yè)名稱：姓 名：學 號：200800784班 級：電子08301 指導(dǎo)教師：張筱云 2011年5月5日蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)項目任務(wù)書（個人表）系部：電子工程系畢業(yè)項目類別：畢業(yè)設(shè)計畢業(yè)項目名稱：基于單片機的音樂噴泉控制器設(shè)計指導(dǎo)教師：張筱云職稱：副教授/高工類別：專職學生：王健專業(yè)：應(yīng)用電子班級：電子083011、畢業(yè)項目的主要任務(wù)及目標任務(wù)：設(shè)計并制作一個校園音樂噴泉控制器，使其具有基本的音樂播放、 在線下載、水泵控制等基本功能。目標：提供一個音樂噴

2、泉控制器硬件及可移動音樂噴泉實物。完成一篇7000字以上（圖文混排 A4 15頁左右）的報告。2、畢業(yè)項目的主要內(nèi)容論文的主要內(nèi)容：總體方案設(shè)計；音樂噴泉控制器硬件設(shè)計，包括在線下載、音樂采集 設(shè)計；音樂控制水泵驅(qū)動模塊硬件電路原理圖設(shè)計、硬件電路PCB版圖 設(shè)計；音樂噴泉控制器軟件設(shè)計；音樂噴泉實物調(diào)試。要求：（1）采用學院規(guī)定的文檔格式（2）論文正文層次分明，行文流暢，易懂（3）不得整段抄襲他人文章或技術(shù)資料蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院2011屆畢業(yè)項目3、主要參考文獻1 陳忠平、曹巧媛，單片機原理及接口清華大學出版社,20102 張志良，單片機原理與控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社,20113 張筱

3、云，C51控制技術(shù)，校本教材,20124 張筱云，單片機擴展與接口技術(shù),校本教材,20125 趙華軍，PLC在生產(chǎn)線送料小車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，機電工 程技術(shù)，第36卷第三期6 郝力文、王子文，車間運輸小車的智能控制，機電工程， 2001 年第28卷增刊4、進度安排畢業(yè)項目各階段任務(wù)起止日期1 .音樂噴泉資料收集10.11.10 10.11.302 .音樂噴泉方案制定10.12.01 11.01.013.音樂噴泉硬件設(shè)計11.02.01 11.02.154.音樂噴泉軟件設(shè)計11.02.01 11.02.155.音樂噴泉軟硬件模塊調(diào)試11.02.15 11.03.316.音樂噴泉實物調(diào)試11.04

4、.01 11.04.307.完成研究報告（畢業(yè)論文）11.5.0111.05.158.準備答辯11.5.16 11.05.22誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)項目報告/論文基于單片機的音樂噴泉控制器設(shè)計 是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立研究、寫作的成果。論文中所引用是 他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式 標明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨自承擔。作者簽名：年 月 日摘要 11音樂噴泉的概述 21.1音樂噴泉簡介 21.2音樂噴泉的發(fā)展方向 21.3音樂噴泉的設(shè)計意義 32校園音樂噴泉的方案分析與論證 42.1校園音樂噴泉控制器的要求 42.2校園音樂噴泉控制器的方案分析

5、 42.3方案論證 63控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 錯誤！未定義書簽。3.1校園音樂噴泉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 錯誤！未定義書簽。3.2校園音樂噴泉控制器硬件原理圖 錯誤！未定義書簽。3.3單片機主控模塊 錯誤！未定義書簽。3.4控制器電源模塊 錯誤！未定義書簽。3.5控制器紅外遙控模塊 錯誤！未定義書簽。3.6 SD卡模塊 錯誤！未定義書簽。3.7 F/V轉(zhuǎn)換模塊 錯誤！未定義書簽。3.8 A/D模塊 錯誤！未定義書簽。3.9 D/A模塊 錯誤！未定義書簽。3.10功率放大模塊 錯誤！未定義書簽。3.11液晶12864顯示模塊 錯誤！未定義書簽。3.12變頻器工作原理 錯誤！未定義書簽。4控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

6、錯誤！未定義書簽。4.1主程序流程圖 錯誤！未定義書簽。4.2紅外信號處理程序流程圖 錯誤！未定義書簽。4.3 AD_DA專換程序流程圖 錯誤！未定義書簽。5設(shè)計測試結(jié)果仿真與調(diào)試 錯誤！未定義書簽。5.1仿真調(diào)試 錯誤！未定義書簽。5.2現(xiàn)場調(diào)試 錯誤！未定義書簽。6總結(jié) 77參考文獻 95蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學院2011屆畢業(yè)項目摘要本文介紹一種以單片機為核心對音頻信號進行處理的音樂噴泉控 制器，很好的實現(xiàn)了音樂與噴泉的同步性。在基本功能達到的同時，在 噴泉的外圍設(shè)備上加以修飾（如燈光、噴頭），并且由單片機控制很好 的將它們?nèi)谌肓艘魳?，隨著音樂節(jié)奏變化而變化。此次設(shè)計該音樂噴泉 控制器的音

7、源來自于 SD卡模塊，使用了紅外遙控對控制器進行控制， 并且通過液晶模塊進行同步顯示。充分體現(xiàn)了此次設(shè)計目的：小、精、 全。關(guān)鍵詞：AT89S52 F/V轉(zhuǎn)換，校園音樂噴泉，變頻器101音樂噴泉的概述1.1音樂噴泉簡介噴泉是人工環(huán)境中最富有生命力的景觀，它具有分隔空間、增加層次、凈化空氣、美化環(huán)境（如的作用?，F(xiàn)代高科技把美妙的音樂、多姿的噴泉造型、五彩繽紛的水下燈光、神奇的激光圖文， 通過電腦有機的結(jié)合在一起，給人以音樂聲響、視覺形象、色彩變換三位一體的超自然享受 圖1-1、1-2 ）。隨著我國人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，對于精神生活的要求也在不斷提高， 為進一步改造環(huán)境景觀，建設(shè)一個音樂噴泉

8、是很有必要的。圖1-1音樂噴泉11.2音樂噴泉的發(fā)展方向圖1-2音樂噴泉21.2.1冷霧噴泉淡淡的干霧，別有韻致的，輕輕地舒展著嫵媚。時而浩浩而來，時而蜿蜓而去，時而高聳 如云，時而低回縈繞，使得空氣純凈而濕潤。而且變化莫測，讓人透出陣陣沁人心脾的愜意， 如瀕臨世外仙境，配上如癡如醉的音樂，如夢如幻，產(chǎn)生虛無縹緲的夢幻般感覺，從而更增添 了幾分朦朧之美與神秘之感。干霧似乎能讓人在熙攘市囂中，暫時得以洗滌一身凡俗，舒緩那 忐忑不安的心靈，也充分體現(xiàn)了人與自然不可分割的密切關(guān)系。1.2.2水幕電影電影，人們并不陌生，繼立體電影和全景電影之后，當今電影業(yè)最熱鬧的、最令人耳目一 新的莫過于激光水幕電影

9、了。它是將激光電影投射在特制的大型水幕之上，內(nèi)容新鮮刺激，激 光變幻莫測，新奇飄逸的意境確實令人神往。1.2.3玻光噴泉弧形玻光水線穿池而出。單而高的噴、小而飄逸的泉，更強化了起伏效果，一種輕靈、騰 飛之勢呼之欲出，從而增加了親水性，在流動的水面中創(chuàng)造了不同層次的水景，形成頗具特色 的景觀。1.3音樂噴泉的設(shè)計意義做好現(xiàn)在音樂噴泉是現(xiàn)在高科技技術(shù)在傳統(tǒng)噴泉上的升華，是高科技的一種美的體現(xiàn)。個真正的音樂噴泉并不是很容易的事，它涉及到信號處理、控制技術(shù)、模式識別、流體力學、 機械設(shè)計等多種技術(shù)。需要對這些技術(shù)融會貫通才能做到熟能生巧，才能設(shè)計制造出生動活潑 的美妙噴泉。2校園音樂噴泉的方案分析與論

10、證2.1校園音樂噴泉控制器的要求首先音樂音樂噴泉最基本且最核心的要求就是音樂與噴泉同步，在聽覺和視覺方面同時給人一個美的沖擊。而校園音樂噴泉顧名思義，在完成音樂噴泉基本功能的同時，還要充分體現(xiàn)出以下兩個方面：（1）校園音樂噴泉控制器的外觀大小：此次設(shè)計突破人們的常規(guī)思想，因為每提到音樂噴泉，大家都會首先意識到各大型廣場那壯觀的一幕幕大型噴泉場景。此次設(shè)計目的是將音樂噴泉帶到大家的身邊（如學校、家庭），所以在外觀大小方面做到精致，同時達到燈光與噴頭的效果，最終實現(xiàn)噴泉可移動性。（2）校園音樂噴泉控制器的功能完善：在完成了音樂噴泉的基本功能后，外觀大小做到精致的同時，必須保證功能的完整性。該 控制

11、器實現(xiàn)紅外控制、液晶同步顯示、音源模塊與電腦方便通訊等功能。2.2校園音樂噴泉控制器的方案分析下面我們就如何能方便、簡單地實現(xiàn)校園音樂噴泉的以上功能及經(jīng)濟角度等方面，將在音樂噴泉控制系統(tǒng)中常用的各種控制控制器或控制電路的優(yōu)缺點進行簡單地比較。方案1 ：繼電器-接觸器控制系統(tǒng)該系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比，結(jié)構(gòu)比較簡單，易于理解和掌握，其設(shè)計成本也相對較低。但從應(yīng)用于該大型廣場音樂噴泉系統(tǒng)中來看，該系統(tǒng)有以下幾個缺點：（1）接點易磨損，電接觸不好；在一個噴泉系統(tǒng)中，需要用到的繼電器、接觸器的數(shù)量是相當大的，因此，在此控制系統(tǒng) 中，如果有一個觸點接觸不良，整個系統(tǒng)就會癱瘓，而且要找出故障元件是很難的，維修也

12、相 當煩瑣。（2）功能局限性；接觸器動作緩慢以及過度延時是該系統(tǒng)的缺點之一，因為該控制系統(tǒng)要求與音樂同步，并能實時的表現(xiàn)出音樂信號的變化。同時，以接觸器為控制核心，很難實現(xiàn)紅外通訊與液晶通訊。綜上所述，由于該系統(tǒng)有諸多弊病，繼電器-接觸器系統(tǒng)僅僅應(yīng)用于反應(yīng)速度、精度、實時性要求不是很高的場合，隨著科技的進步，該型控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。方案2: PLC控制系統(tǒng)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，PLC技術(shù)已越來越成熟，應(yīng)用的范圍也越來越廣泛，幾乎滲透到了各 行各業(yè)。而在很多的控制應(yīng)用系統(tǒng)中，以PLC為核心的控制系統(tǒng)逐漸成為理想的控制系統(tǒng)，主要特點：硬件的可靠性高、編程簡單，使用方便。但該控制系統(tǒng)存在以下幾個缺點：

13、（1）性價比一個產(chǎn)品的設(shè)計成功與否，主要考慮它的實用性與性價比，所以性價比是一個不可忽視的環(huán)節(jié)，由于本次設(shè)計核心是一個校園音樂噴泉控制器，不僅在功能上要基本實現(xiàn)，而且需要有所突破，比如：配上紅外控制，液晶顯示。這樣PLC在通訊和I/O數(shù)量方便需要擴展，需添加相應(yīng)的擴展模塊，這樣就大大提高了設(shè)計成本。（2）音樂與噴泉同步問題音樂的頻率是一個很精準的模擬量，如果想很好的實現(xiàn)噴泉與音樂的同步問題，那么采集音頻、音頻轉(zhuǎn)換等過程需要精度很高，而PLC本身不自帶各轉(zhuǎn)換模塊（如 AD、DA等），所以需要再次擴展，那么又重新回到性價比問題。綜上所述，PLC更適合一些大型的音樂噴泉制作，成本可以不計于考慮，但此

14、次設(shè)計核心是校園音樂噴泉，以精致、性價比高為特點，將來還可能走向家庭，所以成本理應(yīng)考慮。方案3：工業(yè)PC機控制系統(tǒng)目前市面上很多專業(yè)的音樂噴泉公司制作音樂噴泉開始采用工業(yè)PC機作為音樂噴泉的控制核心，利用PC機的軟件程序，對采集的音頻信號進行圖像化分析，這樣就充分實現(xiàn)了音樂與噴泉的結(jié)合。這是一個技術(shù)性的突破，但是從經(jīng)濟角度去考慮，PC機的價格相對較高，同時PC 機的體積較大。所以與本次設(shè)計特點相沖突。方案4:單片機控制系統(tǒng)這是一個科技信息的時代，高科技智能化產(chǎn)品在一代代更新，但我們有沒有想過，它們之所以更新那么快，原因在于它們的核心控制器件在更新，那就是單片機。其實不管是PLC還是PC機等控制

15、器，他們主核心控制還是由單片機完成，所以單片機的 存在是具有很大的意義。其主要特點主要有：（1）單片機的存儲器 ROM和RAM是嚴格區(qū)分的。ROM稱為程序存儲器，只存放程序、固 定常數(shù)及數(shù)據(jù)表格。RAM則為數(shù)據(jù)存儲器，用作工作區(qū)及存放用戶數(shù)據(jù)。這樣的結(jié)構(gòu)主要是考 慮到單片機用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲器空間，把開發(fā)成功的程序固化在 ROM中，而把少量的隨機數(shù)據(jù)存放在 RAM中。這樣，小容量的數(shù)據(jù)存儲器能以高速 RAM形式集成在單片 機內(nèi)，以加速單片機的執(zhí)行速度。 但單片機內(nèi)的RAM是作為數(shù)據(jù)存儲器用， 而不是當作高速緩 沖存儲器(Cache)使用。(2)采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的

16、需要， 單片機有更強的邏輯控制能力，特別是具有很強的位處理能力。(3) 單片機的I/O引腳通常是多功能的。由于單片機芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實際 引腳數(shù)和需要的信號線的矛盾，采用了引腳功能復(fù)用的方法。引腳處于何種功能，可由指令來 設(shè)置或由機器狀態(tài)來區(qū)分。(4) 單片機的外部擴展能力強。在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時，均可在外部進行擴展(如擴展ROM、RAM，I/O接口，定時器/計數(shù)器，中斷系統(tǒng)等)，與許多通用的微機接 口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計帶來極大的方便和靈活性。(5) 體積小，成本低，運用靈活，易于產(chǎn)品化，它能方便地組成各種智能化的控制設(shè)備和儀 器，做到機電一體化。(6) 面

17、向控制，能針對性地解決從簡單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價格比。(7) 抗干擾能力強，適用溫度范圍寬，在各種惡劣的環(huán)境下都能可靠地工作，這是其它類型計算機無法比擬的。(8) 可以方便地實現(xiàn)多機和分布式控制，使整個控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。 綜上所述，單片機的特點與本次校園音樂噴泉控制器的設(shè)計理念及要求完全符合。2.3方案論證對音樂噴泉的成敗最重要的是看噴出的水流量是否有音樂感。單片機的主要功能是對音樂 信號進行處理，再將處理后的信號傳輸?shù)较乱患壙刂圃O(shè)備，這樣就可以控制所需的水型及燈光 按照音樂的節(jié)奏高低起伏和動感變化，使音樂噴泉真正達到了水上芭蕾的藝術(shù)效果。單片機所 具有的

18、準確、精密、快速、通訊方便和多點控制的功能已使它成為現(xiàn)代高技術(shù)音樂噴泉工程中 不可缺少的設(shè)備。通過對上述方案分析可知，該系統(tǒng)從理論上講， 可以采用的控制器有： 繼電器-接觸器控制；PLC控制；PC機控制；單片機控制等四種控制器。綜上所述，對這四種不同形式的控制器的比較，在校園音樂噴泉的控制系統(tǒng)中，很顯然單 片機作為控制器的優(yōu)勢比較明顯、突出。因此，在此次校園音樂噴泉控制系統(tǒng)中選用了單片機 作為控制器的方案。致謝值此論文完成之際，謹對近3年來指導(dǎo)、幫助、關(guān)心過我的老師們表示深深的謝 意！特別感謝張筱云老師，在論文的整個階段都給予了我精心的指導(dǎo)，她嚴謹?shù)闹?學態(tài)度和對工作的熱愛態(tài)度也將在以后深深地影響著我。感謝我的家人，