基于單片機(jī)音樂(lè)噴泉控制器設(shè)計(jì)

1、蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)項(xiàng)目畢業(yè)項(xiàng)目畢業(yè)項(xiàng)目 2011 屆屆 2011 年年 5 月月 5 日日項(xiàng)項(xiàng)目目類別類別： ：畢業(yè)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) 項(xiàng)項(xiàng)目名稱：目名稱：基于基于單單片機(jī)的音片機(jī)的音樂(lè)噴樂(lè)噴泉控制器泉控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 專業(yè)專業(yè)名稱：名稱：應(yīng)應(yīng)用用電電子技子技術(shù)術(shù) 姓姓 名名 ： ：王健王健 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) ： ：200800784 班班 級(jí)級(jí)： ：電電子子 08301 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師： ：張張?bào)阍企阍?蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目1 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢畢業(yè)業(yè)項(xiàng)項(xiàng)目目任任務(wù)務(wù)書(shū)書(shū)（個(gè)個(gè)人人表表）系部： 電子工程系 畢畢業(yè)

2、業(yè)項(xiàng)項(xiàng)目目類類別別：畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)畢畢業(yè)業(yè)項(xiàng)項(xiàng)目目名名稱稱： 基基于于單單片片機(jī)機(jī)的的音音樂(lè)樂(lè)噴噴泉泉控控制制器器設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師：張張?bào)泱阍圃坡毬毞Q稱：副副教教授授 /高高工工類類別別：專專職職學(xué)學(xué) 生生：王王健健專專業(yè)業(yè)：應(yīng)應(yīng)用用電電子子班班級(jí)級(jí)：電電子子 083011 1、畢畢業(yè)業(yè)項(xiàng)項(xiàng)目目的的主主要要任任務(wù)務(wù)及及目目標(biāo)標(biāo) 任務(wù)：設(shè)計(jì)并制作一個(gè)校園音樂(lè)噴泉控制器,使其具有基本的音樂(lè)播放、在線下載、水泵控制等基本功能。目標(biāo)：提供一個(gè)音樂(lè)噴泉控制器硬件及可移動(dòng)音樂(lè)噴泉實(shí)物。完成一篇 7000 字以上（圖文混排 A4 15 頁(yè)左右）的報(bào)告。2、畢業(yè)項(xiàng)目的主要內(nèi)容 論文的主要內(nèi)容：總體方

3、案設(shè)計(jì) ；音樂(lè)噴泉控制器硬件設(shè)計(jì)，包括 在線下載、音樂(lè)采集設(shè)計(jì) ；音樂(lè)控制水泵驅(qū)動(dòng)模塊硬件電路原理圖設(shè)計(jì)、硬件電路 PCB 版圖設(shè)計(jì) ；音樂(lè)噴泉控制器軟件設(shè)計(jì)；音樂(lè)噴泉實(shí)物調(diào)試 。要求： （1）采用學(xué)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(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目23 3、主主要要參參考考文文獻(xiàn)獻(xiàn)1陳忠平、曹巧媛 ,單片機(jī)原理及接口 ,清華大學(xué)出版社 ,20102張志良 ,單片機(jī)原理與控制技術(shù),機(jī)械工業(yè)出版社 ,20113張?bào)阍?,C51 控制技術(shù) ,校本教材 ,20124張?bào)阍?,單片機(jī)擴(kuò)展與接口技術(shù),校本教材 ,2

4、0125趙華軍， PLC 在生產(chǎn)線送料小車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，機(jī)電工程技術(shù) ,第 36 卷第三期6郝力文、王子文，車間運(yùn)輸小車的智能控制，機(jī)電工程 ，2001 年第 28 卷增刊4 4、進(jìn)進(jìn)度度安安排排畢業(yè)項(xiàng)目各階段任務(wù)起止日期1音樂(lè)噴泉資料收集10.11.1010.11.302音樂(lè)噴泉方案制定10.12.0111.01.013音樂(lè)噴泉硬件設(shè)計(jì)11.02.0111.02.154音樂(lè)噴泉軟件設(shè)計(jì)11.02.0111.02.155音樂(lè)噴泉軟硬件模塊調(diào)試11.02.1511.03.316. 音樂(lè)噴泉實(shí)物調(diào)試11.04.0111.04.307. 完成研究報(bào)告（畢業(yè)論文）11.5.0111.05.158準(zhǔn)

5、備答辯11.5.1611.05.22蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目3 誠(chéng)誠(chéng) 信信 聲聲 明明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)項(xiàng)目報(bào)告/論文基于單片機(jī)的音樂(lè)噴泉控制器設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫(xiě)作的成果。論文中所引用是他人的無(wú)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(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。 作者簽名： 年 月 日 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目4目目 錄錄摘 要 .11 音樂(lè)噴泉的概述 .11.1 音樂(lè)噴泉簡(jiǎn)介 .11.2 音樂(lè)噴泉的發(fā)展方向 .21.3 音樂(lè)噴泉的設(shè)計(jì)意義 .22 校園音樂(lè)噴泉的方案分析與論證 .22.1 校園

6、音樂(lè)噴泉控制器的要求 .22.2 校園音樂(lè)噴泉控制器的方案分析 .32.3 方案論證 .53 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) .53.1 校園音樂(lè)噴泉控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 .53.2 校園音樂(lè)噴泉控制器硬件原理圖 .63.3 單片機(jī)主控模塊 .73.4 控制器電源模塊 .83.5 控制器紅外遙控模塊 .93.6 SD 卡模塊.113.7 F/V 轉(zhuǎn)換模塊.133.8 A/D 模塊.163.9 D/A 模塊.183.10 功率放大模塊 .203.11 液晶 12864 顯示模塊 .21蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目53.12 變頻器工作原理 .234 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .244.1 主程序流程圖

7、.244.2 紅外信號(hào)處理程序流程圖 .254.3 AD_DA 轉(zhuǎn)換程序流程圖.275 設(shè)計(jì)測(cè)試結(jié)果仿真與調(diào)試 .285.1 仿真調(diào)試 .285.2 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 .296 總結(jié) .337 參考文獻(xiàn) .34蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目1摘摘 要要本文介紹一種以單片機(jī)為核心對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理的音樂(lè)噴泉控制器，很好的實(shí)現(xiàn)了音樂(lè)與噴泉的同步性。在基本功能達(dá)到的同時(shí)，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(jī)控制很好的將它們?nèi)谌肓艘魳?lè)，隨著音樂(lè)節(jié)奏變化而變化。此次設(shè)計(jì)該音樂(lè)噴泉控制器的音源來(lái)自于 SD 卡模塊，使用了紅外遙控對(duì)控制器進(jìn)行控制，并且通過(guò)液晶模塊進(jìn)行同步顯示。

8、充分體現(xiàn)了此次設(shè)計(jì)目的：小、精、全。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：AT89S52，F(xiàn)/V 轉(zhuǎn)換，校園音樂(lè)噴泉，變頻器蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目21 1 音樂(lè)噴泉的概述音樂(lè)噴泉的概述1.11.1 音樂(lè)噴泉簡(jiǎn)介音樂(lè)噴泉簡(jiǎn)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)境的作用?，F(xiàn)代高科技把美妙的音樂(lè)、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(guò)電腦有機(jī)的結(jié)合在一起，給人以音樂(lè)聲響、視覺(jué)形象、色彩變換三位一體的超自然享受（如圖 1-1、1-2）。隨著我國(guó)人民物質(zhì)生活水平的不斷提高，對(duì)于精神生活的要求也在不斷提高，為進(jìn)一步改造環(huán)境景觀，建設(shè)一個(gè)音樂(lè)噴泉

9、是很有必要的。 圖圖 1-11-1 音樂(lè)噴泉音樂(lè)噴泉 1 1 圖圖 1-21-2 音樂(lè)噴泉音樂(lè)噴泉 2 21.21.2 音樂(lè)噴泉的發(fā)展方向音樂(lè)噴泉的發(fā)展方向1.2.11.2.1 冷霧噴泉冷霧噴泉 淡淡的干霧，別有韻致的，輕輕地舒展著嫵媚。時(shí)而浩浩而來(lái)，時(shí)而蜿蜓而去，時(shí)而高聳如云，時(shí)而低回縈繞，使得空氣純凈而濕潤(rùn)。而且變化莫測(cè)，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(lè)，如夢(mèng)如幻，產(chǎn)生虛無(wú)縹緲的夢(mèng)幻般感覺(jué)，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(shí)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。1.2.21.2.2 水

10、幕電影水幕電影 電影，人們并不陌生，繼立體電影和全景電影之后，當(dāng)今電影業(yè)最熱鬧的、最令人耳目一新的莫過(guò)于激光水幕電影了。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(cè)，新奇飄逸的意境確實(shí)令人神往。1.2.31.2.3 玻光噴泉玻光噴泉 弧形玻光水線穿池而出。單而高的噴、小而飄逸的泉，更強(qiáng)化了起伏效果，一種輕靈、騰飛之勢(shì)呼之欲出，從而增加了親水性，在流動(dòng)的水面中創(chuàng)造了不同層次的水景，形成頗具特色的景觀。蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目31.31.3 音樂(lè)噴泉的設(shè)計(jì)意義音樂(lè)噴泉的設(shè)計(jì)意義 現(xiàn)在音樂(lè)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)。做好

11、一個(gè)真正的音樂(lè)噴泉并不是很容易的事，它涉及到信號(hào)處理、控制技術(shù)、模式識(shí)別、流體力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)等多種技術(shù)。需要對(duì)這些技術(shù)融會(huì)貫通才能做到熟能生巧，才能設(shè)計(jì)制造出生動(dòng)活潑的美妙噴泉。蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目42 2 校園音樂(lè)噴泉的方案分析與論證校園音樂(lè)噴泉的方案分析與論證2.12.1 校園音樂(lè)噴泉控制器的要求校園音樂(lè)噴泉控制器的要求 首先音樂(lè)音樂(lè)噴泉最基本且最核心的要求就是音樂(lè)與噴泉同步，在聽(tīng)覺(jué)和視覺(jué)方面同時(shí)給人一個(gè)美的沖擊。 而校園音樂(lè)噴泉顧名思義，在完成音樂(lè)噴泉基本功能的同時(shí)，還要充分體現(xiàn)出以下兩個(gè)方面：（1 1）校園音樂(lè)噴泉控制器的外觀大?。┬@音樂(lè)噴泉控制器的外觀大小

12、： 此次設(shè)計(jì)突破人們的常規(guī)思想，因?yàn)槊刻岬揭魳?lè)噴泉，大家都會(huì)首先意識(shí)到各大型廣場(chǎng)那壯觀的一幕幕大型噴泉場(chǎng)景。此次設(shè)計(jì)目的是將音樂(lè)噴泉帶到大家的身邊（如學(xué)校、家庭） ，所以在外觀大小方面做到精致，同時(shí)達(dá)到燈光與噴頭的效果，最終實(shí)現(xiàn)噴泉可移動(dòng)性。（2 2）校園音樂(lè)噴泉控制器的功能完善）校園音樂(lè)噴泉控制器的功能完善： 在完成了音樂(lè)噴泉的基本功能后，外觀大小做到精致的同時(shí)，必須保證功能的完整性。該控制器實(shí)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。2.22.2 校園音樂(lè)噴泉控制器的方案分析校園音樂(lè)噴泉控制器的方案分析下面我們就如何能方便、簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)校園音樂(lè)噴泉的以上功能及經(jīng)濟(jì)角度等方面，將

13、在音樂(lè)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(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單地比較。方案方案 1 1：繼電器：繼電器- -接觸器控制系統(tǒng)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(jiǎn)單，易于理解和掌握，其設(shè)計(jì)成本也相對(duì)較低。但從應(yīng)用于該大型廣場(chǎng)音樂(lè)噴泉系統(tǒng)中來(lái)看，該系統(tǒng)有以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）接點(diǎn)易磨損，電接觸不好；在一個(gè)噴泉系統(tǒng)中，需要用到的繼電器、接觸器的數(shù)量是相當(dāng)大的，因此，在此控制系統(tǒng)中，如果有一個(gè)觸點(diǎn)接觸不良，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，而且要找出故障元件是很難的，維修也相當(dāng)煩瑣。（2）功能局限性；接觸器動(dòng)作緩慢以及過(guò)度延時(shí)是該系統(tǒng)的缺點(diǎn)之一，因?yàn)樵摽刂葡到y(tǒng)要求與音樂(lè)同步，并能實(shí)時(shí)的表現(xiàn)出音樂(lè)信號(hào)的變化。

14、同時(shí)，以接觸器為控制核心，很難實(shí)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(shí)時(shí)性要求不是很高的場(chǎng)合，隨著科技的進(jìn)步，該型控制系統(tǒng)已逐漸被淘汰。 蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011 屆畢業(yè)項(xiàng)目5方案方案 2 2：PLCPLC 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，PLC 技術(shù)已越來(lái)越成熟，應(yīng)用的范圍也越來(lái)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(diǎn)：硬件的可靠性高、編程簡(jiǎn)單，使用方便。但該控制系統(tǒng)存在以下幾個(gè)缺點(diǎn)：（1）性價(jià)比 一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成功與否，主要考慮它的實(shí)用性與性

15、價(jià)比，所以性價(jià)比是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)，由于本次設(shè)計(jì)核心是一個(gè)校園音樂(lè)噴泉控制器，不僅在功能上要基本實(shí)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(kuò)展，需添加相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，這樣就大大提高了設(shè)計(jì)成本。（2）音樂(lè)與噴泉同步問(wèn)題音樂(lè)的頻率是一個(gè)很精準(zhǔn)的模擬量，如果想很好的實(shí)現(xiàn)噴泉與音樂(lè)的同步問(wèn)題，那么采集音頻、音頻轉(zhuǎn)換等過(guò)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(kuò)展，那么又重新回到性價(jià)比問(wèn)題。綜上所述，PLC 更適合一些大型的音樂(lè)噴泉制作，成本可以不計(jì)于考慮，但此次設(shè)計(jì)核心是校園音樂(lè)噴泉，以精致、性價(jià)比

16、高為特點(diǎn)，將來(lái)還可能走向家庭，所以成本理應(yīng)考慮。方案方案 3 3：工業(yè)：工業(yè) PCPC 機(jī)控制系統(tǒng)機(jī)控制系統(tǒng)目前市面上很多專業(yè)的音樂(lè)噴泉公司制作音樂(lè)噴泉開(kāi)始采用工業(yè) PC 機(jī)作為音樂(lè)噴泉的控制核心，利用 PC 機(jī)的軟件程序，對(duì)采集的音頻信號(hào)進(jìn)行圖像化分析，這樣就充分實(shí)現(xiàn)了音樂(lè)與噴泉的結(jié)合。這是一個(gè)技術(shù)性的突破，但是從經(jīng)濟(jì)角度去考慮，PC 機(jī)的價(jià)格相對(duì)較高，同時(shí) PC 機(jī)的體積較大。所以與本次設(shè)計(jì)特點(diǎn)相沖突。方案方案 4 4：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制系統(tǒng)這是一個(gè)科技信息的時(shí)代，高科技智能化產(chǎn)品在一代代更新，但我們有沒(méi)有想過(guò)，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(jī)。

17、其實(shí)不管是 PLC 還是 PC 機(jī)等控制器，他們主核心控制還是由單片機(jī)完成，所以單片機(jī)的存在是具有很大的意義。其主要特點(diǎn)主要有：(1) 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ROM 和 RAM 是嚴(yán)格區(qū)分的。ROM 稱為程序存儲(chǔ)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(chǔ)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(jī)用于控制系統(tǒng)中，有較大的程序存儲(chǔ)器空間，把開(kāi)發(fā)成功的程序固化在 ROM中，而把少量的隨機(jī)數(shù)據(jù)存放在 RAM 中。這樣，小容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能以高速 RAM 形式集成在單片機(jī)內(nèi)，以加速單片機(jī)的執(zhí)行速度。但單片機(jī)內(nèi)的 RAM 是作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用，而不是蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011

18、 屆畢業(yè)項(xiàng)目6當(dāng)作高速緩沖存儲(chǔ)器(Cache)使用。(2) 采用面向控制的指令系統(tǒng)。為滿足控制的需要，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯控制能力，特別是具有很強(qiáng)的位處理能力。 (3) 單片機(jī)的 I/O 引腳通常是多功能的。由于單片機(jī)芯片上引腳數(shù)目有限，為了解決實(shí)際引腳數(shù)和需要的信號(hào)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(lái)設(shè)置或由機(jī)器狀態(tài)來(lái)區(qū)分。 (4) 單片機(jī)的外部擴(kuò)展能力強(qiáng)。在內(nèi)部的各種功能部分不能滿足應(yīng)用需求時(shí)，均可在外部進(jìn)行擴(kuò)展(如擴(kuò)展 ROM、RAM，I/O 接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)等)，與許多通用的微機(jī)接口芯片兼容，給應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)極大的方便和靈活性。(5) 體積小，

19、成本低，運(yùn)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(jī)電一體化。(6) 面向控制，能針對(duì)性地解決從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的各類控制任務(wù)，因而能獲得最佳的性能價(jià)格比。(7) 抗干擾能力強(qiáng)，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(jì)算機(jī)無(wú)法比擬的。(8) 可以方便地實(shí)現(xiàn)多機(jī)和分布式控制，使整個(gè)控制系統(tǒng)的效率和可靠性大為提高。綜上所述，單片機(jī)的特點(diǎn)與本次校園音樂(lè)噴泉控制器的設(shè)計(jì)理念及要求完全符合。2.32.3 方案論證方案論證對(duì)音樂(lè)噴泉的成敗最重要的是看噴出的水流量是否有音樂(lè)感。單片機(jī)的主要功能是對(duì)音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行處理，再將處理后的信號(hào)傳輸?shù)较乱患?jí)控制設(shè)備，這樣就可以控制所需的水型及燈光按照音樂(lè)的節(jié)奏高低起伏和動(dòng)感變化，使音樂(lè)噴泉真正達(dá)到了水上芭蕾的藝術(shù)效果。單片機(jī)所具有的準(zhǔn)確、精密、快速、通訊方便和多點(diǎn)控制的功能已使它成為現(xiàn)代高技術(shù)音樂(lè)噴泉工程中