電子課程設計論文_激光無弦琴柱

1、羈摘要Fame羃電子課程設計實驗報告膂項目： 激光無弦琴肀目錄祎關鍵詞 1裊 Abstract 1肂 Keywords 1腿一、弓丨言 1蒞二、激光琴簡介1蚅三、激光琴原理 2膃1、基本原理 2羋2、功能結構原理 2肇3、系統(tǒng)組成部分 2蒞4、工作原理 2羈四、單片機原理說明3薀五、電路原理圖 4蒈1、感光部分電路 4膆2、發(fā)音電路 4羂六、流程圖5螈七、實驗所需器材5袇八、電路實物圖6螞九、改進方案設計6肅十、激光琴未來發(fā)展之路6肁十一、結束語6芇參考文獻7莂附錄 7袁肅項目課題：無弦激光琴羂摘 要： 伴隨著激光技術的發(fā)展和廣泛應用，激光已不僅在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī) 療上得到廣泛應用而且激光在與電

2、子技術結合也得到了很好的體現(xiàn)。 利用 5 個激 光管發(fā)出的光束作為琴弦，利用單片機控制撥動激光琴弦時發(fā)出不同音調(diào)的聲 音，當在激光照射時單片機讀取光敏電阻的電壓為低電平， 令它的邏輯電平為 0； 當無激光照射時單片機讀取光敏電阻的電壓為高電平，令它的邏輯電平為 1。因 此當遮擋激光的光線時它就能在電路中產(chǎn)生開關的效果。 因而，當我們用手遮擋 激光的時候?qū)墓饷綦娮璧碾妷簽楦唠娖剑?此時激光琴就會發(fā)出聲音， 連續(xù)遮 擋不同的激光管就能演奏出動聽的音樂。莈關鍵詞 ：激光管,激光技術,激光琴,光敏電阻膅 Project: The laser harp 袃 Abstract： Along with

3、the developme nt and wide applicatio n of laser tech no logy, the laser has not only bee n widely used in the agricultural in dustrial medical and laser in comb in ati on with electro nic tech no logy has also bee n well represe nted. We make the five beam emitted from the laser tube as the strings

4、use of single-issue and produce different tones of voice. SCM detect photosensitiveresistor at both ends is low when the laser irradiated, so it's logical level 0 and the photosensitive resistor voltage read by the microcontroller when the laser irradiation is high so it logic level 1. Therefore

5、, when the laser light was covered, it make an efficiency of the switch . Thus, whe n we block the laser by hands the resista nee of the photose nsitive resistor corresp onding voltage is high, the laser pia no will sound, and the laser tube will be able to play a fantastic music while covering diff

6、erent laser light.羄 Keywords： Laser tube; Laser Tech no logy; Laser pia no; photose nsitive resistor引言薅激光琴是一種沒有琴弦的琴，逐漸代替琴弦的是一束激光光束。當你用手 去遮擋光束時，激光琴會發(fā)出相應音符的聲音，和按不同琴鍵而發(fā)出不同音符的 聲音一樣，十分有趣，能夠吸引讀者的積極性。在把握光電效應的同時我們更要 掌握激光琴的原理和使用方法。激光琴主要是利用光電效應可以把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)?電信號，動作迅速靈敏。我們研究他的每一束光束由每一個激光點所發(fā)出的不同 音調(diào)和音色與普通的琴類所發(fā)出的音調(diào)和音色

7、是否完全相同，每遮擋一個光束時激光琴發(fā)出的聲音與琴類的各個琴鍵或琴弦的所發(fā)出的聲音與之相對應，但由于本次設計用的是無源蜂鳴器，所以音色可能沒有琴弦發(fā)出的聲音那么純正。、激光琴簡介螁 激光琴是指一架沒有琴弦的琴， 取而代之的是激光光束，演奏者只需撥動 光束，便如同撥動了琴弦，就可演奏一段旋律。能給觀眾得到光和聲相結合的美 感，與傳統(tǒng)的琴類相比，激光無弦琴更能體現(xiàn)它的自動化和全能化。螈二、激光琴的原理羋1、基本原理莄在自然界，有些物質(zhì)一經(jīng)光照射，其內(nèi)部的原子就會釋放出電子，使物體的 導電性增加。原來電阻很大的材料，在光照下，電阻就會變得很小，這種現(xiàn)象叫 做光電效應。 用這種材料可以做成光敏元件，

8、對電路進行光控， 利用光學控制原 理制作的激光琴，使得演奏者無需用手接觸琴身，而只需用手遮住一束光， 無 弦琴就會發(fā)出聲音，相當于撥動一根琴弦。經(jīng)過不停地對光控制，可以“演奏” 出不同的音階和樂曲。 在日常生活中，激光琴可以作為游樂景點的休閑設施供 游人彈奏，而不用擔心破壞琴鍵，不用擔心染上細菌。袂 2 、功能結構原理膁激光琴是一種以光束作為琴弦的樂器。本次設計的激光琴較為簡單，其結構 主要由 5 個激光管構成的發(fā)射部分、 五個光敏電阻與 52 單片機構成的感應部分 和一個無源蜂鳴器構成的響應部分三部分組成，通過單片機串行口進行數(shù)據(jù)傳 輸，當用手擋住五根激光束中的一根時， 蜂鳴器響起與之對應的

9、五個音節(jié)中的一 個，連續(xù)遮住不同的激光束時能演奏出簡單的音樂。螇 3 、系統(tǒng)組成部分肄整個激光琴系統(tǒng)分為發(fā)射、感應及響應三部分 蝕(1) 發(fā)射部分：由五個激光管發(fā)出激光束模仿琴弦構成。艿激光管發(fā)射的集中且亮度較高的紅外線有利于感應部分的光敏電阻較敏感地感 應光強變化從而產(chǎn)生較明顯的阻值變化。腿(2)感應部分：主要由光敏電阻和 AT89C52單片機兩部分部分組成。裊激光管發(fā)射的光束被擋住時，對應的光敏電阻感應并產(chǎn)生阻值變化，五個光敏 電阻組成的系統(tǒng)產(chǎn)生高低電位的變化，并由單片機讀取光敏電阻高低電位變化， 完成操作指令的輸入， 單片機根據(jù)指令信息來控制數(shù)據(jù)通過串行口傳輸數(shù)據(jù)， 對 其輸入信號進行判

10、斷，然后對接蜂鳴器的 p3.7 口進行高低電平的賦值，使其產(chǎn) 生相應的反應，輸出相應頻率的方波。蟻(3) 響應部分：莇主要是一個無源蜂鳴器，蜂鳴器根據(jù)單片機輸出的不同頻率方波輸出不同的音 調(diào)，可以對應不同豎琴琴弦發(fā)出不同頻率的聲音。薆4、工作原理薅當有激光照射時，光敏電阻阻值變小，單片機讀取光敏電阻的電壓，此時它 為低電平。當無激光照射時，光敏電阻阻值變大，單片機讀取光敏電阻的電壓， 則這時它為高電平。 這樣，當遮擋激光的光線時， 就能在電路中產(chǎn)生開關的效果。螂人耳能聽到的聲音頻率為20Hz至20kHz,豎琴音符頻率也應該在此范圍。 只是，不同的音符，有著自己固定的頻率。通過52單片機自帶的1

11、6位定時器就 可以產(chǎn)生上述音頻。一般音樂電路是以正弦波信號驅(qū)動喇叭以產(chǎn)生音樂，而在數(shù)位電路里則是以脈動信號驅(qū)動。例如豎琴的標準音la為440Hz。通過計算可知，它的半周期為1136卩s。這樣，只要在半周期時跳變引腳電平，就可以產(chǎn)生440Hz 的方波了。再經(jīng)過電聲轉(zhuǎn)換元件（蜂鳴器），就可以產(chǎn)生標準音la 了，其他音符 也是這樣產(chǎn)生的。螀至于音調(diào)，如圖為C調(diào)音階表，包括高、中、低三個音階，每個音階為八 音度，每個音階之間的頻率相差一倍。羆六 、亡芆四、單片機原理說明薀管腳功能說明：袈1、vcc電源電圧。蒅2、GND地。肆3、P1 口 ： P1 口是一個8位雙向I/O口?？谝_P1.2-P1.7提供

12、內(nèi)部上拉電 阻,P1.0和P1.1要求外部上拉電阻。P1.0 和P1.1還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器 的同相輸入（ANI0）和反相輸入（AIN1）。P1 口輸出緩沖器可吸收20mA電流并能直接 驅(qū)動LED顯示。當P! 口引腳寫入“ 1”時， 其可用作輸入端，當引腳P1.2-P1.7用 作輸入并被外部拉低時，它們將因內(nèi)部的012345 6?11111111PPPPPPPP.RST(ft x D JPl£1(TXQ)p?1P32nm)P33(TQ)P J4<T1 )P35(WR >P36PS7XTAL2XTAL 1GNDVCCPQ 0(ADO)PO 1(AD 1 )PO 2P

13、O 3“1和PO 4<A D i fPO 5(A05)PO 0PO 7MD7 >PSt NP? 7(AIS)P2 &P7 6P2 4P2 3(A 12) (All)P2.2(AID)P2.1P2 0MS)D9 8 76 54321O98765J-3 21433333133 33 2222222 2 2寫入“1”時，其可用作輸入端。當引腳 P1.2-P1.7用作輸入并被外部拉低時, 它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電流。薁4、P3 口： P3 口的P3.0-P3.5、P3.7是帶有內(nèi)部上拉電阻 的七個雙向I/O 口引腳。P3.6用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用 I

14、/O弓I腳 而不可訪問。P3品緩沖器可吸收20mA電流。當P3口寫入“ T時，它們被內(nèi)部 上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時，被外部時拉低的 P3 口腳將用上拉 電阻而流出電流。芁P3 口還用于實現(xiàn)AT89C205啲各種第二功能，如下表所列:膈引腳口薂功能蚃 P3.0荿RXD串行輸入端口薈 P3.1芃TXD串行輸入端口蒀 P3.2蕆INT0 外中斷0羇 P3.3肅INT1 外中斷1薁 P3.4袀T0定時器0外部輸入莆 P3.5螃T1定時器1外部輸入薃P3 口還接收一些用于閃速存儲器編 程和程序校驗的控制信號。羈5、RST復位輸入。RST 旦變成 高電平所有的I/O引腳就復位到祎當振蕩器正在

15、運行時，持續(xù)給出RST 引腳兩個機器周期的高電平便可完成 復位。每一個機器周期需12個振蕩器 或時鐘周期。蒄6、XTAL1作為振蕩器反相器的輸 入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。莀7、XTAL2作為振蕩器反相放大器的輸出莀本制作并未涉及單片機較復雜的串口通信功能，只是把其接口單純的用作I/O芅口芄五、電路原理圖C2X噸-峙EZ.tAIS 5.5.A-I32. MSB3 o<qxEU*L 亠24A二:4 r 文工d.ll"Je-lrNW阿"阿的嚴Flrph牡二'嚴PIS RI-*FUC=f5vwkLDRrVA<葿當激光管發(fā)射的光束被遮擋是，對應的光敏電阻感應并產(chǎn)生

16、阻值變化，由于分 壓的原理光敏電阻兩端產(chǎn)生高低電位的變化，并由單片機檢測讀取pl 口高低電位變化，完成輸入指令，單片機根據(jù)指令信息來控制數(shù)據(jù)， 通過串行傳輸數(shù)據(jù)對 其輸入信號進行判斷，然后對蜂鳴器的 P3.7 口進行高低電平的賦值，使蜂鳴器 發(fā)出不同頻率的聲音。罿1、感光部分電路羅 感光部分的電路主要由2部分組成，分別為單片機電路、光敏電阻控制電路蒃光敏電阻控制電路：由5個光敏電阻共陰極組成，低電平有效，光被擋住時, 向單片機輸入指令數(shù)據(jù)。薇2、發(fā)音電路 莈發(fā)音電路主要是由PNP型三極管和無源蜂鳴器組成的電路羀肇六、流程圖 1廠f蒀蚆膀肅第第第第-一-二四束束束束光光光光被被被被 1 L.*k

17、 1節(jié)第五束光被膈七、實驗所需器材蚈 編 號量蚄振1零件名稱111.0592MHz膂210kQ電阻7薀322uF電容2肇4光敏電阻5蒄5STC89C521芃6無源蜂鳴器1蠆78550PNP極管1蒆83V 激光管5膄9電池盒1肀105V 穩(wěn)壓電源1羈 11萬用板1袆 12插針若干裊 13插線若干肂腿蚅膃八、電路實物圖發(fā)射模塊羋成品效果圖肈蒞接收和響應模塊羈薀九、改進方案設計蒈本次課程設計由于時間較為倉促，技術條件不成熟，能力有限，所以我們選 擇利用單片機控制程序輸出不同的頻率來發(fā)出相應頻率音調(diào)的方法設計激光琴 電路?？紤]到時間延遲和發(fā)音不純， 存在噪音等影響， 我們可以利用語音芯片先 將需要的語

18、音錄入芯片中， 再通過單片機調(diào)用地址選擇所要的聲音輸出； 或者利 用數(shù)電、模電技術， 設計數(shù)字電路從混頻聲音中選出所需要波段的基頻信號。 以 上兩種方法都可得到較為標準，沒有雜音的音符輸出。膆十、激光琴未來發(fā)展之路羂 (1) 體積更小 : 現(xiàn)階段激光琴體積比較大， 不易移動，未來的激光琴可能會越來 越小，便于攜帶 .螈(2) 音符更準： 激光琴是電子技術與激光技術的合成體， 有一定的失真度， 隨著 科技的不斷發(fā)展激光琴的音頻也會得到大大的提升。袇(3) 激光琴的普及化： 現(xiàn)階段激光琴還在屬于科技產(chǎn)品， 掌握它的使用方法的人 還在很少，伴隨著研究技術的成熟，激光琴使用會普及化 。螞十一、結束語肅

19、經(jīng)過不斷的努力學習，研究和探索，我們終于完成了激光無弦琴的設計，在 整個研究過程中，我們遇到了很多問題，有時也對一些問題進行了熱烈的討論， 最終達成了一致的意見。 從這個研究的過程中， 我們學到了很多東西， 從最初對 激光琴的一無所知到最后能夠?qū)λ幸粋€較好的認識， 我們遇到了很多難題， 但 都通過不斷的查閱資料和在老師與同學的幫助下順利解決， 也體會到只有不斷的學習才能夠很好地幫助研究新事物肁參考文獻芇1 孫濤 周劍 李振. 激光豎琴設計 . D 山東大學畢業(yè)論文設計 2009.5.莂2 龔楚云 秦晨 孫璐 . 激光豎琴設計 .Z 百度文庫 2009.09.02.袁3 肖瀛 許如婷 . 激光

20、豎的報道 .Z 湖北輕工職業(yè)技術學院 2011.5.10.腿4 林土勝. 單片機技術及工程實踐 .機械工業(yè)出版社 2010.2螆肅羂莈膅袃羄蝕薅薄螁莄袂膁螇肄蝕艿膇附錄裊激光無弦琴 C 程序編程 蟻 include <reg52.h>莇 sbit SPEAKER = P3A7;薆 #defi ne KEY P0薅 unsigned char MUSIC;螂 unsigned char STH0;螀 unsigned char STL0;羆 unsigned int code tab= 芆64580,64685,64778,64820, 薀64899,64968,65030,6477

21、7, 袈64820,64898,64968,65030, 蒅65058,65110,65157,65178 肆;薁 void main(void)-+-芁TMOD=OxO1;膈ETO=1;薂 EA=1;蚃 KEY = Oxff;荿while(1)薈if(KEY != OxOO)芃switch (KEY)蒀case OxO1:蕆MUSIC = O; break;羇case OxO2:肅MUSIC = 1; break;薁case OxO4:袀MUSIC = 2; break;莆case OxO8:MUSIC = 3; break;case 0x10:羈 MUSIC = 4; break; 袆蒄STH0=tabMUSIC/256;莀STL0=tabMUSIC%256;莀TR0=1;芅 else芄 SPEAKER = 0;蒁 TR0=0;葿void t0(void) interrupt 1 using 0 TH0=STH0;TL0=STL0;SPEAKER=SPEAKER;僅供個人用于學習、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlich