音樂彩燈控制器(完整版)

1、一、設計方案簡介 02設計內(nèi)容、設計要求、軟件學習、實驗原理圖、電力系統(tǒng)概述、試驗結(jié)構分塊二、設計條件及主要參數(shù)表 05電源電路、語音信號的輸入、放大部分、濾波選頻部分、整流器的工作原理與設計、階梯波與同步脈沖實現(xiàn)幅度控制、輸出顯示部分三、設計主要參數(shù)計算 13音樂彩燈控制器原理電路圖四、設計結(jié)果14仿真電路圖及仿真結(jié)果五、實驗結(jié)果分析15實驗工作原理六、設計評述 16心得體會七、參考文獻 18一、設計方案簡介音樂彩燈控制器是用音樂信號控制多組顏色的彩燈，利用其亮度變化反映音樂信號的強弱，從而使燈的變化規(guī)律與音頻信號的規(guī)律及點評大小相對應，是一種將聽信號轉(zhuǎn)換為是信號的裝置，用來調(diào)節(jié)聽眾欣賞音樂

2、時候的氣氛和情緒。1、設計內(nèi)容設計一臺音樂聲響與彩燈燈光相互組合的彩燈控制電路。要求電路把輸入的音樂信號分成高、中、低三個頻段，并分別控制三種顏色的燈。 每組彩燈的亮度隨各自輸入音樂信號大小分八個等級。輸入信號最大時彩燈最亮。當輸入信號的幅度小于10mV時，要求彩燈全mie。2、設計要求高頻段20004000Hz控制藍燈；中頻段5001200Hz控制綠燈； 低頻段50250Hz控制紅燈；電源電壓交流 220V,輸入音樂信號三 10mV.。3、PROTELC件學習：（ 1 ） 首先建立一個專用文件夾，用以集中存放相關電路設計文件，便于管理；（2）當直接雙擊“ PROTEL99SE圖標后，進入第一

3、層" Design Explorer”設計管理器窗口 ；（ 3） 在這個窗口中，可對設計數(shù)據(jù)庫建立等操作，首先要建立一個新的設計數(shù)據(jù)庫。點擊 File/New 命令出現(xiàn)建立新的設計數(shù)據(jù)庫路徑對話框；（ 4） 建立設計數(shù)據(jù)庫后，就要建立需要的各種電路設計文件。在進入一個設計數(shù)據(jù)庫后，執(zhí)行File/New 命令后彈出新文檔對話框，選擇要增加文件類型后單擊 OK,新建電路設計文件及添加到了設計 數(shù)據(jù)庫中。（ 5） 文件的操作。在設計數(shù)據(jù)管理窗口中，在選擇電路設計文件上單擊右鍵后，彈出快捷菜單，可對其文件進行操作。（ 6） 當建立電路文件后可對其進行電路設計（編輯）工作，即雙擊電路原理圖文件

4、就進入了電路原理圖編輯窗口；（ 7） 放置元件。在電路原理圖編輯窗口放置電子元件。首先要裝入需要的數(shù)據(jù)元件庫，操作方法：單擊設計數(shù)據(jù)管理窗口中的BrowseSch 中 的 Libraris 命 令 進 入 元 件 庫 和 元 件 管 理 器 ， 然 后 單 擊 Add/Remove 按鈕，選擇 Design Explorer 99SELibrarySch§徑，再選 擇所用的元件庫文件，單擊 Add 按鈕增加到元件庫管理器，單擊OK，就可以看到選擇的元件庫已裝到元件庫管理器窗口中。（ 8） 當元件管理器裝入元件庫后就可以放置元件，在元件瀏覽區(qū)中，用鼠標左鍵單擊要放置的元件，然后單擊元件

5、瀏覽區(qū)中的Place按鈕， 鼠標上便附加了光標和浮動的被選中元件。把光標移動到要放置的位置后，單擊左鍵，這個元件就放置好了。在放置元件的過程如要轉(zhuǎn)動元件方向，按一次空格鍵元件就逆時針轉(zhuǎn)90°。（ 9） 布線。選擇所需要的連線工具將電路連接起來。（ 10） 編輯元件的屬性（元件名、封裝、參數(shù)等），鼠標左鍵雙擊要編輯元件，就彈出選中元件屬性設置對話窗口，根據(jù)需要對元件屬性進行設置。（ 11） 電器規(guī)則檢查，主要是檢查元件之間的相互連接。單擊菜單Tool/ERQB動電氣規(guī)則檢查設置對話框窗口，單擊OK按鈕就開始進行檢查。(12)元件報告表的廣生，點擊采單 Report/Bill of Ma

6、terial,啟動元 件生成表，點擊Next系統(tǒng)將生成元件報告表文件。(13)生成網(wǎng)絡表。啟動建立網(wǎng)絡表菜單Design/Create Netlist后出現(xiàn)網(wǎng)絡表設置對話框窗口，設置好后點擊OK,即生成網(wǎng)絡表格文件。4、實驗原理圖整 流中頻段通道紅 燈雙向 晶閘管耦合 驅(qū)動器低頻段通道5、電路系統(tǒng)概述:（ 1）聲音信號要分為三個頻段，所以第一步要通過濾波器進行濾波，將音頻信號按要求分為三個頻段。（ 2）經(jīng)過放大器把毫伏級的聲音信號放大為與比較信號科比的信號。由于直流信號才可比較，所以在進入比較器前先進行整流。（ 3）同步脈沖通過簡易的數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生階梯波，放大后的信號與其比較產(chǎn)生高低電平，在和同

7、步脈沖相遇產(chǎn)生個數(shù)不同的脈沖觸發(fā)三極管，有觸發(fā)脈沖的個數(shù)決定彩燈的亮度。（4）如果音樂信號小于10mV,用比較器產(chǎn)生高電平使或門的 輸出總為高電平，產(chǎn)生的高電平與 1HZ的脈沖信號進行與，從而使 燈亮暗閃爍。6、實驗電路結(jié)構及分塊原理由于本實驗設計要求可將實驗電路基本分為七個組成部分，即 電壓轉(zhuǎn)換部分 語音信號的輸入部分 基本信號的放大部分 濾波選頻部分 幅度控制部分 輸出顯示部分 10mV比較擴展部分二、設計條件及主要參數(shù)表F面分別從以上幾個分塊電路說明該彩燈控制器的設計原理與過程1、電源電路由于實驗給出電源為220V交流電，而實驗所需芯片的工作電壓 大致在5-12V,故需要首先設計一個電壓

8、轉(zhuǎn)換部分，將 220V的交流 電轉(zhuǎn)換成5V, 12V,相當于一個直流穩(wěn)壓源，以供數(shù)字和模擬芯片正 常工作。其轉(zhuǎn)換電路如下：變壓器變壓，在經(jīng)過全波整流電路和濾波電容的 +12V和-12V 直流電壓作為運算放大器的電源。+12經(jīng)過W7805 （穩(wěn)壓管）穩(wěn)壓后 得到+5V的電壓，供TTL數(shù)字集成電路使用。2、語音信號的輸入部分本實驗中，音樂信號的輸入由 MP3音樂信號實現(xiàn)，考慮到外界 因素的干擾，同時為了使頻率和幅度都能達到理想的要求， 我們采用 MP3音樂信號直接輸入的方法。3、放大部分由于音樂信號的幅度十分有限，僅為十幾毫伏，為了驅(qū)動后面的 電路，必將輸入信號放大后再經(jīng)過選頻等一系列處理。放大電

9、路可以采用很多的形式，由于無特殊要求，故本實驗只選 用普通的反相放大器即可。4、濾波選頻部分濾波部分是本實驗的重點，選頻的結(jié)果將直接影響彩燈的最終顯 示效果，但參數(shù)的設計也是本實驗的難點所在， 理想狀態(tài)下的濾波器 是不存在的。在理想條件下，選頻可通過窄帶濾波器實現(xiàn)。滿足設定頻率的信 號部分可以通過濾波器控制后面的信號， 不滿足的部分則被濾波，信 號大大得到衰減。常用的濾波器有巴特沃斯濾波器，切比雪夫濾波器， 壓控電壓源濾波器，無限增益濾波器等多種。本實驗采用的是低通濾 波器，通過帶通濾波器選擇出低頻段信號，如圖：低頻濾波器選擇出低頻段信號輸入信號為10Hz的幅度輸入信號為250Hz的幅度實際搭

10、接電路與理論值有差距，將兩個電阻分別改為和，實現(xiàn) 了截頻為290Hz的低通濾波。中低頻段和高頻段的電路：16kOhm中頻段：500高頻段：20004000Hz頻段R1=R2R5=R6R3=R7R4=R8C3=C4C1=C2局頻8K4010K10K1uF中頻32K15K15K輸入模擬正弦波時，輸出波形基本不是真，但由于階數(shù)較低，過 渡帶比較寬，阻帶衰減比較緩慢，但由于語音信號頻率都相對較低， 所以對于高通濾波器的要求可以降低一些， 因此該濾波器基本實現(xiàn)要 求的功能。5、整流器的工作原理與設計由于只有直流信號才可比較，因而信號在進入比較器之前需進行 整流，將交流音樂信號轉(zhuǎn)為直流信號進行比較。 由于

11、考慮到實驗的復 雜度及效果影響，本實驗我們采用了全波橋式整流來實現(xiàn)6、階梯波與同步脈沖實現(xiàn)幅度控制設計要求根據(jù)音樂信號的大小控制彩燈的亮度。因而想到用一節(jié) 梯度發(fā)生器產(chǎn)生8個階梯，作為參考電壓與音樂信號進行比較， 從而 決定了比較器輸出的高電平的個數(shù)，最終由平均電壓大小來控制燈的 亮度。每次不同的個數(shù)，將燈的亮度分為 8個程度，滿足設計要求。(1)階梯波電路及其產(chǎn)生波形。電路圖如下:產(chǎn)生的波形Ua, Ub, Uc, Ud, Ue, Uf如下圖:具體數(shù)據(jù)為:R5R6R7阻值43K22K10K產(chǎn)生的階梯波幅值分8個狀態(tài)，分別為：5V、071V、0V(2) 555晶振產(chǎn)生的同步脈沖該同步脈沖由555

12、晶振電路產(chǎn)生。具體電路為: 矩形波振蕩周期TW的近似計算公式為Tw tH + tL= (R+2R2)C矩形波振蕩頻率f的近似計算公式為111=而 ”+2R2)C "弧 +2R?)C根據(jù)設計要求，不同幅值的音樂信號對應著彩燈的不通亮度。 可通過音樂信號與階梯波的比較去控制本實驗，我們利用集成運放和三極管組成電壓比較器和同步脈沖控制電路，電路圖如下:ffl萼立施Ki三、設計主要參數(shù)計算音樂彩燈控制器原理電路圖VJnTTL 力fr卦15k-t>四、設計結(jié)果仿真電路圖及仿真結(jié)果;- -,c4,nhmR1R2I 口 hckhmt picahm山 PAUFJSrj<IRTP：&quo

13、t;MP/T_守舊:TUALFA.MP.sir.Yifirnjfi.優(yōu)31.ohn:如 LiIlLiE VIRflUM01aUkolimWQkUhrF'n、 . er口無味 ViftTuL -CPAfJ-pJOlRIUALI SCI仿真電路圖該圖是利用Multisim軟件設計的電路原理圖仿真結(jié)果五、實驗結(jié)果分析當輸入信號大于10毫伏時，藍綠紅三路燈分別受三路濾波器的 控制而發(fā)亮，當輸入信號頻率在 2000 4000Hz時，高頻濾波器被選 通，相應藍燈點亮；同理，當輸入信號頻率在 5001200Hz時，中頻 濾波器被選通，相應綠燈被點亮；而當輸入信號頻率在50- 250Hz之間時，紅燈被

14、點亮，于是實現(xiàn)了彩燈隨著信號頻率的變化而變化。 該部分主要受濾波器的控制，因而對濾波器的精度要求比較高。 較好 的濾波器可以更精確的實現(xiàn)彩燈的控制。 音樂信號通過濾波器后，進 行幅度選擇，音樂信號按幅度大小分為八個亮度段，當輸入音樂聲音大時，電信號幅度也會相應增大，燈的亮度也增加；反之，當輸入音 樂信號聲音較小時，電信號幅度也相應減小，燈的亮度減小。六、設計評述在實踐中掌握理論記課程設計心得體會課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出 ,分析和解決實際問題 ,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.回顧起此次課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論

15、到實踐，在短短的兩個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次數(shù)電課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來， 從理論中得出結(jié)論，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做數(shù)電課程設計，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在指導

16、老師的辛勤指導下，終于迎刃而解。同時，在老師的身上我學得到很多實用的知識?？傮w來說,這次實習我受益匪淺.在摸索該如何設計程序使之實現(xiàn)所需功能的過程中,特別有趣,培養(yǎng)了我的設計思維 ,增加了實際操作能力.在讓我體會到了設計的艱辛的同時,更讓我體會到成功的喜悅和快樂. 這次課程設計,雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。另外，我們還更加充分的認識到，數(shù)字電路這門課程在科學發(fā)展中的至關重要性2，查閱參考書的獨立思考的能力以及培養(yǎng)非常重要，我們在設

17、計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明白，有的通過網(wǎng)絡查到，但由于時間和資料有限我們更多的還是獨立思考。3，相互討論共同研究也是很重要的，經(jīng)常出現(xiàn)一些問題，比如電路設計中的選頻器的設計，開始并不理解選頻器的原理，但是和其他的同學討論后，理解了選頻器的基本原理后，很快的設計了電路原理圖。通過本次學習和上機實踐，我們初步掌握了相關軟件的使用，學會了軟件中的一些基本操作和利用電路設計軟件設計一些簡單的電路；同時，我們還通過查閱相關資料、請教指導老師和小組討論等方式， 對設計電路進行性能考證。最后， 利用 Protel 軟件和 Multisim 軟件將設計好的電路圖在計算機上畫出來，并對其進行仿真，得到仿真正確結(jié)果。此次課程設計讓我們學到了很多在書本上所沒有學到過的內(nèi)容， 上機操作能力也得到了提高，把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，真正學到了知識；在這次課程設計中，我們充分發(fā)揮了團隊合作精神。我們堅信，在這樣一個飛速發(fā)展的時代，沒有優(yōu)秀的個人，只有優(yōu)秀的團隊。同時， 在設計中我們也遇到了很多困難，我