音樂節(jié)奏彩燈控制器設(shè)計(jì)

1、音樂節(jié)奏彩燈控制器設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)彩燈伴隨音樂的節(jié)奏、大小、音調(diào)而變化的彩燈控制器。使彩燈在藝 術(shù)上有了很大的提高，本文的主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：1、設(shè)計(jì)音樂信號(hào)放大電路。2、555時(shí)基電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)音樂大小控制彩燈。3、555時(shí)基電路構(gòu)成多諧電路實(shí)現(xiàn)音樂節(jié)奏控制彩燈。4、設(shè)計(jì)濾波電路，實(shí)現(xiàn)音樂的音調(diào)控制彩燈。第1章緒論隨著科學(xué)的發(fā)展，人們生活水平的提高，人們不滿足于吃飽穿暖，而要有更 高的精神享受。不論是思想，還是視覺，人們都在追求更高的美。特別使在視覺 方面，人們不滿足于一種光，彩燈的誕生讓人們是視覺對(duì)美有了更深的認(rèn)識(shí)。但 現(xiàn)在市面上的音樂彩燈只是按照一定的方式閃爍，讓人們感覺到十分的粗糙無 味

2、，更沒有聲音那樣用震撼力，音樂彩燈的出現(xiàn)讓我們既有了聽覺上的享受， 更 有了精神上的享受。但現(xiàn)在市面上的音樂彩燈只是按照音樂的一種方式閃爍，和音樂沒多大關(guān)系，根本不能稱為音樂彩燈。本設(shè)計(jì)是一個(gè)音樂彩燈控制器 ，使其實(shí)用于家庭、商場(chǎng)、櫥窗、舞廳、咖 啡廳、公共廣場(chǎng)等場(chǎng)所的擺設(shè)、裝飾、廣告、環(huán)境凈化與美化，本電路的最大優(yōu) 點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)音樂以三種方式控制彩燈的閃亮。實(shí)現(xiàn)了音樂大小、節(jié)奏、音調(diào)的 控制。設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)設(shè)計(jì)一個(gè)音樂聲響與彩燈燈光相互組合的彩燈控制電路。(2)有三路不同控制方法的彩燈，用不同顏色的 LED表示。(3)第一路為音樂節(jié)奏控制彩燈，按音樂節(jié)拍變換彩燈花樣。(4)第二路按音樂

3、大小(信號(hào)幅度大小)控制彩燈，音量大時(shí)，彩燈亮度 加大，反之亦然。(5)第三路按因調(diào)高低(信號(hào)頻率高低)控制彩。第2章音樂大小控制彩燈系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路音頻在電信號(hào)中表現(xiàn)為多個(gè)正弦波疊加而形成。 音樂的大小就表現(xiàn)為是演唱 者的聲音的強(qiáng)弱起伏，它在音頻信號(hào)中表現(xiàn)為正弦波的波峰和波谷，所以在他達(dá)到波峰時(shí)說明他的音量大。在波谷是音量就小，所就需要一個(gè)觸發(fā)電路使他在音 量大的時(shí)候就彩燈發(fā)光，音量小的時(shí)候燈滅。綜合考慮：選擇了 NE555夠成的單 穩(wěn)態(tài)電路，由于單穩(wěn)態(tài)電路是低電平觸發(fā)所以還需要一個(gè)反相放大器。音樂的節(jié)奏往往是由樂隊(duì)的鼓點(diǎn)來體現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上是具有一定時(shí)間間隔的脈沖 信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，彩燈要隨著節(jié)奏

4、閃亮，需要一個(gè)觸發(fā)電路來檢測(cè)脈沖信號(hào) 并產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖。根據(jù)要求選擇了 NE555構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由于觸發(fā)器的觸 發(fā)電壓比音頻信號(hào)的高就還需要一個(gè)放大電路， 有觸發(fā)信號(hào)后就還需要計(jì)數(shù)器和 譯碼器來使彩燈閃亮。音調(diào)主要由聲音的頻率決定，同時(shí)也與聲音強(qiáng)度有關(guān)。對(duì)一定強(qiáng)度的 純音，音調(diào)隨頻率的升降而升降；對(duì)一定頻率的純音、低頻純音的音調(diào)隨 聲強(qiáng)增加而下降，高頻純音的音調(diào)卻隨強(qiáng)度增加而上升，所以應(yīng)用濾波器 濾出高頻、低頻。以方便驅(qū)動(dòng)彩燈發(fā)光。|一趣一心一H（2）高通濾液 電路真淳濾皆流電1 LED圖2-1總體框圖信號(hào)源經(jīng)放大器放大后輸出分別送往：（1）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，輸出脈沖信號(hào)通 過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)使彩

5、燈發(fā)光；（2）多諧振蕩器脈沖輸出到計(jì)數(shù)器， 計(jì)數(shù)脈沖通過 計(jì)數(shù)和譯碼驅(qū)使彩燈發(fā)光；（3）送往高低通電路，取出所需要頻段信號(hào)后驅(qū)動(dòng)彩燈發(fā)光音樂大小控制彩燈的工作原理音樂的大小，是原唱者的聲音的強(qiáng)弱起伏，它在音頻信號(hào)中表現(xiàn)為正弦波的 波峰，所以在他達(dá)到波峰時(shí)說明他的音樂大。 在波谷是他就小，所以就需要設(shè)計(jì) 一個(gè)觸發(fā)電路，由聲音的強(qiáng)弱控制，根據(jù)要求使用了 NE555時(shí)基電路中的單穩(wěn)態(tài) 電路，觸發(fā)后驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光。由于音頻電壓過小，所以還要設(shè)計(jì)一個(gè)放大電路。電源電路圖2-2音樂大小音樂大小控制彩燈的電路實(shí)現(xiàn)電源電路設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)電路的工作電壓在 318V之間，選取12V電壓為電源電壓，所以設(shè) 計(jì)時(shí)使用22

6、0V交流電壓經(jīng)過變壓后得到12V的交流電壓，再經(jīng)過橋式整流、整 流濾波后由三端穩(wěn)壓7812穩(wěn)壓為12V,供給各個(gè)電路元件使用。1.電源電路結(jié)構(gòu)常見小功率直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路等四部分組成，如圖2-3所示:M t圖2-3電源電路結(jié)構(gòu)圖穩(wěn)壓電路根據(jù)調(diào)整元件類型可分為電子管穩(wěn)壓電路、三極管穩(wěn)壓電路、可控硅穩(wěn)壓電路，集成穩(wěn)壓電路等。根據(jù)調(diào)整元件與負(fù)載連接方法，可分為并聯(lián)型和串聯(lián) 型。根據(jù)調(diào)整元件工作狀態(tài)不同，可分為線性和開關(guān)型穩(wěn)壓電路。本電路主要采 用集成三端穩(wěn)壓電路。圖2-4電源電路2電源電路參數(shù)計(jì)算(1)橋式整流二極管參數(shù)計(jì)算 正向平均電流：1 1If Id 2

7、1 O 2 308mA 154mA最大反向電壓：UrmU R(max)2U 2- 2 7V 10V(2)濾波電容參數(shù):(3C1 一T5)5 (3Rl15)20 10227.30.001 - 0.00183F 1000 - 1830 F取 C2=1000n F電容耐壓：UcM2U 2 12V取Ucm 25 V,故電容參數(shù)為C：1000p F/25V。通過穩(wěn)壓管7812后 穩(wěn)壓為12V,提供給各個(gè)電路。2.3.3放大電路由于555單穩(wěn)態(tài)電路是低電平觸發(fā)，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用了反向放大，三極管起 反向作用，放大電源由R可得如圖2-5所示。圖2-5放大電路VT (9014) b-e極承受的極限電壓在0.7V

8、,最大電流為0.1A,所以根據(jù)基 爾霍夫定理得：U UR1 Ube , U IbeRl Ube可得：Ri =330KRP為調(diào)諧電阻，由于單穩(wěn)態(tài)電路的觸發(fā)電壓在Vdd/3左右，所以調(diào)整555的2腳電壓在Vdd/上下波動(dòng)，這樣才能是單穩(wěn)態(tài)電路觸發(fā)，由于電阻可變放大 倍數(shù)不用計(jì)算，9014的放大倍數(shù)在1001000之間足以使電壓達(dá)到單穩(wěn)態(tài)所需 的 Vdd 3 =4V03,單穩(wěn)態(tài)電路:圖2-6單穩(wěn)態(tài)電路由于電容的容量和耐壓不好選，所以就先選電容為C1 0.022uF ,設(shè)單穩(wěn)態(tài)的暫態(tài)時(shí)間為t 0.123ms根據(jù)公式：t 1.1RC得0.1 1.1 0.022 10 R所以R取5k4.限流電阻R2的計(jì)算

9、由于U 2的 腳電壓V3為2V, LED的承受電流為30mA取R的最大取值為:V 3 2V 儂乃R2 =667?30mA 30mAR2 =680?.2音樂大小控制彩燈的電路圖的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)電源電路為了 NE5551供穩(wěn)定的直流電源12V;設(shè)計(jì)NE555時(shí)基電路構(gòu) 成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路，經(jīng)過限流電阻，點(diǎn)亮電路用LED發(fā)光二極管。7S S61圖2-6首樂大小電路圖音頻輸入后，經(jīng)過由VT組成的音頻放大器電壓放大。555時(shí)基電路與電阻&、 電容C3接成典型的但問他了工作模式，由于 R、C3的取值較小，所以暫態(tài)時(shí)間 非常短，t 1.1R3c3 123.42 s0限流電阻R3構(gòu)成保護(hù)電路，去驅(qū)動(dòng)LED閃亮。音

10、頻輸入時(shí)，經(jīng)VT反向放大，使時(shí)基電路2腳電平在Vdd%上下波動(dòng)。當(dāng)電 位不大于則%時(shí)，時(shí)基電路置位，進(jìn)入暫態(tài)，3腳輸出高電平，晶閘管導(dǎo)通，LED 發(fā)光。由于暫態(tài)時(shí)間很短，很快又翻回穩(wěn)態(tài)，LED彩燈熄滅，也就是說彩燈不會(huì)有停滯狀態(tài)，它能隨時(shí)基電路的2腳電平即音頻電信號(hào)的變化而變化。當(dāng)變阻器 的電阻越小，靜態(tài)時(shí)555的2腳電平越高，電路的聲控靈敏度就越低，所以根 據(jù)需要調(diào)節(jié)變位器。仿真實(shí)驗(yàn):圖2-6仿真波形圖2-6中的斜線表示觸發(fā)經(jīng)放大后的音頻信號(hào)， 方波表示的是輸出信號(hào)。由 圖可知，音頻信號(hào)經(jīng)過放大之后進(jìn)入單穩(wěn)態(tài)集成電路 .從圖2-6可以看出正弦波 處于正半波上升沿是，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)并輸出信號(hào)，由此

11、可知當(dāng)音樂音量大小改變時(shí)， 正弦波增大，那么彩燈閃亮的速率加快，音量減小時(shí)，波的幅度減小，彩燈閃亮 減慢或停止。第3章音樂節(jié)奏控制彩燈第3章音樂節(jié)奏控制彩燈音樂節(jié)奏控制彩燈的工作原理音樂的節(jié)奏往往是由樂隊(duì)的鼓點(diǎn)來體現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上是具有一定時(shí)間間隔的脈沖 信號(hào)。我們的目標(biāo)是 要彩燈按照節(jié)奏依次閃亮。因此，設(shè)計(jì)了一個(gè)多諧振蕩器， 由音樂信號(hào)調(diào)諧，產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖，使彩燈循環(huán)點(diǎn)亮的速率隨音樂的節(jié)奏而改變。 有了節(jié)奏脈沖，還應(yīng)有計(jì)數(shù)和譯碼，這樣才能依次點(diǎn)亮彩燈。 LED點(diǎn)亮?xí)r，由于 脈沖電流過大所以還需要限流電阻保護(hù) LE由于在觸發(fā)節(jié)奏脈沖的電壓比輸出 的音頻信號(hào)大，所以還需要一個(gè)音頻放大電路。電源與上電路公用一個(gè)。電路工作原理：音頻信號(hào)輸入后經(jīng)過放大電路放大后進(jìn)入多諧振蕩調(diào)制其頻 率，多諧振蕩產(chǎn)生出脈沖信號(hào)后送計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后譯碼， 再送入驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)彩燈 閃鳧。像