畢設(shè)-簡單音樂噴泉設(shè)計(jì)

1、電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)大作業(yè)課題:組員:簡易音樂噴泉的制作任課老師:目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 設(shè)計(jì)任務(wù)和分析 1 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 硬件電路設(shè)計(jì) 1 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 總體設(shè)計(jì) 1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 各模塊設(shè)計(jì) 2 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 單片機(jī)最小系統(tǒng) 2 HY

2、PERLINK l bookmark21 o Current Document A/D 轉(zhuǎn)換模塊 2 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 音頻放大模塊 3 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document LED燈及電機(jī) 3 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 程序設(shè)計(jì) 4主程序設(shè)計(jì) 4設(shè)計(jì)框圖 4 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 程序代碼 4 HYPERLINK l bookmark43 o Current Do

3、cument A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) 5 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document A/D轉(zhuǎn)換程序原理 5A/D轉(zhuǎn)換程序框圖 6A/D轉(zhuǎn)換子程序代碼 7 HYPERLINK l bookmark45 o Current Document PWM 調(diào)壓設(shè)計(jì) 8 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 程序框圖 8 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document PWM 調(diào)壓子程序 8 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 調(diào)試和測試

4、結(jié)果分析 10 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 調(diào)試 10結(jié)果分析 10一設(shè)計(jì)任務(wù)和分析基本任務(wù)：用MCS-51單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)音樂噴泉，要實(shí)現(xiàn)噴水高度的連續(xù)控 制，就必須能夠調(diào)節(jié)噴頭出水水壓，而通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速可以達(dá)到平滑調(diào)節(jié)水壓的目的。系統(tǒng)采用對單片機(jī)進(jìn)行編程，通過單片機(jī)輸出改變的PWM來控制直流 電機(jī)工作轉(zhuǎn)速，進(jìn)而使水柱發(fā)生變化。當(dāng)有音樂信號時(shí)，獲取聲音強(qiáng)度，通過 A/D轉(zhuǎn)換 采集音頻電壓強(qiáng)度，再通過軟件計(jì)算占空比輸出PWM,作用到電機(jī)上， 使噴頭產(chǎn)生隨音樂起伏的效果。同時(shí)通過將 PWM的占空比與設(shè)定的8檔值比較 來控制8盞 LED燈隨音

5、樂起伏的效果。1、硬件電路設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)方案為當(dāng)有音樂信號時(shí)，獲取聲音強(qiáng)度，通過A/D轉(zhuǎn)換采集音頻電壓強(qiáng)度，再通過軟件計(jì)算占空比輸出 PWM,作用到電機(jī)上，使噴頭產(chǎn)生隨音樂 起 伏的效果。同時(shí)通過將 PWM的占空比與設(shè)定的8檔值比較來控制8盞LED燈隨音 樂起伏的效果。頻譜彩燈顯示功放AD轉(zhuǎn)換 f 單.片機(jī)3X 動(dòng)f 水泉各模塊設(shè)計(jì)221單片機(jī)最小系統(tǒng)STC89C52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路包含以下幾個(gè)部分： TOC o 1-5 h z 單片機(jī)供電電路：AT89S52需要一i具有可靠的5V供電，在電路圖中的VCC和GND為供電網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識* I . 1 1符； 一 一足 振蕩電路：AT89S52需

6、要一個(gè)穩(wěn)L定的振蕩電路才能夠正常工作，在一該電路采用了 24Mhz的晶振作圖22為AT89S52的時(shí)鐘源；復(fù)位電路：復(fù)位電路是單片機(jī)正常運(yùn)行的一個(gè)必要部分，復(fù)位電路應(yīng)該保證單片機(jī)在上電的瞬間進(jìn)行一次有效的復(fù)位，在單片機(jī)正常工作時(shí)將RST引腳 置低。此外通過一個(gè)按鍵進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，在單片機(jī)運(yùn)行不正常時(shí)使用。2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊VCCADC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。ADC0832具有以下特點(diǎn)：? 8位分辨率；?雙通道A/D轉(zhuǎn)換；?輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；? 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間；?工作頻率為250KHZ,轉(zhuǎn)換時(shí)間為32

7、P S;? 一般功耗僅為15mW ;CNDU1CS VCCCHO CLKCH1 DO右口 D1.WCOR32圖2.3? 8P、14P DIP （雙列直插）、PICC多種圭寸裝223音頻放大模塊LM386是一種音頻集成功放，具有自 身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電 源電壓范圍大、外接元件少和總諧波 失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng) 用于錄音機(jī)和收音機(jī)之中。LM386特性：靜態(tài)功耗低，約為4mA,可用于 電池供電；工作電壓范圍寬,4-12V orC3b.iLfrGXD VOUTLMSS65-18V ;外圍元件少；電壓增益可調(diào)，20-200;低失真度；C6T(- r? 1M圖2.42.2.4 LED

8、燈及電機(jī)三、程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)框圖( 開始)A/D采集PWM調(diào)壓圖3.1主程序框圖程序代碼void main()while(1)penquan();調(diào)用PWM調(diào)壓函數(shù)，通過延時(shí)改變輸出高低電平并根據(jù)占空比控制LEDA/D轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)321 A/D轉(zhuǎn)換程序原理ADC083A mux ADDRESS CONTROL LOGI亡 TABLEMUX ADDRESSCHANNEL NUMBERStjUDIFODD EVEN01L*一L+H+H+H 二 high level L = low level.-or + = polarity of selected input pin圖3.2ADC0832通

9、道選擇如圖2.1所示，當(dāng)SGL與ODD2位數(shù)據(jù)分別為“ 1”、“0”時(shí)，只對CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“ 1”、“1 ”時(shí)，只對CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。 當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+, CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-, CH1作 為正 輸入端IN+進(jìn)行輸入。12 J 4OLK5?1011121314?112021MUXW SGI IDI (ADCQ832 or I祥_E * MSBTL ,r*，76? ? ?2SEMSB1H71 LIB Flriilt Ddld當(dāng)時(shí)鐘信號到第3個(gè)脈沖的下降沿時(shí)

10、，DO/DI端開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖下降沿開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7,隨后每一個(gè)時(shí)鐘下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0 , 一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)時(shí)鐘下降沿輸出DATD0 o隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)時(shí)鐘下降 沿時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯 片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。A/D轉(zhuǎn)換程序框圖開始1|!初始化工通道選擇啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換讀取1位校驗(yàn)數(shù)據(jù)A/D 轉(zhuǎn)換子程序代碼unsigned char ad

11、0832read(bit SGL,bit ODD)unsigned char i=0,value=0,value1=0;SCL=0;DO=1;CS=0;/開始SCL=1;/ 第一個(gè)上升沿SCL=0;DO=SGL;SCL=1; / 第二個(gè)上升沿SCL=0;DO=ODD;SCL=1;/ 第三個(gè)上升沿SCL=0;/ 第三個(gè)下降沿DO=1;for(i=0;i8;i+) SCL=1;SCL=0; / 開始從第四個(gè)下降沿接收數(shù)據(jù)value=1;if(DO)value+;for(i=0;i8;i+) / 接收校驗(yàn)數(shù)據(jù)value1300) led 仁 1; else led 仁 0; if(h1700) le

12、d2=1; else led2=0; if(h11000) led3=1; else led3=0;if(h11300) led4=1; else led4=0;if(h11600) led5=1; else led5=0;if(h11800) led6=1; else led6=0;if(h12000) led7=1; else led7=0;if(h12200) led8=1; else led8=0;out=1;delay(date-100);四、調(diào)試和測試結(jié)果分析4.1 調(diào)試調(diào)試分為兩步， 一是硬件調(diào)試， 二是軟件調(diào)試。 本人主要負(fù)責(zé)軟件調(diào)試也參與了硬件調(diào)試。 在硬件調(diào)試方面由于電機(jī)運(yùn)

13、轉(zhuǎn)會(huì)給電路帶來噪聲， 想要完全去除噪聲在現(xiàn)有條件下很難做到， 因此我們只能盡量減少了噪聲。 查閱資料發(fā)現(xiàn)電機(jī)的噪聲對電源影響較大， 于是在電源模塊增加了濾波處理， 主要通過與地之間串 接電容來實(shí)現(xiàn)。另一方面，在LM386 功放輸出端加了大電容接喇叭來減少輸出 到喇叭的噪聲。 同時(shí)由于音頻電路對走線有較高要求， 限于經(jīng)驗(yàn)不足， 未做到較 完善的考慮，僅將喇叭接線的地盡量遠(yuǎn)離電源輸入的地。 經(jīng)過以上改動(dòng)后， 噪聲 有明顯減少，但不能完全消除。并且，功放的放大倍數(shù)對噪聲也有影響。放大倍數(shù)大，會(huì)將噪聲一并放大。 雖然減小放大倍數(shù)可以一定程度上減小噪聲， 但是隨 著放大倍數(shù)的減小， A/D 轉(zhuǎn)換的電壓范

14、圍也隨之減小， 即 PWM 的分辨率減小而 使噴水的變化和LED 的變化都隨之減小，效果減弱。因此減小放大倍數(shù)時(shí)要適度。在軟件調(diào)試方面，由于軟件只有兩部分組成，即 A/D 轉(zhuǎn)換和 PWM 調(diào)壓。 A/D轉(zhuǎn)換方面不需要十分精確的數(shù)據(jù)， 也考慮到噴泉是實(shí)時(shí)性的， 對反應(yīng)速度有要求，所以沒有用到濾波處理。 PWM 調(diào)壓主要實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的 PWM 輸出和 LED 的控制。鑒于兩者有一定聯(lián)系，將兩部分整合在了一起，也可以提高反應(yīng)速度。 由于電機(jī)的調(diào)速是由 PWM 來控制，因此軟件通過根據(jù)占空比分別延時(shí)輸出高電 平和低電平來實(shí)現(xiàn)PWM 。其占空比的計(jì)算則通過AD 采集的 8 位分辨率決定， 設(shè) AD 采集值為 U 。因?yàn)闈M量程為 255 ，高電平時(shí)間為 U ，則低電平時(shí)間為 255-U. 。 另外，通過U 的值與預(yù)設(shè)的 8 檔量程比較來控制 LED 的變化效果，電壓越高， 亮的 LED 就越多。由于 AD 為 8 位