毕设_简易音乐喷泉设计说明

1、电子系统设计大作业课 题： 简易音乐喷泉的制作组 员： 任课老师:目录一、设计任务和分析 0二、硬件电路设计 02.1 总体设计 02.2 各模块设计 12.2.1 单片机最小系统 12.2.2 A/D 转换模块 12.2.3 音频放大模块 12.2.4 LED 灯及电机 2三、程序设计 33.1 主程序设计 33.1.1 设计框图 33.1.2 程序代码 33.2 A/D 转换程序设计 43.2.1 A/D 转换程序原理 43.2.2 A/D 转换程序框图 53.2.3 A/D 转换子程序代码 63.3 PWM 调压设计 73.3.1 程序框图 73.3.2 PWM 调压子程序 7四、调试和

2、测试结果分析 94.1 调试 - 94.2 结果分析 9亠、设计任务和分析基本任务：用MCS-51单片机设计一个音乐喷泉，要实现喷水高度的连续控 制，就必须能够调节喷头出水水压，而通过调节水泵转速可以达到平滑调节水压 的目的。系统采用对单片机进行编程，通过单片机输出改变的PWM来控制直流电 机工作转速，进而使水柱发生变化。当有音乐信号时，获取声音强度，通过A/D转换采集音频电压强度，再通过软件计算占空比输出PWM作用到电机上，使喷头产生随音乐起伏的效果。同时通过将PWM勺占空比与设定的8档值比较来控制 8盏LED灯随音乐起伏的效果。1、硬件电路设计2.1总体设计本设计方案为当有音乐信号时，获取

3、声音强度，通过A/D转换采集音频电压 强度，再通过软件计算占空比输出 PWM作用到电机上，使喷头产生随音乐起伏 的效果。同时通过将PW啲占空比与设定的8档值比较来控制8盏LED灯随音乐 起伏的效果。图2.1总体设计图2.2各模块设计221单片机最小系统丄口TSTC89C52单片机的最小系统电路包含 以下几个部分：单片机供电电路：AT89S52需要具 有可靠的5V供电，在电路图中的 VCC和GND为供电网络标识符； 振荡电路：AT89S52需要一个稳定 的振荡电路才能够正常工作，在 该电路采用了 24Mhz的晶振作为AT89S52的时钟源；复位电路：复位电路是单片机正常运行的一个必要部分，复位电

4、路应该保证 单片机在上电的瞬间进行一次有效的复位， 在单片机正常工作时将RST引脚置低。此外通过一个按键进行手动复位，在单片机运行不正常时使用2.2.2 A/D 转换模块ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种 8位分辨率、双通道A/D转换芯片ADC0832具有以下特点： 8位分辨率；双通道A/D转换；输入输出电平与TTL/CMOS目兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间；工作频率为250KHZ转换时间为32卩S； 一般功耗仅为15mW 8P、14P-DIP （双列直插）、PICC多种图2.3封装音频放大模块IOiiFU3LM386是一种音频集成功放，具有自gaing.ajnIN BY

5、PASS吋*GNDVOUT'图2.5电机驱动电路身功耗低、更新链增益可调整、电源电压围大、外接元件少和总谐波失真小等优 点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。LM386特性：静态功耗低，约为4mA可用于电池供电;工作电压围宽，4-12V or 5-18V ；外围元件少；图2.4电压增益可调，20-200 ；低失真度；灯及电机cc、Fd 些匡rrui rn FMW fdsLEDO图2.6 LED 电路三、程序设计3.1主程序设计设计框图A/D采集PWM调压图3.1主程序框图程序代码void mai n()while(1)pen qua n();/ 调用PW碉压函数，通过延时改变输

6、出高低电平,/并根据占空比控制 LED3.2 A/D转换程序设计321 A/D转换程序原理ADC083 MUX ADDRESS CONTROL LOGI亡 TABLEMUX ADDRESSCHANNEL NUMBERStjUDIFODD EVEND1L*L亠+H+H+H 二 high level L = low level.-or + = polarity of selected input pin图3.2 ADC0832通道选择如图2.1所示，当SGL与 ODD2位数据分别为“ 1”、“0”时，只对CH0进 行单通道转换。当2位数据为“ 1”、“1”时，只对CH1进行单通道转换。当2 位数据

7、为“ 0”、“0”时，将CH0作为正输入端IN+, CH1作为负输入端IN-进 行输入。当2位数据为“ 0”、“ 1”时，将CH0作为负输入端IN-，CH1作为正 输入端IN+进行输入。12 J 45«1011121314112021OLKDI(ADCQ832or I祥鴛 SGI IDOMSB_E *TSEMSB1H7L-d i176r *« «21012« 6Tif FvenLIB Flriilt DdldMUX图3.3 ADC0832转换时序图当时钟信号到第3个脉冲的下降沿时，DO/DI端开始利用数据输出DO进行 转换数据的读取。从第4个脉冲下降沿开

8、始由DO端输出转换数据最高位DATA? 随后每一个时钟下降沿DO端输出下一位数据。直到第11个时钟脉冲时发出最低 位数据DATA0 一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一个相反字 节的数据，即从第11个时钟下降沿输出DATD0随后输出8位数据，到第19个 时钟下降沿时数据输出完成，也标志着一次 A/D转换的结束。最后将CS置高电 平禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就可以了。3.2.2 A/D 转换程序框图返回1!初始化1通道选择开始启动A/D转换'Z返回转换值返回0i否1相等?是T8位读取 完毕？读取一位数据是否8位读取完毕?否读取1位校验数据图3.4 A/D转换程序框图

9、3.2.3 A/D 转换子程序代码unsigned char ad0832read(bit SGL,bit ODD)unsigned char i=0,value=0,value1=0;SCL=0;DO=1;CS=0;/ 开始SCL=1;/ 第一个上升沿SCL=0;DO=SGL;SCL=1; / 第二个上升沿SCL=0;DO=ODD;SCL=1; / 第三个上升沿SCL=0; / 第三个下降沿 DO=1;for(i=0;i<8;i+)SCL=1;SCL=0; / 开始从第四个下降沿接收数据 value<<=1;if(DO) value+;for(i=0;i<8;i+)

10、/ 接收校验数据 value1<<=1; if(DO)value1+=0x80;SCL=1;SCL=0;CS=1;SCL=1;否则返if(value=value1) / 与校验数据比较， 正确就返回数据， 回0return value;return 0;3.3 PWM调压设计331程序框图图3.5 PWM调压程序框图调压子程序void pen qua n() /PWM 调压uchar h1,h2,date; date=ad0832read(1,0);h2= 255-date; h1=h2*10;out=0;/读取音频信号电压值，通道CHO/取PWM占空比，h2为低电平时间，h1为高

11、电平时间/占空比放大十倍，增加分辨率/输出PWM低电平delay(h2-100);/PWM低电平延时if(h1>300) led仁1; else led1=0;if(h1>700) led2=1; else led2=0; if(h1>1000) led3=1; else led3=0;if(h1>1300) led4=1; else led4=0;if(h1>1600) led5=1; else led5=0;if(h1>1800) led6=1; else led6=0;if(h1>2000) led7=1; else led7=0;if(h1&g

12、t;2200) led8=1; else led8=0;out=1;delay(date-100);四、调试和测试结果分析4.1 调试调试分为两步， 一是硬件调试， 二是软件调试。 本人主要负责软件调试也参 与了硬件调试。 在硬件调试方面由于电机运转会给电路带来噪声， 想要完全去除 噪声在现有条件下很难做到， 因此我们只能尽量减少了噪声。 查阅资料发现电机 的噪声对电源影响较大， 于是在电源模块增加了滤波处理， 主要通过与地之间串 接电容来实现。另一方面，在LM386功放输出端加了大电容接喇叭来减少输出到 喇叭的噪声。 同时由于音频电路对走线有较高要求， 限于经验不足， 未做到较完 善的考虑，

13、 仅将喇叭接线的地尽量远离电源输入的地。 经过以上改动后， 噪声有 明显减少，但不能完全消除。并且，功放的放大倍数对噪声也有影响。放大倍数 大，会将噪声一并放大。 虽然减小放大倍数可以一定程度上减小噪声， 但是随着 放大倍数的减小，A/D转换的电压围也随之减小，即PWM勺分辨率减小而使喷水 的变化和LED的变化都随之减小，效果减弱。因此减小放大倍数时要适度。在软件调试方面，由于软件只有两部分组成，即 A/D转换和PW碉压。A/D 转换方面不需要十分精确的数据， 也考虑到喷泉是实时性的， 对反应速度有要求， 所以没有用到滤波处理。PWMB压主要实现了电机的PWM输出和LED的控制。鉴 于两者有一定联系， 将两部分整合在了一起， 也可以提高反应速度。 由于电机的 调速是由PWM来控制，因此软件通过根据占空比分别延时输出高电平和低电平来 实现PWM其占空比的计算则通过 AD采集的8位分辨率决定，设AD采集值为U。 因为满量程为255,高电平时间为U,则低电平时间为255-U.。另外，通过U的 值与预设的8档量程比较来控制LED的变化效果，电压越高，亮的 LED就越多。 由于AD为8位精度，而单