音乐彩灯控制器

PAGE 摘要：本课程设计任务是设计一种组合式彩灯控制电路，该电路由不同控制方法的彩灯所组成，采用不同颜色的发光二极管作课题。经过我自己的初步设计及思考，我自己的思路是把随音乐节奏和音律强弱控制彩灯电路设计成第一个电路图，而按音调高低（信号频率高低）控制彩灯这部分再单独设计制作成一个电路图，从而完成课程设计任务。关键词：带通滤波器，放大及整流电路，光耦合驱动电路，直流稳压电源，声控电路，压控振荡器，控制电路，高灵敏度驻极体传声器。Abstract：

Thecoursedesigntaskistodesignamodularlightscontrolcircuit,thecircuitofdifferentcontrolmethods,consistingoflights,usingdifferentcolorsoflight-emittingdiodestothesubject.Afterthepreliminarydesignandmyownthinking,myownideawastorhythmandmelodywiththemusic,thestrengthofcontrolLanterncircuitdesignintothefirstcircuit,whilethetonelevel(highandlowfrequency)tocontrollightsindividuallydesignedthispartofthere-intoacircuit,thuscompletingthecurriculumdesigntask,

Keywords：

Band-passfilter,amplification,andrectificationcircuit,thelightcoupleddrivecircuits,DCpowersupplies,voicecircuits,voltagecontrolledoscillator,controlcircuitry,highsensitivityelectretmicrophone.

目录一前言…………………71.1所用主要元器件……………..71.2设计意义…………...7二方案设计原理………8三电路设计与分析……………………..93.1PROTEL软件学习93.2音乐彩灯控制电路…………10四系统原理图的绘制………….…….144.1单元电路设计及电路图144.2仿真原理图及分析18六参考文献……………..……………..21一、前言：本声控音乐彩灯是音乐声响与彩灯灯光的相互组合，使音乐的旋律伴以亮度、颜色和图案不断变换的灯光，使人的视觉和听觉结合在一起获得综合的艺术享受。本设计任务利用PROTEL软件设计一个音乐彩灯灯光控制电路，这个课程题目我利用两个电路图实现：①在设计音乐节奏和音率强弱控制彩灯部分，该声控电路由电源电路、声控电路、压控振荡器和控制电路组成原理图;②在按音调高低（信号频率高低）控制彩灯部分，把输入的音乐信号分为高，中，低三个频段，分别控制三种颜色的彩灯，并让它们分别通过三个带通滤波器通道，得到了放大的音乐信号，再通过一个放大及整流电路，得到一个直流信号，最后利用一个光耦合电路，实现音乐对灯光的调节。1.1所用主要元气件：小型电位器，1N4742型硅稳压二极管，BT31型单结晶体管，TP4520型二进制加法计数器，带通滤波器，放大及整流电路，光耦合驱动电路，直流稳压电源，声控电路，压控振荡器，控制电路，高灵敏度驻极体传声器，S9014型NPN晶体管，S9015型硅PNP晶体管等。1.2设计意义：针对电子线路课程要求，对学生进行实用型电子线路设计、安装、调试等各环节综合性训练，陪养学生运用课程中所学的理论与实践紧密结合，独立的解决实际问题的能力。综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤，培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；实践利用EDA软件绘制电子线路原理图、PCB图；学会说明书的规范整理和书写。学生必须独立完成一个选题的设计任务。通过本课程设计,主要训练和培养学生综合应用所学过的电路、低频、数字、高频等课程的相关知识，设计实用的电子电路方面的实际电路，包括：查阅资料、合理性的设计、分析和解决实际问题的能力，电路设计工具PROTEL的学习与应用，应用计算机的能力，用简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。二、方案设计原理：（1）通过查阅资料，根据课题要求,本控制器可分别用三部分电路实现。①音乐的节奏往往由乐队的鼓点来体现,实质上它是具有一定时间间隔的节拍脉冲信号。因此,可采用计数、译码驱动构成节拍脉冲信号发生器（或称时间顺序控制器），使相应的彩灯按节奏点亮和熄灭。②为实现声音信号强弱的控制，应该将声音信号变成电信号，经过放大、整流滤波，以信号的平均值驱动彩灯发亮。信号强，则灯的亮度大，且点亮灯的数目增多。③为实现高、低音（不同频率信号）对彩灯的控制，采用高、低通有源滤波器电路。低通滤波器限制高音频信号通过，而高通滤波器限制低音频信号通过，分频段输出信号，经过放大驱动相应的发光二极管点亮。（2）控制器原理图图2.1音乐彩灯控制器原理图①采用运算放大器或555定时器构成多谐振荡器,产生矩形波信号作为计数器的时钟脉冲.②计数器输出经译码器可得多路译码输出信号,再通过驱动器使相应的彩灯点亮。③采用动圈式话筒或者扬声器,将声响信号变成电信号输出,并经放大器将其放大。由于音频信号的频率高于发光元件的响应频率，为使发光有适当的显示时间，可加入延时电路，减少发光元件闪烁现象。以上是我从参考资料上查到的设计思路，此思路是比较合理的。但是经过我自己的初步设计及思考，我自己的思路是把随音乐节奏和音律强弱控制彩灯电路设计成第一个电路图，而按音调高低（信号频率高低）控制彩灯这部分再单独设计制作成一个电路图，从而完成课程设计任务，以下是我的具体设计分析内容，请老师评阅。三、电路设计与分析：3.1PROTEL软件学习：1、首先建立一个专用文件夹，用以集中存放相关电路设计文件，便于管理；2、当直接双击“PROTEL99SE”图标后，进入第一层“DesignExplorer”设计管理器窗口；3、在这个窗口中，可对设计数据库建立等操作，首先要建立一个新的设计数据库。点击File/New命令出现建立新的设计数据库路径对话框；4、建立设计数据库后，就要建立需要的各种电路设计文件。在进入一个设计数据库后，执行File/New命令后弹出新文档对话框，选择要增加文件类型后单击OK，新建电路设计文件及添加到了设计数据库中。5、文件的操作。在设计数据管理窗口中，在选择电路设计文件上单击右键后，弹出快捷菜单，可对其文件进行操作。6、当建立电路文件后可对其进行电路设计（编辑）工作，即双击电路原理图文件就进入了电路原理图编辑窗口；7、放置元件。在电路原理图编辑窗口放置电子元件。首先要装入需要的数据元件库，操作方法：单击设计数据管理窗口中的BrowseSch中的Libraris命令进入元件库和元件管理器，然后单击Add/Remove按钮，选择\DesignExplorer99SE\Library\Sch路径，再选择所用的元件库文件，单击Add按钮增加到元件库管理器，单击OK，就可以看到选择的元件库已装到元件库管理器窗口中。8、当元件管理器装入元件库后就可以放置元件，在元件浏览区中，用鼠标左键单击要放置的元件，然后单击元件浏览区中的Place按钮，鼠标上便附加了光标和浮动的被选中元件。把光标移动到要放置的位置后，单击左键，这个元件就放置好了。在放置元件的过程如要转动元件方向，按一次空格键元件就逆时针转90°。9、布线。选择所需要的连线工具将电路连接起来。10、编辑元件的属性（元件名、封装、参数等），鼠标左键双击要编辑元件，就弹出选中元件属性设置对话窗口，根据需要对元件属性进行设置。11、电器规则检查，主要是检查元件之间的相互连接。单击菜单Tool/ERC,启动电气规则检查设置对话框窗口，单击OK按钮就开始进行检查。12、元件报告表的产生，点击菜单Report/BillofMaterial，启动元件生成表，点击Next系统将生成元件报告表文件。13、生成网络表。启动建立网络表菜单Design/CreateNetlist后出现网络表设置对话框窗口，设置好后点击OK，即生成网络表格文件。3.2音乐彩灯控制电路（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：3.2.1随着音乐节奏及音律强弱不断地变换灯光色彩的电路工作原理：（1）该声控变色彩灯电路由电源电路、声控电路、压控振荡器和控制电路组成，原理图如下页示：图3.1声控变色彩灯电路原理图该声控变色彩灯电路的电源电路由降压电容器，限流电阻器，稳压二极管，整流电路和滤波电容器组成。①声控电路由传声器，电阻器，电容器和晶体管组成。②压控振荡器由晶体管，单结晶体管，可变电阻器，电阻器和电容器组成。③控制电路由电阻器，电容器，同步加法计数器集成电路，晶体管，晶闸管组成。④交流220V电压经C1降压，VS稳压，VD整流及C2滤波后，为声控电路，压控振荡器和控制电路提供12V左右的直流电压。⑤BM将声音（音乐声）信号转换为电信号，该电信号经V1放大后送入压控振荡器，使其振荡工作（V1输出的电信号使V2的工作电流发生变化，C5的充电时间也随之变化，VU输出的脉冲频率也随着音乐声的节奏及强弱同步变化）,为IC的1脚（CP端）提供计数脉冲。IC在计数脉冲的作用下，其Q1~Q3输出端输出变化的控制信号，通过控制V3~V5和VT1~VT3的导通与截止，来控制3路彩灯（HL1,HL2,HL3）的亮与灭，产生合成灯光效果。（2）具体工作原理：①当IC的1脚输入第1个计数脉冲，IC的Q1端输出高电平，Q2端和Q3端输出低电平，V3和VT1导通，V4，V5和VT2,VT3截止，第一路彩灯HL1点亮，第2路彩灯HL2和第3路彩灯HL3不亮，变色彩灯发红色光。②当IC的1脚输入第2个计数脉冲，IC的Q1端和Q3端输出低电平，Q2端输出高电平，V4和VT2导通，V3，V5和VT1,VT3截止，HL1和HL3不亮，HL2点亮，变色彩灯发绿色光。③当IC得1脚输入第3个计数脉冲，IC的Q1端和Q2端输出高电平，Q3端输出低电平，V5和VT3截止，V3，V4和VT1，VT2导通，HL1和HL2点亮，HL3不亮，变色彩灯发黄色光。④当IC得1脚输入第4个计数脉冲，IC的Q3端输出高电平，Q1端和Q2端输出低电平，V5和VT3导通，V3，V4和VT1,VT2均截止，HL1和HL2不亮，HL3点亮，变色彩灯发蓝色光。⑤当IC得1脚输入第5个计数脉冲，IC的Q1端和Q3输出高电平，Q2端输出低电平，V4和VT2截止，V3，V5和VT1,VT3均导通，HL1和HL3点亮，HL2不亮，变色彩灯发紫色光。⑥当IC得1脚输入第6个计数脉冲，IC的Q1端输出低电平，Q2端和Q3端输出高电平，使V3和VT1截止，V4，V5和VT2,VT3导通，HL1不亮，HL2和HL3点亮，变色彩灯发青色光。⑦当IC得1脚输入第7个计数脉冲，IC的Q1~Q3端均输出高电平，使V3~V5和VT1~VT3均导通，HL1~HL3均点亮，变色彩灯发白色光。⑧当IC得1脚输入第8个计数脉冲时，IC的Q1~Q3端均输出低电平，使V3~V5和VT1~VT3均截止，HL1~HL3均熄灭，变色彩灯不发光。⑨当IC得1脚输入第9个计数脉冲，IC的Q1端又输出高电平，Q2端和Q3端输出低电平，V3和VT1导通，V4，V5和VT2,VT3截止，第一路彩灯HL1点亮，第2路彩灯HL2和第3路彩灯HL3不亮，变色彩灯发红色光。以上工作周而复始，使变色彩灯有规律地变换发光色彩。调节RP的阻值，可改变变色彩灯发光色彩的变换速度。3.2.2随音乐彩灯音调高低（信号频率高低）控制彩灯部分：（1）把输入的音乐信号分为高，中，低三个频段，分别控制三种颜色的彩灯，并让它们分别通过三个带通滤波器通道，得到了放大的音乐信号，再通过一个放大及整流电路，得到一个直流信号，最后利用一个光耦合电路，实现音乐对灯光的调节。技术指标：音乐信号分为三个频段，分别控制红、绿、蓝三种颜色的彩灯。高频段控制蓝灯。中频段控制绿灯。低频段控制红灯。每组彩灯的亮度随各路输入信号的大小分八个等级。输入信号最大时，彩灯最亮。规定输入音乐信号大于10mV。(2)设计方案:通过查阅资料及请教老师，根据要求设计方案如下：选取大于10mV的音乐信号，让其通过三个不同频段的带通滤波器，得到了放大的音乐信号，将这个放大的信号通过放大及整流电路，再通过光耦合驱动电路，使信号到达输出端后轮流输出不同电平，使得彩灯的亮暗不同，实现了音乐对灯光的调节。系统框图如下：高频段通道高频段通道中频段通道低频段通道放大器放大器放大器整流整流整流耦合驱动器耦合驱动器耦合驱动器音乐信号双向晶闸管蓝灯双向晶闸管双向晶闸管绿灯红灯图3.2音乐彩灯音调高低控制电路系统设计框图四、系统原理图的绘制4.1单元电路设计及电路原理图：（1）带通滤波器：带通滤波器由有源低通和高通滤波器组成其上下截止频率可分别调整。音乐通道的参考原理图如下：图4.1带通滤波器原理图图中1A,2A分别为低通和高通滤波器，二者串联构成带通滤波器，其上限截止频率取决于低通滤波器，下限截止频率取决于高通滤波器。上下限截止频率可由式子（4.1.1），（4.1.2） 决定。Fh=1/2×3.1415RC(4.1.1)Fl=1/2×3.1415R′C′(4.1.2)根据技术指标中给定的截止频率，只要给出合理电容C，C′的值，即可求得电阻R，R′的值。这样根据课题中的要求就得到了音乐信号的三个通道。图中低通滤波器和高通滤波器的增益可分别由式子（4.2.1），（4.2.2）决定。Ah=1+Rf/R1 (4.2.1)Al=1+Rf′/R1′(4.2.2)这样就得到了整个带通滤波器对音乐信号的放大增益。（2）放大整流电路：3A,4A,D1,D2组成的放大整流电路如下：图4.2放大及整流电路图3A,4A可对信号实现放大功能，D1,D2为整流二极管整流。当3A的同相输入端输入信号为正半周时D1导通并通过R2形成强的负反馈，使3A工作在电压跟随状态，其输出为正。4A的同相输入端通过R4接地，D2因反向而截止，4A工作在电压跟随状态，其输出为零。当3A的同相输入端输入负半周时，D1截止，D2导通，并通过R3与4A串联组成两及极电压跟随器，使4A为负半周波形。由于运用了理想运放的输入端虚断，虚短和开环放大倍数无限大的理论，时整流输出电压克服了二极死区电压的影响即使输入电压的幅度小于0.7V，只要不为零，该电路就可以进行整流。音乐信号经整流后就会在RP上形成于音乐信号的幅度成正比的直流电压。途中 C1为滤波电容，以减小输出波形的脉动。以选用管压降小。工作频率高的锗管为宜，如2AP9.R2,R3的作用主要是在输入正半波时，限制通过D1流入4A输出端的电流，这两个电阻的阻值应该在10kohm 以上。D1和C2组成滤波电路，以减小整流电路的纹波电压，选