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1、吉林工业职业技术学院毕业论文- 1 -毕业论文基于单片机音乐喷泉设计Based on SCM music fountain design学 生 姓 名： XX 专 业 班 级： 自动化 3082 班 指 导 教 师： XX 完 成 日 期： 2011.3.3 XX 工业职业技术学院XX Vocational College of Industry and Technology- 2 -摘 要音乐喷泉是近几年来出现的一种园林建筑与音乐欣赏相结合的产物。随着计算机软件硬件技术的飞速发展，新型 喷泉与计算机的交互应用越来越广泛，音控喷泉也越来越复杂，越来越精密，使得越来越多的控制部分需要计算机来完成

2、。因此， 计算机控制音控喷泉成为必然趋势。但 喷泉工程还 存在一些技术难题，主要表现为明显的水声滞后效应。 本文采用PWM 变频调速、 预处理、 预测补偿控制和基于数据库的软件信号提前控制方法，提出了一种新的先进的音乐喷泉设计方案和控制途径，并与 传统设计 方案进行了分析比较，用面向对象的编程方法完成了对当今较为流行的MP3音频格式的解 码，同时实时提取了音频信号。仿真分析证明该设计方案改善了 传统控制方法的水声滞后效 应，改善了喷泉系统的控制品质，从而真正达到了实时 控制的要求.为了同时加强实际动 手能力及创新能力的培养，巩固学到的理论知识所开拓的视野，弥补课堂不足的目的，同时在实习过程中熟

3、悉单片机的使用或者制作流程，为这 次进行毕业设计搜集了所需的 资料，增强了这次作业的责任心和对作业的严谨要求的态度。设计的内容主要是用单片机制作一个声控 喷泉，对象为直流机控制的一个水泵。 应能进 行喷泉的喷水高度进行动态 的设定，或按音量高低进行同步的变化。能更早的适应于社会。开发我们的创新能力。关键字：变频调速、数据库系统、 计算机控制 、补偿 控制。XX 工业职业技术学院毕业论文- 3 -Based on SCM music fountain designABSTRACTMusical fountain there in recent years as a landscape archi

4、tecture and music to enjoy a product of the combination. With the computer software of the rapid development of hardware technology, the new interactive fountain with the computer more and more extensive applications, audio and control fountain also more complex, more and more sophisticated, making

5、more and more control over some of the needs of the computer to complete. Therefore, computer-controlled fountain sound control has become an inevitable trend. Fountain works but there are still some technical problems, mainly the water is clear hysteresis effect. In this paper,PWM frequency control

6、 pre-processing, forecasting and compensation control signal based on the database software in advance of the control method, a new advanced design of the musical fountain and control means, and with the traditional designs are analyzed and compared, using object-oriented programming methods for tod

7、ays more popular MP3 audio format decoding, at the same time extract the audio signal in real time. Simulation analysis proves that the design of traditional control methods to improve the water hysteresis effect, the fountains to improve the quality control system in order to really achieve the req

8、uirements of real-time controlAt the same time to strengthen the innovation ability and actual ability to do the training, to consolidate the theoretical knowledge acquired to develop the vision, to make up for the shortage of classrooms, while in the training process or are familiar with the use of

9、 single-chip production process, for the graduation project for the collection of the necessary information and enhance the operation of the sense of responsibility and strict requirements on the operation of the attitude。The content of the design is mainly used to produce a single-chip voice-activa

10、ted fountain, DC motor control for a pump. Should be ablet carry out the water fountain highly dynamic settings, or by volume changes in the level of synchronization. Earlier adaptation to the society. Develop our ability to innovate.Keywords: Frequency Control, Database systems, Computer control, C

11、ompensation contro- 4 -引言单片机作为微型计算机的一个重要分支，其应用范围很广，发展也很快，它已成 为在现代电子技术、计算机应用、网络、通信、自动控制与计量测试、数据采集与信号处理等技术中日益普及的一项新兴技术，应用范围十分广泛。对于计算机专业的学生来说，即使 暂时没有从事单片机的应用与开发，学习单片机也有很重要的意义。学习它，不 仅为将来可能从事该方面的开发打下基础，另一方面，由于单片机作为微型计算机的一个种类，麻雀虽小，五 脏俱全，可以把它当作微型计算机的一个简 化模型来看待，学 习单片机可以加深对微型计算机工作原理的理解，更加清楚计算机的脉络。同时，提供了一个 实际

12、应用手段。音乐喷泉是利用播放或现场演奏或按照预先编辑的程序变换喷水造型和灯光色彩强弱变化的喷泉。音乐喷泉控制系统可以使喷水造型变化和灯光的变化随音乐的节奏、旋律的起伏变化而变化，美妙动 人；编辑程序是利用单片机进行的，一般可以随时修改，也可 储存多种程序，随意调用。音乐喷泉到了编码阶段必然涉及到音乐要素的数据格式， MIDI（音乐设备数字接口）提取音乐要素、音乐模式识别、音乐情感信息库建立、 3D 动画显示音乐喷泉等，而这些都要与音乐喷 泉要素数据打交道。因此对各部分所需要的数据格式、 这些数据不同形式的表示的相似性和差异性的研究就变得十分迫切。XX 工业职业技术学院毕业论文- 5 -目录摘

13、要 .- 2 -ABSTRACT- 3 -引言 .- 4 -第一章 单片机的介绍 - 6 -1.1 单片机历史 .- 7 -1.2 嵌入式系统 .- 8 -1.3 单片机发展史 .- 8 -1.4 单片机的硬件特性 .- 9 -1.5 单片机的应用 .- 9 -第二章. 喷泉技术发展 - 11 -第三章.课题简介 - 12 -3.2 课题提出的科学依据 - 12 -3.3 主要内容 .- 12 -第四章.液压系统的动态过程及其研究内容和方法 - 14 -4.1 液压系统的动态过程 .- 14 -4.2 液压系统的动态特性 - 14 -4.3 液压系统的动态特性研究方法 - 15 -4.3.1

14、传递涵数分析法 .- 15 -4.3.2 数字仿真法 .- 15 -4.3.3 计算机仿真方法的特点、地位与作用 .- 15 -第五章.音乐喷泉的总体设计及仿真模型的建立 .- 17 -5.1 音乐喷泉的工作原理 - 17 -5.2 传统设计方案简介 - 17 -5.2.1 音乐喷泉系统组成 .- 17 -5.2.2 音乐喷泉系统的软件设计 .- 18 -5.2.3 本文设计方案的优缺点 .- 19 -5.3 音乐喷泉系统模型仿真的建立 - 19 -5.3.1 水泵及管道的仿真模型的建立 .- 19 -第六章. 声音基础知识及 MP3 编码解码原理 - 20 -6.1 声音的基本性质 - 20

15、 -6.2 音频信号数字化 - 20 -6.3 MP3 音频 .- 20 -结 论 .- 21 -致 谢 - 22 - 6 -参考文献 - 23 -XX 工业职业技术学院毕业论文- 7 -第一章 单片机的介绍单 片 微 型 计 算 机 简 称 单 片 机 ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器 （ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 缩 写 MCU 表 示 单 片 机 ， 它 最 早 是 被 用 在 工 业 控 制 领 域 。 单 片机 由 芯 片 内 仅 有 CPU 的 专 用 处 理 器 发 展 而 来 。 最 早 的 设 计 理 念 是 通

16、 过 将 大 量 外 围 设 备和 CPU 集 成 在 一 个 芯 片 中 ， 使 计 算 机 系 统 更 小 ， 更 容 易 集 成 进 复 杂 的 而 对 体 积 要 求 严格 的 控 制 设 备 当 中 。 INTEL 的 Z80 是 最 早 按 照 这 种 思 想 设 计 出 的 处 理 器 ， 从 此 以 后 ，单 片 机 和 专 用 处 理 器 的 发 展 便 分 道 扬 镳 。 早 期 的 单 片 机 都 是 8 位 或 4 位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL 的 8031， 因 为 简 单 可靠 而 性 能 不 错 获 得 了 很 大 的 好 评 。 此 后 在

17、 8031 上 发 展 出 了 MCS51 系 列 单 片 机 系 统 。基 于 这 一 系 统 的 单 片 机 系 统 直 到 现 在 还 在 广 泛 使 用 。 随 着 工 业 控 制 领 域 要 求 的 提 高 ，开 始 出 现 了 16 位 单 片 机 ， 但 因 为 性 价 比 不 理 想 并 未 得 到 很 广 泛 的 应 用 。 90 年 代 后随 着 消 费 电 子 产 品 大 发 展 ， 单 片 机 技 术 得 到 了 巨 大 提 高 。 随 着 INTEL i960 系 列 特 别是 后 来 的 ARM 系 列 的 广 泛 应 用 ， 32 位 单 片 机 迅 速 取 代

18、16 位 单 片 机 的 高 端 地 位 ， 并 且进 入 主 流 市 场 。 而 传 统 的 8 位 单 片 机 的 性 能 也 得 到 了 飞 速 提 高 ， 处 理 能 力 比 起 80 年代 提 高 了 数 百 倍 。 目 前 ， 高 端 的 32 位 单 片 机 主 频 已 经 超 过 300MHz， 性 能 直 追 90 年代 中 期 的 专 用 处 理 器 ， 而 普 通 的 型 号 出 厂 价 格 跌 落 至 1 美 元 ， 最 高 端 1的 型 号 也 只有 10 美 元 。 当 代 单 片 机 系 统 已 经 不 再 只 在 裸 机 环 境 下 开 发 和 使 用 ， 大

19、量 专 用 的 嵌 入式 操 作 系 统 被 广 泛 应 用 在 全 系 列 的 单 片 机 上 。 而 在 作 为 掌 上 电 脑 和 手 机 核 心 处 理 的 高端 单 片 机 甚 至 可 以 直 接 使 用 专 用 的 Windows 和 Linux 操 作 系 统 。 单 片 机 比 专 用 处 理 器 更 适 合 应 用 于 嵌 入 式 系 统 ， 因 此 它 得 到 了 最 多 的 应 用 。 事 实上 单 片 机 是 世 界 上 数 量 最 多 的 计 算 机 。 现 代 人 类 生 活 中 所 用 的 几 乎 每 件 电 子 和 机 械 产品 中 都 会 集 成 有 单 片

20、机 。 手 机 、 电 话 、 计 算 器 、 家 用 电 器 、 电 子 玩 具 、 掌 上 电 脑 以及 鼠 标 等 电 脑 配 件 中 都 配 有 1-2 部 单 片 机 。 而 个 人 电 脑 中 也 会 有 为 数 不 少 的 单 片 机在 工 作 。 汽 车 上 一 般 配 备 40 多 部 单 片 机 ， 复 杂 的 工 业 控 制 系 统 上 甚 至 可 能 有 数 百 台单 片 机 在 同 时 工 作 ！ 单 片 机 的 数 量 不 仅 远 超 过 PC 机 和 其 他 计 算 的 总 和 ， 甚 至 比 人 类的 数 量 还 要 多 。 单 片 机 又 称 单 片 微 控

21、制 器 ,它 不 是 完 成 某 一 个 逻 辑 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一 个 计 算机 系 统 集 成 到 一 个 芯 片 上 。 相 当 于 一 个 微 型 的 计 算 机 ， 和 计 算 机 相 比 ， 单 片 机 只 缺 少了 I/O 设 备 。 概 括 的 讲 ： 一 块 芯 片 就 成 了 一 台 计 算 机 。 它 的 体 积 小 、 质 量 轻 、 价 格 便宜 、 为 学 习 、 应 用 和 开 发 提 供 了 便 利 条 件 。 同 时 ， 学 习 使 用 单 片 机 是 了 解 计 算 机 原 理与 结 构 的 最 佳 选 择 。 单 片 机 内 部 也 用

22、和 电 脑 功 能 类 似 的 模 块 ， 比 如 CPU， 内 存 ， 并 行 总 线 ， 还 有 和 硬盘 作 用 相 同 的 存 储 器 件 ， 不 同 的 是 它 的 这 些 部 件 性 能 都 相 对 我 们 的 家 用 电 脑 弱 很 多 ，不 过 价 钱 也 是 低 的 ， 一 般 不 超 过 10 元 即 可 用 它 来 做 一 些 控 制 电 器 一 类 不 是 很复 杂 的 工 作 足 矣 了 。 我 们 现 在 用 的 全 自 动 滚 筒 洗 衣 机 、 排 烟 罩 、 VCD 等 等 的 家 电 里 面都 可 以 看 到 它 的 身 影 ！ 它 主 要 是 作 为 控

23、制 部 分 的 核 心 部 件 。 - 8 -它 是 一 种 在 线 式 实 时 控 制 计 算 机 ， 在 线 式 就 是 现 场 控 制 ， 需 要 的 是 有 较 强 的 抗 干扰 能 力 ， 较 低 的 成 本 ， 这 也 是 和 离 线 式 计 算 机 的 （ 比 如 家 用 PC） 的 主 要 区 别 。 单 片 机 是 靠 程 序 运 行 的 ， 并 且 可 以 修 改 。 通 过 不 同 的 程 序 实 现 不 同 的 功 能 ， 尤 其是 特 殊 的 独 特 的 一 些 功 能 ， 这 是 别 的 器 件 需 要 费 很 大 力 气 才 能 做 到 的 ， 有 些 则 是 花

24、 大力 气 也 很 难 做 到 的 。 一 个 不 是 很 复 杂 的 功 能 要 是 用 美 国 50 年 代 开 发 的 74 系 列 ， 或者 60 年 代 的 CD4000 系 列 这 些 纯 硬 件 来 搞 定 的 话 ， 电 路 一 定 是 一 块 大 PCB 板 ！ 但 是如 果 要 是 用 美 国 70 年 代 成 功 投 放 市 场 的 系 列 单 片 机 ， 结 果 就 会 有 天 壤 之 别 ！ 只 因 为单 片 机 的 通 过 你 编 写 的 程 序 可 以 实 现 高 智 能 ， 高 效 率 ， 以 及 高 可 靠 性 ！ 由 于 单 片 机 对 成 本 是 敏 感

25、的 ， 所 以 目 前 占 统 治 地 位 的 软 件 还 是 最 低 级 汇 编 语 言 ，它 是 除 了 二 进 制 机 器 码 以 上 最 低 级 的 语 言 了 ， 既 然 这 么 低 级 为 什 么 还 要 用 呢 ？ 很 多 高级 的 语 言 已 经 达 到 了 可 视 化 编 程 的 水 平 为 什 么 不 用 呢 ？ 原 因 很 简 单 ， 就 是 单 片 机 没 有家 用 计 算 机 那 样 的 CPU， 也 没 有 像 硬 盘 那 样 的 海 量 存 储 设 备 。 一 个 可 视 化 高 级 语 言编 写 的 小 程 序 里 面 即 使 只 有 一 个 按 钮 ， 也 会

26、 达 到 几 十 K 的 尺 寸 ！ 对 于 家 用 PC 的 硬 盘来 讲 没 什 么 ， 可 是 对 于 单 片 机 来 讲 是 不 能 接 受 的 。 单 片 机 在 硬 件 资 源 方 面 的 利 用 率必 须 很 高 才 行 ， 所 以 汇 编 虽 然 原 始 却 还 是 在 大 量 使 用 。 一 样 的 道 理 ， 如 果 把 巨 型 计 算机 上 的 操 作 系 统 和 应 用 软 件 拿 到 家 用 PC 上 来 运 行 ， 家 用 PC 的 也 是 承 受 不 了 的 。 可 以 说 ， 二 十 世 纪 跨 越 了 三 个 “电 ”的 时 代 ， 即 电 气 时 代 、 电

27、 子 时 代 和 现 已 进 入的 电 脑 时 代 。 不 过 ， 这 种 电 脑 ， 通 常 是 指 个 人 计 算 机 ， 简 称 PC 机 。 它 由 主 机 、 键 盘 、显 示 器 等 组 成 。 还 有 一 类 计 算 机 ， 大 多 数 人 却 不 怎 么 熟 悉 。 这 种 计 算 机 就 是 把 智 能 赋予 各 种 机 械 的 单 片 机 （ 亦 称 微 控 制 器 ） 。 顾 名 思 义 ， 这 种 计 算 机 的 最 小 系 统 只 用 了一 片 集 成 电 路 ， 即 可 进 行 简 单 运 算 和 控 制 。 因 为 它 体 积 小 ， 通 常 都 藏 在 被 控

28、机 械 的“肚 子 ”里 。 它 在 整 个 装 置 中 ， 起 着 有 如 人 类 头 脑 的 作 用 ， 它 出 了 毛 病 ， 整 个 装 置 就瘫 痪 了 。 现 在 ， 这 种 单 片 机 的 使 用 领 域 已 十 分 广 泛 ， 如 智 能 仪 表 、 实 时 工 控 、 通 讯设 备 、 导 航 系 统 、 家 用 电 器 等 。 各 种 产 品 一 旦 用 上 了 单 片 机 ， 就 能 起 到 使 产 品 升 级 换代 的 功 效 ， 常 在 产 品 名 称 前 冠 以 形 容 词 “智 能 型 ”， 如 智 能 型 洗 衣 机 等 。 现 在有 些 工 厂 的 技 术 人

29、 员 或 其 它 业 余 电 子 开 发 者 搞 出 来 的 某 些 产 品 ， 不 是 电 路 太 复 杂 ， 就是 功 能 太 简 单 且 极 易 被 仿 制 。 究 其 原 因 ， 可 能 就 卡 在 产 品 未 使 用 单 片 机 或 其 它 可 编程 逻 辑 器 件 上 。 1.1 单片机历史单 片 机 诞 生 于 20 世 纪 70 年 代 末 ， 经 历 了 SCM、 MCU、 SoC 三 大 阶 段 。 单 片 机 的 基 本 结 构单 片 机 由 运 算 器 、 控 制 器 、 存 储 器 、 输 入 输 出 设 备 构 成 起 初 模 型1.SCM 即 单 片 微 型 计

30、算 机 （ Single Chip Microcomputer） 阶 段 ， 主 要 是 寻 求 最佳 的 单 片 形 态 嵌 入 式 系 统 的 最 佳 体 系 结 构 。 “创 新 模 式 ”获 得 成 功 ， 奠 定 了 SCM 与通 用 计 算 机 完 全 不 同 的 发 展 道 路 。 在 开 创 嵌 入 式 系 统 独 立 发 展 道 路 上 ， Intel 公 司功 不 可 没 。 XX 工业职业技术学院毕业论文- 9 -2.MCU 即 微 控 制 器 （ Micro Controller Unit） 阶 段 ， 主 要 的 技 术 发 展 方 向 是 ：不 断 扩 展 满 足

31、嵌 入 式 应 用 时 ， 对 象 系 统 要 求 的 各 种 外 围 电 路 与 接 口 电 路 ， 突 显 其 对 象的 智 能 化 控 制 能 力 。 它 所 涉 及 的 领 域 都 与 对 象 系 统 相 关 ， 因 此 ， 发 展 MCU 的 重 任 不可 避 免 地 落 在 电 气 、 电 子 技 术 厂 家 。 从 这 一 角 度 来 看 ， Intel 逐 渐 淡 出 MCU 的 发 展也 有 其 客 观 因 素 。 在 发 展 MCU 方 面 ， 最 著 名 的 厂 家 当 数 Philips 公 司 。 Philips 公 司 以 其 在 嵌 入 式 应 用 方 面 的 巨

32、 大 优 势 ， 将 MCS-51 从 单 片 微 型 计 算 机迅 速 发 展 到 微 控 制 器 。 因 此 ， 当 我 们 回 顾 嵌 入 式 系 统 发 展 道 路 时 ， 不 要 忘 记 Intel和 Philips 的 历 史 功 绩 。 1.2 嵌入式系统单 片 机 是 嵌 入 式 系 统 的 独 立 发 展 之 路 ， 向 MCU 阶 段 发 展 的 重 要 因 素 ， 就 是 寻 求 应用 系 统 在 芯 片 上 的 最 大 化 解 决 ； 因 此 ， 专 用 单 片 机 的 发 展 自 然 形 成 了 SoC 化 趋 势 。随 着 微 电 子 技 术 、 IC 设 计 、

33、EDA 工 具 的 发 展 ， 基 于 SoC 的 单 片 机 应 用 系 统 设 计 会 有较 大 的 发 展 。 因 此 ， 对 单 片 机 的 理 解 可 以 从 单 片 微 型 计 算 机 、 单 片 微 控 制 器 延 伸 到 单片 应 用 系 统 。 1.3 单片机发展史 1971 年 intel 公 司 研 制 出 世 界 上 第 一 个 4 位 的 微 处 理 器 ； Intel 公 司 的 霍 夫 研制 成 功 世 界 上 第 一 块 4 位 微 处 理 器 芯 片 Intel 4004， 标 志 着 第 一 代 微 处 理 器 问 世 ，微 处 理 器 和 微 机 时 代

34、从 此 开 始 。 因 发 明 微 处 理 器 ， 霍 夫 被 英 国 经 济 学 家 杂 志 列为 “二 战 以 来 最 有 影 响 力 的 7 位 科 学 家 ”之 一 。 1971 年 11 月 ， Intel 推 出 MCS-4 微 型 计 算 机 系 统 （ 包 括 4001 ROM 芯 片 、 4002 RAM 芯 片 、 4003 移 位 寄 存 器 芯 片 和 4004 微 处 理 器 ） 其 中 4004（ 下 图 ） 包 含 2300个 晶 体 管 ， 尺 寸 规 格 为 3mm4mm， 计 算 性 能 远 远 超 过 当 年 的 ENIAC， 最 初 售 价 为200 美

35、 元 。 1972 年 4 月 ， 霍 夫 等 人 开 发 出 第 一 个 8 位 微 处 理 器 Intel 8008。 由 于 8008 采用 的 是 P 沟 道 MOS 微 处 理 器 ， 因 此 仍 属 第 一 代 微 处 理 器 。 1973 年 intel 公 司 研 制 出 8 位 的 微 处 理 器 8080； 1973 年 8 月 ， 霍 夫 等 人 研 制 出8 位 微 处 理 器 Intel 8080， 以 N 沟 道 MOS 电 路 取 代 了 P 沟 道 ， 第 二 代 微 处 理 器 就 此诞 生 。 主 频 2MHz 的 8080 芯 片 运 算 速 度 比 80

36、08 快 10 倍 ， 可 存 取 64KB 存 储 器 ， 使 用 了基 于 6 微 米 技 术 的 6000 个 晶 体 管 ， 处 理 速 度 为 0.64MIPS（ Million Instructions Per Second ） 。 1975 年 4 月 ， MITS 发 布 第 一 个 通 用 型 Altair 8800， 售 价 375 美 元 ， 带 有 1KB存 储 器 。 这 是 世 界 上 第 一 台 微 型 计 算 机 。 1976 年 intel 公 司 研 制 出 MCS-48 系 列 8 位 的 单 片 机 ， 这 也 是 单 片 机 的 问 世 。 Zilog

37、 公 司 于 1976 年 开 发 的 Z80 微 处 理 器 ， 广 泛 用 于 微 型 计 算 机 和 工 业 自 动 控 制设 备 。 当 时 ， Zilog、 Motorola 和 Intel 在 微 处 理 器 领 域 三 足 鼎 立 。 - 10 -20 世 纪 80 年 代 初 ， Intel 公 司 在 MCS-48 系 列 单 片 机 的 基 础 上 ， 推 出 了 MCS-51系 列 8 位 高 档 单 片 机 。 MCS-51 系 列 单 片 机 无 论 是 片 内 RAM 容 量 ， I/O 口 功 能 ， 系 统扩 展 方 面 都 有 了 很 大 的 提 高 。 1.

38、4 单片机的硬件特性1、 单 片 机 集 成 度 高 。 单 片 机 包 括 CPU、 4KB 容 量 的 ROM（ 8031 无 ） 、 128 B 容量 的 RAM、 2 个 16 位 定 时 /计 数 器 、 4 个 8 位 并 行 口 、 全 双 工 串 口 行 口 。 2、 系 统 结 构 简 单 ， 使 用 方 便 ， 实 现 模 块 化 ; 3、 单 片 机 可 靠 性 高 ， 可 工 作 到 106 107 小 时 无 故 障 ; 4、 处 理 功 能 强 ， 速 度 快 。 1.5 单片机的应用目 前 单 片 机 渗 透 到 我 们 生 活 的 各 个 领 域 ， 几 乎 很

39、 难 找 到 哪 个 领 域 没 有 单 片 机 的 踪迹 。 导 弹 的 导 航 装 置 ， 飞 机 上 各 种 仪 表 的 控 制 ， 计 算 机 的 网 络 通 讯 与 数 据 传 输 ， 工 业自 动 化 过 程 的 实 时 控 制 和 数 据 处 理 ， 广 泛 使 用 的 各 种 智 能 IC 卡 ， 民 用 豪 华 轿 车 的 安全 保 障 系 统 ， 录 像 机 、 摄 像 机 、 全 自 动 洗 衣 机 的 控 制 ， 以 及 程 控 玩 具 、 电 子 宠 物 等 等 ，这 些 都 离 不 开 单 片 机 。 更 不 用 说 自 动 控 制 领 域 的 机 器 人 、 智

40、能 仪 表 、 医 疗 器 械 以 及 各种 智 能 机 械 了 。 因 此 ， 单 片 机 的 学 习 、 开 发 与 应 用 将 造 就 一 批 计 算 机 应 用 与 智 能 化 控制 的 科 学 家 、 工 程 师 。 单 片 机 广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 、 家 用 电 器 、 医 用 设 备 、 航 空 航 天 、 专 用 设 备 的 智 能化 管 理 及 过 程 控 制 等 领 域 ， 大 致 可 分 如 下 几 个 范 畴 ： 1.在 智 能 仪 器 仪 表 上 的 应 用 单 片 机 具 有 体 积 小 、 功 耗 低 、 控 制 功 能 强 、 扩 展 灵 活 、

41、 微 型 化 和 使 用 方 便 等 优 点 ，广 泛 应 用 于 仪 器 仪 表 中 ， 结 合 不 同 类 型 的 传 感 器 ， 可 实 现 诸 如 电 压 、 功 率 、 频 率 、湿 度 、 温 度 、 流 量 、 速 度 、 厚 度 、 角 度 、 长 度 、 硬 度 、 元 素 、 压 力 等 物 理 量 的 测 量 。采 用 单 片 机 控 制 使 得 仪 器 仪 表 数 字 化 、 智 能 化 、 微 型 化 ， 且 功 能 比 起 采 用 电 子 或 数字 电 路 更 加 强 大 。 例 如 精 密 的 测 量 设 备 （ 功 率 计 ， 示 波 器 ， 各 种 分 析 仪

42、 ） 。 2.在 工 业 控 制 中 的 应 用 用 单 片 机 可 以 构 成 形 式 多 样 的 控 制 系 统 、 数 据 采 集 系 统 。 例 如 工 厂 流 水 线 的 智 能化 管 理 ， 电 梯 智 能 化 控 制 、 各 种 报 警 系 统 ， 与 计 算 机 联 网 构 成 二 级 控 制 系 统 等 。 3.在 家 用 电 器 中 的 应 用 可 以 这 样 说 ， 现 在 的 家 用 电 器 基 本 上 都 采 用 了 单 片 机 控 制 ， 从 电 饭 煲 、 洗 衣 机 、电 冰 箱 、 空 调 机 、 彩 电 、 其 他 音 响 视 频 器 材 、 再 到 电 子

43、 秤 量 设 备 ， 五 花 八 门 ， 无 所不 在 。 4.在 计 算 机 网 络 和 通 信 领 域 中 的 应 用 现 代 的 单 片 机 普 遍 具 备 通 信 接 口 ， 可 以 很 方 便 地 与 计 算 机 进 行 数 据 通 信 ， 为 在 计算 机 网 络 和 通 信 设 备 间 的 应 用 提 供 了 极 好 的 物 质 条 件 ， 现 在 的 通 信 设 备 基 本 上 都 实 现了 单 片 机 智 能 控 制 ， 从 手 机 ， 电 话 机 、 小 型 程 控 交 换 机 、 楼 宇 自 动 通 信 呼 叫 系 统 、XX 工业职业技术学院毕业论文- 11 -列 车

44、无 线 通 信 、 再 到 日 常 工 作 中 随 处 可 见 的 移 动 电 话 ， 集 群 移 动 通 信 ， 无 线 电 对 讲机 等 。 5.单 片 机 在 医 用 设 备 领 域 中 的 应 用 单 片 机 在 医 用 设 备 中 的 用 途 亦 相 当 广 泛 ， 例 如 医 用 呼 吸 机 ， 各 种 分 析 仪 ， 监 护 仪 ，超 声 诊 断 设 备 及 病 床 呼 叫 系 统 等 等 。 6.在 各 种 大 型 电 器 中 的 模 块 化 应 用 某 些 专 用 单 片 机 设 计 用 于 实 现 特 定 功 能 ， 从 而 在 各 种 电 路 中 进 行 模 块 化 应

45、用 ， 而不 要 求 使 用 人 员 了 解 其 内 部 结 构 。 如 音 乐 集 成 单 片 机 ， 看 似 简 单 的 功 能 ， 微 缩 在 纯 电子 芯 片 中 （ 有 别 于 磁 带 机 的 原 理 ） ， 就 需 要 复 杂 的 类 似 于 计 算 机 的 原 理 。 如 ： 音 乐 信号 以 数 字 的 形 式 存 于 存 储 器 中 （ 类 似 于 ROM） ， 由 微 控 制 器 读 出 ， 转 化 为 模 拟 音 乐 电信 号 （ 类 似 于 声 卡 ） 。 在 大 型 电 路 中 ， 这 种 模 块 化 应 用 极 大 地 缩 小 了 体 积 ， 简 化 了 电 路 ，

46、 降 低 了 损坏 、 错 误 率 ， 也 方 便 于 更 换 。 7.单 片 机 在 汽 车 设 备 领 域 中 的 应 用 单 片 机 在 汽 车 电 子 中 的 应 用 非 常 广 泛 ， 例 如 汽 车 中 的 发 动 机 控 制 器 ， 基 于 CAN总 线 的 汽 车 发 动 机 智 能 电 子 控 制 器 ， GPS 导 航 系 统 ， abs 防 抱 死 系 统 ， 制 动 系 统 等 等 。此 外 ， 单 片 机 在 工 商 ， 金 融 ， 科 研 、 教 育 ， 国 防 航 空 航 天 等 领 域 都 有 着 十 分广 泛 的 用 途 。- 12 -第二章. 喷泉技术发展改

47、革开放以来，水景工程在我国得到了迅速发展。以往园林工程中常见的镜池、溪流、假山瀑布等，已不能满足人们的需求。各种新型水景工程，从微型喷泉小品、室内喷泉、庭院喷泉、广场喷泉、各种趣味性游乐喷泉、程控喷泉、音乐喷泉、激光喷泉、水幕电影、超高喷泉、超大瀑布等，都在我国相继出现，产品走向国际市场。为适应喷泉工程建设需要，喷泉设备依赖进口的局面彻底打破各地喷泉设备厂，专业公司一个接一个成立起来。据不完全统计，到 1997 年底全国已有 200 多个厂家，其中年产值 1000 万元以上的厂家已有 10 来家，年总产值估计达到 3 亿元以上，尤其是在江苏省和全国各大城市喷泉设备厂星罗棋布。一些大学院校(如人

48、民大学、清华大学、北京林业大学、北京机械工业学院、同济大学、武汉水电学院、青岛建工学院等)，科研设计单位(如中科院计算所、中科院自动化所、中国建筑技术研究院、中国建筑西北设计院、北京有色冶金设计研究总院等)也投入了的研究开发，为我国喷泉技术的发展做出了一定的贡献，其中一些技术力量雄厚的专业公司的半产品，开始向美国、西欧等发达国家出口。在建设形势推动下，我国行政主管和技术监督部门、学术团体和出版界等也为推动喷泉技术的发展做出不少工作。1989 年出版的第一次将“水景设计”以专章列入设计手册；1991 年开始施行的第一次将“喷泉设计”以专节列入国家设计规范；1990 年出版了第一本专门著作，199

49、1年在中国土木工程学会建筑给水排水委员会和中国标准化协会建筑给水排水委员会的大力推动下，成立了第一届“喷泉研讨会” ，有关喷泉的专门设计规程和术语标准等也公开发布执行。XX 工业职业技术学院毕业论文- 13 -第三章.课题简介3.1 课题背景 目前在我国有 200 多家喷泉生产厂家，但是他们多为个体、私营或乡镇小企业，基础、实力、技术力量、管理水平都很薄弱。产品我国是简单的仿制，重复生产，创新并不多，实际进行科研设计的少之又少。所以根据我国的实际情况，设计和生产技术水平先进，符合国际流行趋势的音乐喷泉是非常重要的，而且更有必要进行音乐喷泉的研究和开发，特别是控制部分，以达到提高系统性能，提高音乐喷泉艺术效果的。除此之外，有关音乐喷泉可供查找的文献资料比较少，这样给利用传统的机械设计方法直接进行音乐喷泉的设计及视音误差的校正带来了困难，因此很有必要建立一个仿真设计软件系统来辅助音乐喷泉的设计。3.2 课题提出的科学依据长期以来，音乐喷泉中普遍存在喷水滞后于音响这一问题，如图2-1和图2-2所示如图3-1 图3-2可见，音频信号经放大后去控制电磁阀或水泵工作，使水流经音频信号 放大 控制器 触发器 喷头 管路 电磁阀音源 音频放大 音频控制 控制电源高压水泵 管路喷头 图 3-1 电磁阀控制过程 图 3-2 水